El agua es la sustancia de la naturaleza más importante porque sin ella no serıa posible la vida

1. INTRODUCION

El agua es la sustancia de la naturaleza más importante porque sin ella no serıa posible la vida. Esta sustancia puede estar en forma sólida, líquida o de vapor, y presenta varias transformaciones o fenómenos que se suceden ordenadamente y se repiten indefinidamente en su ciclo natural. Dos de las diferentes partes de que consta el ciclo del agua son la evaporación y la precipitación; la primera puede considerarse como  pérdida y la segunda como ganancia; debido a su importancia en la disponibilidad del vital líquido, estas partes deben ser cuantificadas. En los boletines climatológicos diarios se informa de los  valores de la precipitación o de la evaporación del agua que  ocurrieron en el día anterior; también se informa de otros parámetros como la humedad relativa del medio ambiente y  de las temperaturas máxima y mínima. De entre estas cantidades, las más fáciles de medir son la precipitación y la evaporación, pues para ello es suficiente contar con un recipiente  con agua y una regla graduada para medir el nuevo nivel de agua. Es usual que los valores de estas cantidades se reporten para las 24 horas anteriores, pero es claro que dependen del tiempo y pueden estar cambiando de minuto a minuto, dependiendo de las condiciones ambientales.

1. OBJETIVO

Percatarse que el agua, estando a temperatura ambiente, se evapora y que puede determinarse la rapidez con que lo hace. La hipótesis principal es que si las condiciones experimentales son las adecuadas y se mantienen controladas, la cantidad de agua evaporada es proporcional al tiempo transcurrido. Para que esto se cumpla, se requiere un apropiado diseño experimental.

Determinar la cantidad de calor que será necesaria para evaporas cierta cantidad de agua usando la fórmula del calor latente.

1. ANTECEDENTES

La evaporación es el paso continuo de una sustancia del estado líquido al de vapor, se efectúa en la superficie del líquido y ocurre a cualquier temperatura hasta que se satura de vapor el espacio inmediato al líquido. El proceso de evaporación en un sistema abierto depende del tamaño de la superficie expuesta, del tipo de sustancia y del porcentaje de vapor en los alrededores. La velocidad de evaporación es tanto mayor cuanto más seca está la capa de aire en contacto con el líquido, o sea, cuanto más alejada está de la saturación; y si el aire está saturado, cesa la evaporación.

Cuando las moléculas del líquido abandonan la superficie y se suman al vapor, lo hacen porque vencen las fuerzas atractivas que existen en el estado líquido. Estas fuerzas son intensas pues las moléculas están muy cercanas unas de otras en el líquido. Para vencer estas fuerzas atractivas se requiere energía, a la que se le llama calor de vaporización del líquido. Desde un punto de vista de energía, las fuerzas intermoleculares producen, en efecto, una barrera de potencial la cual retiene en su lugar a las moléculas.

Al evaporarse, el líquido pierde sus moléculas más energéticas y la temperatura del líquido decrece. Si el vapor que se encuentra arriba del líquido se quita de manera continua, por ejemplo mediante una corriente de aire, o si el volumen afuera del líquido es muy grande de modo que la presión de vapor del equilibrio nunca se alcance, el líquido se evaporara continuamente. Para mantener constante la temperatura del líquido durante la evaporación, debe agregarse  al líquido energía en forma de calor. El calor requerido para la evaporación de un gramo del líquido se llama calor latente de vaporización. Entonces, el calor molar de vaporización puede interpretarse como la energía requerida para separar las N moléculas (M gramos) entre sí, contra la influencia de las fuerzas de interacción intermolecular. El calor de vaporización para agua es de 540 cal/g a 100 °C, mientras que para la mayoría de los líquidos es del orden de 100 cal/g y es dependiente de la temperatura.

El proceso que involucra el enfriado de un líquido que se esté evaporando es bien conocido a partir de nuestra experiencia. Un cuerpo mojado se enfría al evaporarse el agua y la diferencia en la incomodidad que se siente en un día húmedo a una temperatura y un día seco a la misma temperatura es causada parcialmente por la diferencia en las velocidades de evaporación y el resultante efecto refrescante. Análogamente, la eliminación (por soplado) del vapor arriba de una taza de café caliente aumenta la velocidad de evaporación y apresura el enfriado.

La evaporación de cualquier líquido depende de muchos factores. De entre ellos pueden citarse a la temperatura del líquido y la temperatura de los alrededores, el tamaño de la superficie del líquido expuesta al aire dentro del recipiente, la distancia de esa superficie respecto a la boca del recipiente, la forma del recipiente, la humedad relativa del aire de los alrededores de la superficie del líquido, la presión de vapor y la presión externa, las corrientes de aire, las impurezas contenidas en el líquido y, desde luego, de la naturaleza del líquido.

1. CALOR LATENTE DE VAPORIZACION

Por definición el calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor que requiere para cambiar 1 gramo de líquido en ebullición a 1 gramo de vapor, manteniendo constante su temperatura.

A presión normal (1 atm = 760 mm de Hg), el agua ebulle y el vapor se condensa a 100° C, a esta temperatura se le da el nombre de punto de ebullición del agua. Si se desea que el agua pase de líquido a vapor o viceversa sin variar su temperatura, necesita un intercambio de 540 calorías por cada gramo. Este calor necesario para cambiar de estado sin variar de temperatura se llama calor latente de vaporización (Lv) del agua o simplemente calor de vaporización.

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1. CALOR LATENTE DE ALGUNAS SUSTANCIAS

Cuadro 2: calor latente de algunas sustancias.

1. MATERIALES Y EQUIPOS

• Balanza analítica
• Termómetro
• Vaso precipitado
• Reloj de mano
• Calculadora
• Equipo de Protección Personal (EPP)

1. EXPERIMENTO

Con el propósito de ayudar en el diseño del experimento, es conveniente determinar de antemano el orden de magnitud de la rapidez de la evaporación del agua, a temperatura ambiente, haciendo un experimento de prueba en el laboratorio de análisis de alimentos durante un día; por ejemplo, utilizando un recipiente graduado (taza medidora) con agua. Un vaso precipitado con agua está colocada en la balanza analítica (graduada). Se hizo un experimentos de prueba en el mes de agosto en la ciudad de Tingo María (T=28 °C) en un vaso de 40 mm de diámetro interno se evaporó 30 g en 42 horas. Lo cual permite estimar que el agua se evaporó a razón de 0.021 g/min. Con este orden de magnitud se podrá estimar la sensibilidad de los equipos necesarios para hacer las mediciones y así determinar la evaporación en una  sesión de 24 horas en el laboratorio. Como el fenómeno se produce en la superficie libre del agua, se ve afectado por el área de esta; por tanto, se debe determinar la cantidad de agua evaporada de por unidad de tiempo. Cuando un fenómeno depende de varios factores, para estudiarlo en forma controlada conviene mantener fijo algunos de ellos y permitir que cambien solamente las cantidades de interés. En este caso de la determinación de la velocidad de evaporación, se usará agua destilada (para asegurar que no contenga impurezas) y se determinara la masa del agua evaporada en función del tiempo. Para medir la masa es suficiente emplear una balanza con resolución de unos centésimos de gramo, y para medir el tiempo se puede usar un cronómetro o un reloj de pulso, pues los tiempos necesarios para registrar un cambio de un centésimo de gramo en la masa son del orden de minutos.

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