2.13: Agua - Calor de Vaporización

Objetivos de aprendizaje

• Explicar cómo el calor de vaporización se relaciona con el punto de ebullición del agua

El agua en su forma líquida tiene una temperatura de punto de ebullición inusualmente alta, un valor cercano a 100°C. Como resultado de la red de enlaces de hidrógeno presente entre las moléculas de agua, se requiere un alto aporte de energía para transformar un gramo de agua líquida en vapor de agua, un requerimiento de energía llamado calor de vaporización. El agua tiene un valor de calor de vaporización de 40.65 kJ/mol. Se requiere una cantidad considerable de energía térmica (586 calorías) para lograr este cambio en el agua. Este proceso ocurre en la superficie del agua. A medida que el agua líquida se calienta, los enlaces de hidrógeno dificultan la separación de las moléculas de agua entre sí, lo que se requiere para que entre en su fase gaseosa (vapor). Como resultado, el agua actúa como disipador de calor, o depósito de calor, y requiere mucho más calor para hervir que un líquido como el etanol (alcohol de grano), cuyo enlace de hidrógeno con otras moléculas de etanol es más débil que el enlace de hidrógeno del agua. Eventualmente, a medida que el agua alcanza su punto de ebullición de 100° Celsius (212° Fahrenheit), el calor es capaz de romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, y la energía cinética (movimiento) entre las moléculas de agua les permite escapar del líquido como un gas. Incluso cuando están por debajo de su punto de ebullición, las moléculas individuales del agua adquieren suficiente energía unas de otras para que algunas moléculas de agua superficial puedan escapar y vaporizarse; este proceso se conoce como evaporación.

Figura\(\PageIndex{1}\): Humedad, Evaporación y Hervir: (a) Debido a la distribución de velocidades y energías cinéticas, algunas moléculas de agua pueden desprenderse a la fase vapor incluso a temperaturas por debajo del punto de ebullición ordinario. (b) Si el recipiente está sellado, la evaporación continuará hasta que haya suficiente densidad de vapor para que la velocidad de condensación sea igual a la velocidad de evaporación. Esta densidad de vapor y la presión parcial que crea son los valores de saturación. Aumentan con la temperatura y son independientes de la presencia de otros gases, como el aire. Dependen únicamente de la presión de vapor del agua.

El hecho de que se necesiten romper los enlaces de hidrógeno para que el agua se evapore significa que se utiliza una cantidad sustancial de energía en el proceso. A medida que el agua se evapora, la energía es absorbida por el proceso, enfriando el ambiente donde se está produciendo la evaporación. En muchos organismos vivos, entre ellos los humanos, la evaporación del sudor, que es 90 por ciento de agua, permite que el organismo se enfríe para que se pueda mantener la homeostasis de la temperatura corporal.

Puntos Clave

• La disociación de las moléculas de agua líquida, que cambia la sustancia a un gas, requiere de mucha energía.
• El punto de ebullición del agua es la temperatura en la que hay suficiente energía para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.
• El agua se convierte de su forma líquida a su forma gaseosa (vapor) cuando se alcanza el calor de vaporización.
• La evaporación del sudor (principalmente agua) elimina el calor de la superficie de la piel, enfriando el cuerpo.

Términos Clave

• calor de vaporización: La energía requerida para transformar una cantidad dada de una sustancia de un líquido en un gas a una presión dada (a menudo presión atmosférica).