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394 Capítulo 19 Propiedades térm icas de la materia
Por qué las máquinas
Zamboni dejan un
rastro de vapor
Las m áquinas Z a m bo ni,
esas m áquinas que
q u itan el desecho
d e hielo en las pistas de
patinaje, dejan la
superficie de hielo
lim pia y fresca. ¿A lguna
vez se ha p re g u n ta d o
p o r qu é el agua que
e xtie nden deja un
rastro de vap o r fresco?
Esa agua tie n e una
te m p e ra tu ra de 180°F
(82°C). Se preguntará
p o r q u é las m áquinas
e xtie n d e n agua qu e
está casi en su p u n to de
eb u llició n . ¿Por q u é no
vierten agua m uy fría?
La respuesta es q u e la
eva pora ción enfria la
capa d e agua caliente
al p u n to de congelació n
m uy rá p id o . Intente
este e xp e rim e n to con
bandejas de hielo: llene
una con agua hirvie n d o
y otra con agua fría de la
llave. C o lo q u e am bas en
su congelador. Revíselas
cada 15 m inutos. ¿Cuál
se congela más rá pido?
¡El agua caliente! Ésta
es la razón p o r la cual
las m áquinas Z a m bo ni
dejan rastros de vapor.
Figura 19.5 Una molécula cercana a la superficie de un líquido experimenta una fuerza neta hacia abajo.
Unicamente las moléculas con más energía son capaces de superar esta fuerza y abandonar el líquido.
La teoría molecular de la materia supone que un líquido está formado por moléculas
agrupadas muy cerca unas de otras. Estas moléculas tienen una energía cinética media que
está relacionada con la temperatura del líquido. Sin embargo, debido a las colisiones que se
producen al azar o al movimiento vibratorio, no todas las moléculas se mueven con la misma
rapidez; algunas se mueven más rápidamente que otras.
Por el hecho de que las moléculas están muy cercanas entre sí, las fuerzas entre ellas son
relativamente grandes. A medida que una molécula se aproxima a la superficie del líquido,
como se muestra en la figura 19.5, experimenta una fuerza resultante que la empuja hacia
abajo. La fuerza neta surge del hecho de que no existen moléculas del líquido encima de la
superficie, que equilibren la atracción hacia abajo de las moléculas que se encuentran debajo
de la superficie. Unicamente las partículas que se mueven con mayor rapidez pueden llegar
a la superficie con la energía suficiente para sobrepasar las fuerzas de oposición. Se dice que
estas moléculas se evaporan debido a que, al abandonar el líquido, se convierten en partículas
de gas típicas. No han cambiado químicamente; la única diferencia entre un líquido y su
propio vapor es la distancia que separa las moléculas.
En vista de que sólo las moléculas con mayor energía son capaces de separarse de la
superficie, la energía cinética media de las partículas que permanecen en el líquido se reduce.
Por lo tanto, la evaporación es un proceso de enfriamiento. (Si deja usted caer unas gotas de
alcohol en el dorso de su mano, sentirá una sensación de enfriamiento.) La rapidez de evaporación
es afectada por la temperatura del líquido, el número de moléculas por encima del
líquido (la presión), el área de la superficie expuesta y el grado de ventilación presente.
Presión de vapor
Se llena parcialmente un recipiente de agua, como se aprecia en la figura 19.6. La presión que
ejercen las moléculas por arriba de la superficie del agua se mide por medio de un manómetro de
mercurio de tubo abierto. En la figura 19.6a hay tantas moléculas de aire en el interior del recipien­
Figura 19.6 Medición de la presión de vapor de un líquido: (a) sólo la presión del aire, (b) presión de vapor
parcial y (c) presión de vapor saturado.