¿Qué es la vaporización?

El cambio de estado en una sustancia es un cambio físico en una materia. Estos cambios acomodan cambios reversibles, es decir, los cambios que se pueden cambiar de un estado físico a otro. No implica ningún cambio químico. Los cambios se producen debido a las variaciones observadas en la temperatura o la presión de una sustancia. Por ejemplo, al aumentar la temperatura aumenta la interacción intramolecular entre las partículas, por lo que la sustancia se mueve más libremente. Al disminuir la temperatura, las sustancias se depositan en una estructura fija y rígida. Gobernados por los tres estados de la materia, los diferentes procesos que se encuentran en el ciclo son fusión, congelación, sublimación, deposición, condensación y vaporización. 

La descripción de los distintos procesos es la siguiente:

Derritiendo	Congelación	Evaporación	Condensación	Sublimación
La transición ocurre de la fase sólida a la fase líquida.	La transición ocurre de la fase líquida a la fase sólida.	La transición ocurre de la fase líquida a la fase gaseosa.	La transición ocurre de la fase gaseosa a la fase líquida.	La transición de la fase sólida a la fase gaseosa sin pasar por la fase líquida intermedia.

¿Qué sucede cuando un líquido se convierte en gas?

Cuando un líquido se convierte en gas, las partículas se separan unas de otras y cada partícula sigue su propio camino en el espacio. Así es como los gases tienden a llenar sus recipientes. De hecho, en la fase gaseosa, la mayor parte del volumen es espacio vacío; solo alrededor de 1/1,000 del volumen es absorbido por la materia. 

Vaporización

La transición de fase observada desde la fase líquida al estado gaseoso del líquido. Hay dos tipos de vaporización: evaporación y ebullición.

Evaporación 

La evaporación es el cambio del estado líquido al estado gaseoso que ocurre a temperaturas por debajo del punto de ebullición. La evaporación tiene lugar en la superficie del líquido. Las moléculas de un líquido se evaporan si están situadas cerca de la superficie y se transmiten o se mueven en una dirección específica. Deben poseer suficiente energía cinética para vencer las fuerzas intermoleculares presentes en la fase líquida.

Factores que afectan la evaporación

• Temperatura: un aumento en la temperatura de una sustancia da como resultado una mayor tasa de evaporación.
• Área de superficie:  un aumento en el área de superficie de una sustancia da como resultado una mayor tasa de evaporación.
• Humedad:  un aumento en la humedad atmosférica da como resultado una disminución de la tasa de evaporación.
• Velocidad del viento:  un aumento en la velocidad del viento en un área específica da como resultado una mayor tasa de evaporación.

Hirviendo

La ebullición es el proceso en el que el líquido cambia a gas muy rápidamente al calentarse. Las partículas en el agua están unidas entre sí por fuertes fuerzas de atracción entre ellas. Cuando suministramos energía y calentamos las partículas de agua, su correspondiente energía cinética aumenta. Algunas de estas partículas obtienen suficiente energía para atravesar las fuerzas de atracción intramoleculares y transformarse en vapores. Se escapan de la superficie y este proceso se conoce como ebullición. El líquido entonces hace una transición al estado gaseoso. El proceso de ebullición es un caso de vaporización rápida que ocurre a la temperatura de ebullición o por encima de ella o por debajo de la superficie del líquido.

Punto de ebullición

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la que un líquido hierve y luego cambia rápidamente al estado gaseoso a presión atmosférica. Es básicamente una medida de la fuerza de atracción entre las partículas. El mayor punto de ebullición de un solvente es un indicador de mayores fuerzas de atracción entre las partículas. Los puntos de ebullición de diferentes líquidos son diferentes. 

Ejemplo: 

Punto de ebullición del agua = 100°C

Punto de ebullición del alcohol = 78°C

Punto de ebullición del mercurio = 357°C

Factores que afectan el punto de ebullición de un líquido:

• Fuerzas intermoleculares:  las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido aumentan al aumentar el punto de ebullición del líquido.
• Presión:  a medida que aumentamos la presión aplicada sobre el material, su volumen se reduce. Esto hace que las moléculas se acerquen más entre sí, lo que conduce a una mayor fuerza intermolecular. Cuando presurizamos el gas, se transforma en líquido y luego en sólido. También se observa que los líquidos a alta presión tienen un alto punto de ebullición.
• Soluciones:  las soluciones tienen un punto de ebullición más alto que los solventes puros.
• Mezclas –  Al mezclar dos o más líquidos, la mezcla obtenida tendrá un punto de ebullición que se encuentra en un rango de temperatura entre los puntos de ebullición de los dos líquidos.

Factores que afectan la tasa de vaporización

• Área de superficie:  dado que el aumento en el área de superficie de un objeto conduce a una mayor cantidad de partículas expuestas al cambio de temperatura, por lo tanto, el área de superficie es directamente proporcional a la tasa de vaporización.
• Presión:   a medida que disminuimos la presión, las partículas obtienen rápidamente la energía cinética necesaria para escapar de la superficie del recipiente. Por lo tanto, la presión es inversamente proporcional a la tasa de vaporización.
• Temperatura: un aumento de la temperatura da como resultado un aumento de la energía cinética de las partículas necesarias para escapar de la superficie del recipiente. Esto da como resultado la disminución de la fuerza de interacción entre las partículas. Por lo tanto, la temperatura es directamente proporcional a la tasa de vaporización.
• Velocidad del viento:  dado que el aumento en la velocidad del viento conduce a que el viento ahuyente una mayor cantidad de partículas, por lo tanto, la velocidad del viento es directamente proporcional a la tasa de vaporización.

Calor latente de vaporización 

La cantidad de calor requerida para simular la conversión de 1 kg de líquido al estado gaseoso en su correspondiente punto de ebullición a una temperatura específica. El calor latente de vaporización es diferente para diferentes líquidos. 

Ejemplos de vida diaria de vaporización

• Extracción de sal del agua de mar. El agua de mar se somete a evaporación, lo que deja atrás el exceso de sal.
• Secado de ropa mojada.
• Aislamiento de los componentes de una mezcla en varios tipos de procesos de fabricación. Por ejemplo, la separación de ciertos componentes del petróleo.

Ejemplos de preguntas 

Pregunta 1: Los vapores de agua a 100 ^o C provocan más quemaduras que el agua líquida a la misma temperatura. ¿Por qué?

Responder:

Los vapores de agua poseen más energía a 100°C que las correspondientes partículas de líquido. Esto se debe a que los vapores de agua absorben más energía que los líquidos en forma de calor latente de vaporización. 

Pregunta 2: ¿Por qué no hay agua en Rajasthan mientras que Mumbai está rodeada de agua?

Responder:

La temperatura de Rajasthan es indefinidamente mayor que la de Mumbai, por lo tanto, con el aumento de temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas. Por lo tanto, el agua se evapora más rápido en Rajasthan. 

Pregunta 3: Diferenciar entre los procesos de evaporación y ebullición

Responder:

Base de comparación	Evaporación	Hirviendo
Definición	La transición de líquido a vapor.	Vaporización de un líquido bajo la influencia del calor.
Ocurrencia	Ocurre en la superficie del líquido.	Se produce en todo el líquido, ya que se suministra el calor.
La temperatura	Cambio de temperatura mínimo necesario	Una temperatura es mayor que el punto de ebullición necesario
Naturaleza	Proceso natural	proceso antinatural
Tiempo	Más	Menos
Energía	Requiere poca o ninguna energía	Mucha energía requerida

Pregunta 4. Explique por qué la temperatura del agua hirviendo a 100 ^o C no cambia al suministrar calor. 

Responder:

El agua absorbe energía al calentarse. Esto hace que las fuerzas de atracción intermoleculares se rompan y resulte en la transición de fase del estado líquido al estado gaseoso. Hasta que el agua completa el proceso de ebullición, la temperatura del sistema se mantiene a 100 °C. La temperatura del agua aumenta solo cuando la cantidad de agua líquida aumenta hasta desaparecer. 

Pregunta 5. ¿Cómo se relacionan entre sí las fuerzas intermoleculares en un líquido y su presión de vapor?

Responder:

La presión de vapor de un líquido es inversamente proporcional a la presión de vapor, es decir, disminuye a medida que aumenta la fuerza de sus fuerzas intermoleculares.

Pregunta 6. Supongamos que dos líquidos tienen un calor latente de evaporación A y B de 100 J/kg y 350 J/kg respectivamente. ¿Cuál causa más efecto de enfriamiento?

Responder:

Dado que el calor latente de evaporación del líquido B es mayor, absorberá más calor del entorno para la evaporación. Por lo tanto, dará como resultado la producción de un mayor efecto de enfriamiento. 

Pregunta 7. Explique por qué la temperatura del hielo a 0 °C no cambia al calentar más la sustancia.

Responder:

El hielo absorbe energía al calentarse. Esto hace que las fuerzas de atracción intermoleculares se rompan y resulte en una transición de fase del estado sólido al líquido. Hasta que el agua complete el proceso de congelación, la temperatura del sistema permanece en 0 °C. La temperatura del agua aumenta solo cuando la cantidad de agua aumenta hasta desaparecer.