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Vapor (estado)

El vapor es el estado de agregación de la materia en el que las moléculas interaccionan débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a expandirse todo lo posible, es decir, que es la fase gaseosa de una sustancia siempre que esta se encuentre por debajo de su temperatura crítica.[1]​

El vapor es la zona por debajo de la línea vertical que representa la temperatura crítica.

Aunque utilizamos los términos gas y vapor de manera indistinta, rigurosamente existe una diferencia. Un gas es una sustancia que normalmente se encuentra en el estado gaseoso a temperaturas y presiones ordinarias; un vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que constituye un líquido o un sólido a temperaturas y presiones normales, mientras que un gas perfecto requiere el proceso de licuefacción, para pasar al estado líquido. Cuando se habla de temperaturas y presiones normales se refiere a 25 °C y 1 atm. Ejemplo: Hablamos de vapor de agua y oxígeno gaseoso.[2]​

En la gráfica, el vapor es la llamada fase gaseosa, encerrada, por la línea vertical que representa la temperatura crítica y las curvas azul (curva de vaporización) y roja curva de sublimación, que representan las temperaturas y presiones específicas en las que coexisten los estado de la materia de líquido-gas y sólido-gas respectivamente y así convirtiéndose en vapor. Este diagrama de fases muestra los cambios de estado de la materia.
La curva con puntos de color verde muestra el comportamiento anómalo del agua y en general, el de todos los materiales que cuando se funden sufren una contracción de volumen específico. La curva de fusión (en color verde) marca el punto de fusión para cada par (temperatura, presión). La curva de vaporización, en azul, lo mismo para el punto de ebullición, y la curva de sublimación, en rojo, muestra la presión de sublimación para cada temperatura. Se muestra como ellos varían con la presión. El punto de unión entre las tres curvas verde, azul y rojo es el punto triple. El punto crítico se ve en el otro extremo de la curva azul de vaporización.

El agua se evapora en moléculas invisibles, muchas veces acompañada de gotas de agua que vuelven a condensar.

El vapor sobrecalentado es el gas que se encuentra por encima de su temperatura crítica pero por debajo de su presión crítica.

Presión de vapor

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Equilibrio líquido-vapor.
 
Si la presión de vapor supera el valor de equilibrio, se convierte en sobresaturado y condensa en cualquier sitio de nucleación disponible, por ejemplo, partículas de polvo. Este principio se utiliza en las cámaras de nubes, donde se visualizan las partículas de radiación porque nuclean la formación de gotas de agua.

La presión de vapor es la presión de equilibrio de un líquido o un sólido a una temperatura determinada. La presión de vapor de equilibrio de un líquido o de un sólido no se ve afectada por la cantidad de contacto con la interfaz del líquido o del sólido.

El punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la que la presión de vapor es igual a la presión atmosférica normal.[3]​

En los sistemas bifásicos (por ejemplo, dos fases líquidas), la presión de vapor de cada una de las fases es igual. En ausencia de atracciones interespecíficas más fuertes entre moléculas similares o no similares, la presión de vapor sigue la ley de Raoult, que establece que la presión parcial de cada componente es el producto de la presión de vapor del componente puro y su fracción molar en la mezcla. La presión de vapor total es la suma de las presiones parciales de los componentes.[4]​

Vapor saturado y no saturado

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  • El vapor no saturado es vapor que no ha alcanzado el equilibrio dinámico con un líquido. A una temperatura dada, la presión de vapor no saturado siempre es menor que la presión de vapor saturado. En presencia de vapor no saturado sobre la superficie del líquido, el proceso de vaporización prevalece sobre el proceso de condensación y, por lo tanto, la cantidad de líquido en el recipiente disminuye con el tiempo.
  • El vapor saturado es un vapor que está en equilibrio dinámico con un líquido (la tasa de evaporación es igual a la tasa de condensación). Esto significa que a una temperatura dada, este volumen no puede contener más vapor. Si comprime el vapor que está en equilibrio con el líquido debajo del pistón (siempre que el aire del recipiente se haya bombeado previamente), entonces se alterará el equilibrio. Dado que la densidad del vapor en el primer momento aumenta, la condensación aumentará (comenzarán a pasar más moléculas de vapor a líquido que de líquido a gas). Este proceso continuará hasta que se establezca nuevamente el equilibrio dinámico y la densidad del vapor y, en consecuencia, la concentración de moléculas de gas no tomará el mismo valor.
  • Vapor sobresaturado : vapor cuya presión supera la presión del vapor saturado a una temperatura dada[5]​ . Puede obtenerse aumentando la presión de vapor en un volumen libre de centros de condensación (partículas de polvo, iones, pequeñas gotas de líquido, etc.). Otra forma de obtener es el enfriamiento de vapor saturado en las mismas condiciones. En relación con este último método de obtención de vapor saturado, también se utiliza en relación con élde vapor sobreenfriado[6]​[7]​[8]​

Significados de vapor en el idioma

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Mientras que el vapor como gas formado a partir de un líquido es invisible, aparte del propio color del material, en la vida cotidiana se suele hablar de vapor como una mezcla visible de aire y las gotas más finas de líquido, como se forma, por ejemplo, durante la condensación del vapor de agua y se pueden ver escapando de muchas chimeneas, por ejemplo. Para la misma forma de pequeñas gotas de agua finamente distribuidas en el aire, se usan las normalmente las expresiones estelas (a la salida de la turbina de un avión) o, en el caso de fenómenos meteorológicos a gran escala, niebla (cerca del suelo) o nube también (en el cielo). El término científico correcto para una mezcla de gotas finamente distribuidas de líquido en un gas es niebla. En el caso de gotas de líquido extremadamente pequeñas (y/o partículas sólidas), esta mezcla también se denomina aerosol. En el caso especial del agua, se habla de tecnología de vapor húmedo.

Ejemplos

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Vapor de agua invisible se condensa formando gotitas visibles de agua denominadas niebla.
  • Los perfumes contienen químicos que se vaporizan a diferentes temperaturas y a diferentes velocidades de acuerdo a las fragancias, denominadas notas olfativas.
  • El vapor de agua atmosférico se encuentra cerca de la superficie de la Tierra, y puede condensarse formando pequeñas gotitas de líquido y dar lugar a fenómenos meteorológicos tales como niebla, neblina, y haar (niebla fría marina).
  • Las lámparas de vapor de mercurio y de vapor de sodio producen luz a partir de los estados excitados de los átomos.
  • Los líquidos inflamables no combustionan al ser encendidos.[9]​ En cambio es la nube de vapor por sobre el líquido la que se prende fuego si la concentración de vapor se encuentra entre el límite inflamable inferior (LFL) y el límite inflamable superior (UFL), del líquido inflamable.

Los cigarrillos electrónicos producen aerosoles, no vapores.[10]​

Referencias

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  1. ↑ R.H.Petrucci, W.S.Harwood and F.G.Herring, General Chemistry, 8th edition (Prentice-Hall 2002), p. 486.
  2. ↑ Chang, Raymond. Físicoquímica para las ciencias químicas y biológicas. McGraw Hill. p. 179. ISBN 978-970-10-6652-2. 
  3. ↑ R. H. Petrucci, W. S. Harwood, and F. G. Herring, General Chemistry, Prentice-Hall, 8th ed. 2002, p. 483–86.
  4. ↑ Thomas Engel y Philip Reid, Physical Chemistry, Pearson Benjamin-Cummings, 2006, p.194
  5. ↑ Vapor sobresaturado // Diccionario enciclopédico físico / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Enciclopedia soviética , 1984. - S. 529 . — 944 pág.
  6. ↑ Lyubitov Yu. N. Vapor saturado // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1992. - T. 3. - S. 248. - 672 p. - 48.000 ejemplares. — ISBN 5-85270-019-3 .
  7. ↑ Sivukhin D.V. Curso general de física. - M. : Fizmatlit , 2005. - T. II. Termodinámica y física molecular. - S. 384. - 544 pág. - ISBN 5-9221-0601-5 .
  8. ↑ Savelyev IV . Curso de física general. - M. : "Nauka", 1970. - T. I. Mecánica. Física molecular. - S. 414-415. . Además, el término vapor sobresaturado se encuentra a veces en la literatura.
  9. ↑ Ferguson, Lon H.; Janicak, Dr Christopher A. (1 de septiembre de 2005). Fundamentals of Fire Protection for the Safety Professional (en inglés). Government Institutes. ISBN 9781591919605. 
  10. ↑ Cheng, T. (2014). «Chemical evaluation of electronic cigarettes». Tobacco Control 23 (Supplement 2): ii11-ii17. ISSN 0964-4563. PMC 3995255. PMID 24732157. doi:10.1136/tobaccocontrol-2013-051482. 

Bibliografía

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  • Burkhard Lohrengel: Introducción a los procesos de separación térmica. Separación de mezcla de gas, vapor y líquido, segunda edición revisada, Oldenbourg Verlag, Múnich 2012, ISBN 978-3-486-70889-9 .
  • Raimund Schenkel: El vapor recalentado. Spielhagen & Schurich, Viena 1897.
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