Calor de vaporización
Definición de calor de vaporización
También conocido como entalpía de vaporización, el calor de vaporización (∆H vap ) se define por la cantidad de entalpía (energía térmica) que se requiere para transformar una sustancia líquida en gas o vapor. Se mide en julios por mol (J / mol) o, a veces, en calorías (C).
Explicación del calor de vaporización
El calor de vaporización siempre tiene un valor positivo porque siempre se agrega entalpía a un sistema para vaporizar un líquido. A medida que las moléculas ganan más energía cinética, es más probable que se separen del líquido y se conviertan en gas.
El aumento requerido de energía interna se puede describir como la energía necesaria para romper las interacciones intermoleculares en el líquido. Cuanto más débil es el enlace entre los átomos, menos energía se necesita para romper esos enlaces.
La cantidad de energía requerida es función de la presión a la que tiene lugar la transformación y depende de la temperatura. Cuanto más caliente esté el líquido, menos energía se requiere. A presiones más altas, se requiere más energía. Existe una temperatura crítica a la que el calor de vaporización desaparece (T r = 1). Pasada esta temperatura crítica, la sustancia no se distingue ni como líquido ni como vapor. En cambio, se lo conoce como un fluido supercrítico.
En una solución que contiene tanto el estado líquido como el gaseoso, la energía cinética del vapor es más alta que la del líquido porque las partículas de vapor pueden fluir más fácilmente. El mayor movimiento de las partículas de gas en comparación con las partículas de líquido crea calor y presión.
Fórmula de calor de vaporización
Una ecuación muy básica para calcular el calor de vaporización es:
ΔH VAP = H VAPOR – H LÍQUIDO
Esto calcula la diferencia en la energía interna de la fase de vapor en comparación con la fase líquida.
Sin embargo, esta ecuación no toma en consideración la energía adicional necesaria para que las partículas de gas retrocedan contra la presión atmosférica para permitir el aumento de volumen cuando un líquido hierve.
Por lo tanto, una ecuación más completa para calcular el calor de vaporización es:
ΔH VAP = ΔU VAP + PΔV
Donde ΔU vap es la diferencia de energía interna entre la fase de vapor y la fase líquida (ΔU vap = H vapor – H líquido ), y pΔV es el trabajo realizado contra la presión ambiental.
Calor de vaporización del agua
El agua tiene un calor específico elevado. Esta medida describe la cantidad de energía que se necesita para elevar la temperatura del agua 1 grado Celsius. Como tal, el agua también tiene un alto calor de vaporización. De hecho, el agua necesita más de 40.000 julios por mol para vaporizarse. Esto es extremadamente importante para la vida en la Tierra.
Dado que la mayor parte de la Tierra está hecha de agua, los grandes cambios en la cantidad de energía solar que recibe la Tierra son contrarrestados por el agua. El agua absorbe el calor lentamente y lo libera cuando hay menos sol. Esto ayuda a contrarrestar los cambios drásticos de temperatura, que serían devastadores para la vida. En comparación, si el mundo estuviera compuesto principalmente de etanol, la temperatura fluctuaría rápidamente porque el etanol tiene un calor de vaporización y un calor específico mucho más bajos.
Sin embargo, este alto calor de vaporización puede no estar a la altura de la tarea de regular la temperatura frente a las acciones humanas. El cambio climático, y el calentamiento global específicamente, están agregando mucho calor a la atmósfera. Si bien el océano puede absorber gran parte de este calor, tiene límites. Además, a medida que el océano absorbe calor, las moléculas se expanden. Esta expansión dará lugar a gran parte de las inundaciones que estiman actualmente los científicos del clima.
Diferencias en el calor de vaporización
Las principales influencias sobre el calor de vaporización son las interacciones entre moléculas en una solución. En un líquido, las moléculas se mueven entre sí pero interactúan constantemente. Algunas forman enlaces de hidrógeno, mientras que otras sustancias forman otros tipos de enlaces leves entre moléculas. Estos enlaces contienen energía y mantienen el líquido en un estado de menor energía. El calor de vaporización describe cuánta energía se necesita para separar estos enlaces.
El agua tiene un alto calor de vaporización porque se forman fácilmente enlaces de hidrógeno entre el oxígeno de una molécula y los hidrógenos de otras moléculas. Estos enlaces mantienen unidas las moléculas. Para que el agua se vaporice, debes aumentar la temperatura para que las moléculas se muevan más rápido. En cierto punto, las moléculas comenzarán a desprenderse del líquido y se vaporizarán.
Los metales tienen un calor de vaporización aún mayor. Muchos metales forman interacciones complejas con otros átomos metálicos. Esto mantiene las moléculas unidas aún más apretadas que las moléculas de agua. Como tal, el calor de vaporización de los metales es mucho más alto que el del agua.
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