1. Conceptos básicos sobre el vapor

    

   1. Fases del agua

2.  

   La mayoría de las sustancias existen en una de tres tipos de fases: sólida, líquida y gaseosa. Las sustancias en estas fases se denominan sólidos, líquidos y gases, respectivamente. En el caso del agua, los términos hielo, agua y vapor se refieren respectivamente a las fases sólida, líquida y gaseosa. Una forma sencilla de aprender sobre las características del vapor consiste en comprender el esquema de la estructura molecular de las sustancias y aplicarlas al hielo, al agua y al vapor. Las estructuras moleculares son fáciles de entender si uno imagina que las moléculas están unidas eléctricamente.

    

   Una molécula es la unidad más pequeña que presenta todas las características químicas que posee la sustancia.

   Un compuesto que consta de dos átomos de hidrógeno con un átomo de oxígeno se expresa como H2O. Ésta es la fórmula química que la describe. La razón por la que existe mucha agua en la tierra es que tanto el hidrógeno como el oxígeno son las moléculas más comunes del universo.

    

   1. Hielo (fase sólida)

       

      Las moléculas de hielo se unen rígidamente porque están cerca unas de otras y dispuestas en una estructura de retícula ordenada. La actividad (vibración) de cada molécula se limita a un intervalo pequeño en esta estructura cristalina. A medida que se la calienta progresivamente, el fortalecimiento vibratorio de las moléculas finalmente hace que se destruya la fuerza de unión entre ciertas partes de las moléculas. El hielo comienza a derretirse y transformarse de sólido en líquido. La temperatura a la que comienza a derretirse se llama temperatura de fusión.

       

      El punto de fusión es de 0° C a la presión atmosférica. Cuanto mayor sea la presión, más alta será la temperatura de fusión. La temperatura de una mezcla de agua (líquida) y hielo permanece a la temperatura de fusión mientras que la retícula de moléculas de agua del hielo se disuelve (proceso también conocido como fusión). Por tanto, todo el calor agregado se utiliza para fundir el hielo. Esta cantidad de calor se llama calor de fusión o, para ser más exactos, entalpía de fusión. La fase que cambia de sólido a líquido es invertible y el líquido se solidifica emitiendo el mismo calor. Esta cantidad de calor (equivalente al calor de fusión) se llama calor de solidificación.

       

      La densidad de la mayoría de las sustancias se reduce cuando la sustancia cambia de sólida a líquida. Por lo tanto, el espacio entre moléculas líquidas se vuelve más grande que el espacio entre moléculas sólidas. Sin embargo, el caso del H2O es una excepción dado que su densidad aumenta al fundirse. Es por este motivo que el hielo flota sobre el agua.

   2. Agua (fase líquida)

       

      En la fase líquida, las moléculas se mueven libremente y, a menudo, chocan entre sí. Sin embargo, el espacio entre las moléculas sigue siendo estrecho, debido a que las fuerzas que atraen las moléculas de agua entre sí siguen siendo potentes. Se incrementan el movimiento y las colisiones entre las moléculas y la temperatura se eleva mediante la aplicación de calor hasta alcanzar el punto de ebullición.

   3. Vapor (fase gaseosa)

 

A medida que aumenta la temperatura del agua, su densidad disminuye. Siempre que la fuente de calor no esté por arriba, las moléculas más calientes se elevan y las más frías se hunden en un proceso llamado convección. Algunas moléculas de agua en la superficie pueden volverse gaseosas a pesar de estar por debajo de la temperatura de saturación si en la parte superior hay una fase gaseosa de una sustancia diferente (por ejemplo, aire); este proceso se denomina evaporación. La cantidad de moléculas de agua evaporada aumenta hasta que la temperatura del agua alcanza la temperatura de saturación, momento en el que el cambio de fase líquida a gaseosa se convierte en ebullición en lugar de evaporación. La ebullición se produce en la fuente de calor, no en la superficie (a diferencia de la evaporación) y, por lo tanto, puede identificarse por las burbujas de vapor que se elevan desde la fuente de calor a la superficie.

 

 

Si la presión se mantiene constante, la temperatura no aumentará incluso si se agrega más calor al agua hasta que el agua se convierta por completo en vapor. Todo ese calor es utilizado por el proceso de evaporación y por eso se llama calor latente o calor de evaporación. La temperatura del agua hirviendo (agua saturada) y del vapor saturado es la misma, pero la energía térmica por unidad de masa del vapor es mucho mayor que la del agua. El proceso de evaporación es reversible al igual que el cambio de fase de hielo a agua. El proceso de cambio de vapor (gaseoso) a agua (líquida) se llama condensación y el líquido resultante de ese proceso puede llamarse condensado. Durante la condensación, el vapor de condensación emite la misma cantidad de calor que la absorbida durante la evaporación (suponiendo que la presión es idéntica).

 

Este calor se llama calor de condensación.