El vapor de agua es uno de los varios gases que componen el aire. Por ejemplo, si la presión total de un sistema como el aire a nivel del mar es de 101,3 kPa (o 29,9 pulgadas de mercurio), y ese aire se compone de nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y otros gases traza, cada uno de esos gases contribuye a la presión total de 101,3 kPa. La parte que corresponde al vapor de agua se denomina presión parcial de vapor de agua. La presión parcial de vapor de agua es una métrica clave que se encuentra como componente en las fórmulas que definen todos los demás parámetros de humedad.
Efecto de un cambio de presión
Ley de Dalton:
Según la ley de Dalton, la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes. Esto significa que la presión parcial de un componente es igual al producto de la presión total por la fracción molar del componente.
Por lo tanto, un cambio en la presión total de una mezcla de gases, a composición constante, resulta en el mismo cambio en la presión parcial de cada componente. Por ejemplo, si se duplica la presión total de una mezcla de gases, se duplica la presión parcial de cada componente. Al aumentar la presión total, aumenta proporcionalmente la presión parcial del vapor de agua. Este es un hecho importante que hay que comprender, como se verá cuando definamos la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío. Un aumento de la presión de un sistema cerrado aumentará la humedad relativa y elevará la temperatura del punto de rocío hasta alcanzar la saturación.
Presión de vapor sobre un líquido
Debido a que las moléculas en un líquido están más cerca unas de otras que en un gas, las fuerzas intermoleculares son más fuertes que en un gas. Para que un líquido se vaporice, las fuerzas intermoleculares deben ser vencidas por la energía cinética de las moléculas. Si un líquido se coloca en un recipiente cerrado, las partículas que entran en la fase de vapor no pueden escapar. En su movimiento aleatorio, las partículas golpean el líquido y son recapturadas por las fuerzas intermoleculares. Así, se producen simultáneamente dos procesos: la evaporación y la condensación. La velocidad de evaporación aumenta a medida que lo hace la temperatura. Esto se debe a que un aumento de la temperatura corresponde a un aumento de la energía cinética de las moléculas. Al mismo tiempo, la tasa de condensación aumenta a medida que aumenta el número de partículas en la fase de vapor: más moléculas golpean la superficie del líquido.
Cuando estos dos procesos se igualan, el número de partículas y, por tanto, la presión en la fase de vapor, se estabiliza.
El valor de la presión de vapor de equilibrio depende de las fuerzas de atracción entre las partículas del líquido y de la temperatura de éste. La presión de vapor sobre un líquido aumenta al aumentar la temperatura.
Presión de vapor de agua de saturación
La presión de vapor del agua se satura fuertemente al aumentar la temperatura.
Presión de vapor sobre el hielo
Cuando el agua se congela, las moléculas adoptan una estructura que permite el máximo número de interacciones de enlace de hidrógeno entre moléculas. Como esta estructura tiene grandes agujeros hexagonales, el hielo es más abierto y menos denso que el agua líquida. Como el enlace de hidrógeno es más fuerte en el hielo que en el agua líquida, las fuerzas de atracción intermoleculares son las más fuertes en el hielo. Por eso la presión de vapor sobre el hielo es menor que la presión de vapor sobre el agua líquida.
Aprenda más sobre la humedad en el siguiente vídeo: "Explicación de la medición de la humedad relativa"
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Teoría 2 - Humedad relativa, presión y temperatura
Teoría 4 - Definiciones de humedad: Concentración de vapor
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