Propiedades coligativas de la atmósfera

(Ciencias de Joseleg)  (Química)  (Química cuantitativa)  (Propiedades de las disoluciones)  (Ejercicios)  (Introducción)  (Introducción a la solubilidad)  (Electrolitos y conductividad)  (Factores que afectan la solubilidad)  (Solubilidad a nivel molecular)  (Modelo matemático de la solubilidad)  (La solución ideal y el factor de van't Hoff)  (La ley de Henry)  (Presión de vapor)  (La ley de Raoult)  (Diagramas de fase)  (Aumento ebulloscópico y descenso crioscópico)  (Propiedades coligativas de la atmósfera)  (Ósmosis)  (Coloides)  (Referencias bibliográficas)

 

La presión atmosférica, a veces también llamada presión barométrica (por el instrumento de medida), es la presión dentro de la atmósfera de la Tierra (o la de otro planeta). La atmósfera estándar (símbolo: atm) es una unidad de presión definida como 1013.25 mbar =101.325 kPa=760 mmHg=760 torr=14.696 psi. Esta definición no es igual para todo el planeta, y aquí es donde está el truco, si la presión cambia, yodas las propiedades coligativas se alteran, el punto de esta sección es identificar como cambian las propiedades coligativas del agua y sus soluciones acuosas con respecto a la presión atmosférica.

Relación altura presión atmosférica

Aunque es evidente que la presión es inversamente proporcional a la altura, es decir, a menor altura sobre el nivel del mar la presión disminuye, lo que no es bien sabido es que esta no es una función lineal.

Figura 23.  A altitudes muy altas la presión atmosférica es casi 0, pero cerca del nivel del mar es 1 atm aproximadamente. La relación altura y presión es inversa y exponencial.

La atmósfera no es una mezcla homogénea, ya que la gravedad afecta. La gravedad es más potente cerca del núcleo terrestre que en su periferia, por lo que los gases a nivel del mar son jalados más fuertemente hacia el mar que las partículas en las montañas, esto implica que las capas cerca del nivel del mar son más densas, además de estar compactadas por todas las capas sobre ellas, mientras que las capas en las montañas son menos densas y tienen menos capas sobre ellas. De lo anterior se desprende que la presión atmosférica es una fusión exponencial inversa de la altura.

Efecto en la presión de vapor

El aumento en la presión externa a nivel del mar, impide que las partículas de gases correspondientes puedan escapar. Evidentemente la molécula más importante en este sentido es el agua, y su presión parcial se denomina comúnmente como la humedad.

El vapor de agua/humedad, el estado gaseoso del agua, generalmente es invisible para el ojo humano, aunque sigue las reglas del equilibrio de fases con el estado líquido. La humedad indica la probabilidad de que haya precipitación, rocío o niebla. Sin embargo, el vapor de agua como gas tiene un comportamiento peculiar con respecto a la temperatura, si bien decimos que, todos los gases son completamente solubles entre sí, con el agua no pasa lo mismo, su solubilidad en aire aumenta con la temperatura, por lo que una disminución de la temperatura provoca que el vapor de agua se condense espontáneamente en su fase acuosa. La cantidad de vapor de agua contenida dentro de una parcela de aire puede variar significativamente dependiendo de la temperatura. Por ejemplo, una porción de aire cercana a la saturación puede contener 28 gramos de agua por metro cúbico de aire a 30°C, pero solo 8 gramos de agua por metro cúbico de aire a 8°C.

Secando la ropa

Secar la ropa en ambientes muy húmedos, es decir, de alta presión atmosférica, es difícil, debido a que el equilibrio favorece el estado líquido, la alta presión hace que las moléculas del agua permanezcan más tiempo en su estado líquido, por lo que secar la ropa en ciudades húmedas puede ser difícil, aun cuando esta sea cálida, pues, aunque la temperatura aumenta linealmente, la presión lo hace exponencialmente.

Sensación térmica

En las altas montañas aun cuando hay más energía radiante, no hay calor manifiesto debido a que la atmposfera tiene pocas moléculas que vibren al absorber la radiación y convertirla en calor. Sin embargo, en ambientes de alta presión atmosférica y por ende alta humedad “el agua es una de las moléculas que más fuertemente vibra”, la atmosfera es capaz de absorber más energía radiante en calor, el calor por ende no es una consecuencia directa del Sol, sino la manifestación de las moléculas de gas chocando violentamente contra nuestra piel.

Sudando en zonas húmedas

Las zonas húmedas y por ende cálidas tienen un doble efecto sobre nuestra capacidad de regular la temperatura corporal, por un lado, al igual que la ropa, el sudor es principalmente agua, y para que este nos refresque debe poder cambiar a fase gaseosa, para que nuevas gotas de sudor puedan ser emitidas, pero si no pasa a fase gaseosa, el sudor lo que hace es recolectar calor de la atmosfera circundante, aumentando la sensación térmica. Esto es básicamente el principio de una hoya pitadora, más presión, más temperatura en los líquidos, y menos evaporación.

Efectos en la industria

La alta humedad a menudo puede tener un efecto negativo en la capacidad de las plantas químicas y refinerías que utilizan los hornos como parte de ciertos procesos (por ejemplo, reformado con vapor, procesos con ácido sulfúrico húmedo). Por ejemplo, debido a que la humedad diluye las concentraciones de oxígeno en el ambiente (el aire seco suele ser de 20.9% de oxígeno, pero al 100% de humedad relativa, el aire es de 20.4% de oxígeno), los ventiladores de gas de combustión deben tomar aire a una velocidad más alta que la que se necesitaría para mantener el aire en una zona poco húmeda.

Figura 24.   Diagrama de fase del agua. La línea roja representa la presión a nivel del mar, por lo que para inferir lo que pasa en una montaña, hay que revisar lo que sucede al disminuir la presión.

Operaciones de panadería y pastelería

La alta humedad en el horno provoca que su atmosfera tenga el efecto de hoya pitadora, y por ende aumentando la conductividad térmica del aire alrededor del elemento horneado, lo que lleva a un proceso de horneado más rápido o incluso a que la masa se queme fácilmente. Por el contrario, la baja humedad ralentiza el proceso de cocción.

Efecto en el punto de fusión y ebullición

Como se puede observar en la Figura 24 al disminuir la presión el punto de ebullición del agua disminuye rápidamente, no es mayor novedad, sin embargo, el punto de congelación experimenta un leve aumento hasta llegar a una presión de 0,006 atm. En otras palabras, al disminuir la presión el agua ebullirá a temperaturas inferiores a 100°, pero también se congelará a temperaturas superiores a 0°C pero inferiores a 0,01°C. Debajo de la presión del punto triple, el punto de sublimación de hielo a vapor si disminuye, aunque no hay montañas tan altas como para observar ese fenómeno, pues aún en las montañas más altas, la presión es de unas 0,2 atm.