Vapor (estado) para niños
El vapor es un estado de la materia donde las moléculas están muy separadas y se mueven libremente. A diferencia de los líquidos o sólidos, el vapor no tiene una forma ni un volumen fijos; siempre toma la forma y el volumen del recipiente que lo contiene y tiende a expandirse lo más posible. Es la forma gaseosa de una sustancia cuando esta se encuentra por debajo de una temperatura especial llamada temperatura crítica.
Aunque a veces usamos las palabras "gas" y "vapor" como si fueran lo mismo, hay una pequeña diferencia. Un gas es una sustancia que normalmente se encuentra en estado gaseoso a temperaturas y presiones comunes (como el oxígeno en el aire). Un vapor, en cambio, es la forma gaseosa de una sustancia que normalmente es un líquido o un sólido a esas mismas temperaturas y presiones. Por ejemplo, hablamos de vapor de agua, porque el agua es líquida a temperatura ambiente.
Contenido
El Vapor en los Diagramas de Fases
En un diagrama de fases, que es un mapa que muestra cómo una sustancia cambia de estado (sólido, líquido, gas), el vapor se encuentra en la zona de la fase gaseosa. Esta zona está limitada por una línea vertical que indica la temperatura crítica y por otras curvas que muestran las temperaturas y presiones donde los estados líquido-gas y sólido-gas pueden coexistir.
¿Qué Muestran las Curvas?
- La curva azul (llamada curva de vaporización) muestra el punto de ebullición de una sustancia a diferentes presiones.
- La curva roja (curva de sublimación) indica la presión a la que un sólido se convierte directamente en vapor (sin pasar por líquido) a distintas temperaturas.
- La curva verde (curva de fusión) marca el punto de fusión (cuando un sólido se vuelve líquido) para cada combinación de temperatura y presión.
- El punto triple es el lugar donde las tres curvas (verde, azul y roja) se unen. En este punto, la sustancia puede existir como sólido, líquido y vapor al mismo tiempo.
- El punto crítico se encuentra al final de la curva azul de vaporización. Más allá de este punto, no hay una distinción clara entre líquido y gas.
El vapor sobrecalentado es un gas que está por encima de su temperatura crítica, pero por debajo de su presión crítica.
Presión de Vapor: ¿Por Qué es Importante?
La presión de vapor es la presión que ejerce el vapor de una sustancia cuando está en equilibrio con su forma líquida o sólida a una temperatura específica. Imagina un recipiente cerrado con agua líquida: algunas moléculas de agua se evaporan y se convierten en vapor, y otras moléculas de vapor se condensan y vuelven a ser líquidas. Cuando la cantidad de moléculas que se evaporan es igual a la cantidad que se condensa, se alcanza un equilibrio, y la presión que ejerce ese vapor es la presión de vapor.
Punto de Ebullición Normal
El punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la que su presión de vapor es igual a la presión atmosférica normal (la presión del aire que nos rodea al nivel del mar). Por eso, el agua hierve a 100 °C a nivel del mar, pero a menos temperatura en lugares altos donde la presión atmosférica es menor.
Tipos de Vapor: Saturado, No Saturado y Sobresaturado
El vapor puede clasificarse en diferentes tipos según su estado de equilibrio con el líquido.
Vapor No Saturado
El vapor no saturado es aquel que no ha alcanzado el equilibrio con su líquido. A una temperatura dada, su presión es menor que la presión de vapor saturado. Si tienes vapor no saturado sobre un líquido, el líquido seguirá evaporándose hasta que se alcance el equilibrio.
Vapor Saturado
El vapor saturado es un vapor que está en equilibrio con su líquido. Esto significa que la velocidad a la que el líquido se convierte en vapor es igual a la velocidad a la que el vapor se convierte en líquido. A una temperatura específica, un volumen dado no puede contener más vapor saturado. Si intentas comprimirlo, parte del vapor se convertirá en líquido.
Vapor Sobresaturado
El vapor sobresaturado es un vapor cuya presión es mayor que la presión del vapor saturado a una temperatura dada. Se puede obtener aumentando la presión del vapor en un espacio sin partículas de polvo o gotas de líquido que puedan servir como "centros" para que el vapor se condense. También se le llama vapor sobreenfriado si se obtiene enfriando vapor saturado en las mismas condiciones.
El Vapor en el Lenguaje Cotidiano
Aunque el vapor como gas es invisible (como el vapor de agua puro), en la vida diaria a menudo llamamos "vapor" a la mezcla visible de aire y pequeñas gotas de líquido. Por ejemplo, cuando ves "vapor" saliendo de una tetera o de una chimenea, en realidad estás viendo pequeñas gotas de agua que se han condensado en el aire. Para estas pequeñas gotas de líquido en el aire, los científicos usan el término "niebla" o "aerosol".
Ejemplos de Vapor en la Vida Diaria
- Los perfumes contienen sustancias que se convierten en vapor a diferentes temperaturas, liberando sus aromas.
- El vapor de agua en la atmósfera terrestre puede condensarse y formar fenómenos meteorológicos como la niebla o las nubes.
- Las lámparas de vapor de mercurio y de vapor de sodio producen luz cuando los átomos de estos elementos se excitan en estado de vapor.
- Cuando un líquido inflamable se enciende, no es el líquido en sí lo que arde, sino la nube de vapor que se forma sobre él, si la concentración de ese vapor es la adecuada.
El Vapor y la Generación de Electricidad
El vapor es muy importante en un proceso llamado ciclo de Rankine, que se usa para generar electricidad en las plantas termoeléctricas y con las turbinas de vapor. Este ciclo convierte el calor en trabajo mecánico.
¿Cómo Funciona el Ciclo de Rankine?
1. Calentamiento: Una fuente de calor (como la quema de combustibles fósiles o la fisión nuclear) calienta agua en una caldera. 2. Formación de Vapor: El agua absorbe el calor y se convierte en vapor a alta presión y alta temperatura. Este vapor tiene mucha energía. 3. Movimiento de la Turbina: El vapor a alta presión se dirige a una turbina de vapor. Al expandirse, empuja las aspas de la turbina, haciéndola girar. 4. Generación de Electricidad: El movimiento de la turbina se transfiere a un generador, que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. 5. Condensación: Después de pasar por la turbina, el vapor tiene menos presión y temperatura. Entra en un condensador, donde se enfría y vuelve a convertirse en agua líquida. 6. Regreso a la Caldera: El agua condensada es bombeada de nuevo a la caldera para repetir el ciclo.
Este proceso es uno de los métodos más eficientes para producir electricidad a gran escala en el mundo.
Galería de imágenes
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Equilibrio líquido-vapor.
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Vapor de agua invisible se condensa formando gotitas visibles de agua denominadas niebla.
Véase también
En inglés: Vapor Facts for Kids
