¿Qué es la evaporación? ¿Cuáles son los factores que la afectan? – Quora

P: ¿Qué es la evaporación? ¿Cuáles son los factores que la afectan?

La evaporación (evaporación a granel, de todos modos) es la pérdida de material en una cantidad de líquido volátil expuesto a una atmósfera de gas en estado de vapor. Ser volátil simplemente significa que el líquido es propenso a la evaporación en las condiciones ambientales. También se puede describir a nivel molecular, lo que haré a continuación.

Si bien es técnicamente preciso describir un vapor como material en su fase gaseosa, un vapor tiene una propiedad importante que no comparte en la atmósfera de nuestro mundo con gases como el oxígeno y el nitrógeno; es un material que existe en estado gaseoso cuando la temperatura y la presión dictarían que existe en estado líquido. El agua es, por supuesto, un gran ejemplo.

A temperaturas inferiores a 100 °C (212 °F) y superiores a 0 °C (32 °F) a una presión de 1 atm (14,7 psi), el agua se supone claramente que es un líquido. Cualquier estudiante de ciencias de secundaria debería saberlo. Sin embargo, claramente tenemos vapor de agua en nuestro aire. Sentimos los efectos de la humedad, vemos que el agua que derramamos sobre el linóleo ha desaparecido después de un tiempo, y notamos los productos de este vapor en la formación de nubes, niebla, lluvia y nieve.

El grado de volatilidad de un material en un entorno dado se expresa por lo que llamamos su presión de vapor de equilibrio. Esta es la fracción máxima de la presión de aire total que atribuimos al vapor en el aire justo en la superficie del agua, y representa la mayor cantidad de vapor de agua que puede estar presente antes de que el ciclo constante de condensación de agua en líquido se produzca tan rápidamente como el agua líquida puede evaporarse. Cuando la presión parcial (la fracción real de la presión de aire total que atribuimos al vapor) del vapor de agua en el aire es igual a la presión de vapor de equilibrio, entonces el aire está saturado y adquiere una calidad húmeda (esto es condensación de vapor en líquido y es muy notable como niebla, niebla, rocío o escarcha) y se dice que está al 100% de humedad relativa. La presión de vapor de equilibrio también aumenta a medida que aumenta la temperatura del agua, y a 100 °C la presión de vapor es de 1 atm. Por eso hierve; a esta temperatura y a presión atmosférica, el vapor de agua ahora puede desplazar completamente el aire sobre la superficie. Esto significa que el líquido está en una condición que dicta que cualquier adición de energía irá hacia el cambio de fase en un gas y no elevará la temperatura.

Bien, eso es una visión general de algunas de las condiciones que afectan a la evaporación, pero ¿cuáles son las mecánicas reales?

Imagen de la interfaz entre aire y líquido en la parte superior de su recipiente de agua para que no sea la reunión de dos materiales discretos, sino que sea más como realmente son, moléculas de gas que se arremolinan y rebotan por encima y un plano ondulado de moléculas de agua vagamente entrelazadas por debajo. Ahora, entiendan que las moléculas de gas están compuestas principalmente de N2 y O2, y estas moléculas son en realidad más masivas que una molécula de agua individual. Sin embargo, las moléculas de agua tienen una atracción eléctrica entre sí porque tienen un área negativa y dos áreas cargadas positivamente (parcialmente cargadas, de todos modos) que les dan su cohesión entre sí. Se necesitaría una transferencia de energía a una de estas moléculas de agua feliz para hacer que rebotara lejos de todos sus compañeros cargados y entrara en un estado gaseoso.

Entonces, una de esas grandes moléculas de N2 se balancea bajo y GOLPEA, tiene una “interacción molecular cinética” con una molécula de agua. De acuerdo, en realidad se acerca lo suficiente como para influenciarlo, así que WHACK es un poco dramático, pero la imagen es bastante precisa. Una molécula de agua recibe suficiente energía a través de un evento cinético con una molécula de aire y vuela, liberada para estar en estado de vapor. Las interacciones continuas con el aire sirven para mantenerlo en estado de vapor (por algún período de tiempo).

Por lo tanto, son las interacciones con el aire las que impulsan la evaporación, y es por eso que puede ocurrir a cualquier temperatura. El hielo en el congelador se evapora (llamado “sublimación”), así es como el congelador se mantiene libre de heladas. La misma mecánica está en juego (aunque la velocidad es claramente más lenta, ya que se necesita mucha más energía para cambiar una molécula de agua sólida a un gas y, por lo tanto, ocurre con menos frecuencia en una colisión, lo que significa que la temperatura también juega un papel importante en la velocidad de evaporación). La humedad relativa del aire ambiente también es un factor de conducción o limitante. Cuanto menos vapor de agua haya en el aire, más probable será que una molécula que se evapore permanezca vapor por más tiempo. Como la humedad relativa aumenta, la velocidad a la que estas moléculas de vapor recondensar a líquido también aumenta. Todo esto es por lo que un plato lleno de agua que se pone afuera a la sombra en un día tranquilo y húmedo puede parecer que no se evapora en absoluto, mientras que ese mismo plato que se pone al sol en un día ventoso y seco parece desaparecer como magia; el calor del sol reduce la energía del umbral requerida para el cambio de fase al calentar el agua, el ambiente ventoso significa que las interacciones cinéticas con las moléculas de aire ocurren con más frecuencia y son más energéticas, y la falta de vapor de agua ya en el aire significa que la velocidad de evaporación versus condensación está en su punto máximo.

Espero que eso ayude.