Vapor de agua
El vapor de agua es el agua en estado gaseoso: invisible, presente en la atmósfera y principal gas de efecto invernadero natural.
El vapor de agua es el agua en estado gaseoso. Es invisible, está presente en el aire que respiramos y es el principal gas de efecto invernadero de la atmósfera. Se forma cuando el agua líquida se evapora o cuando el hielo sublima, y al enfriarse se condensa en gotitas que dan lugar a las nubes, la niebla y el rocío. Tiene un papel central en el tiempo meteorológico, el clima y la industria energética.
¿Qué es el vapor de agua?
Es un conjunto de moléculas de H₂O que se mueven libremente, sin la cohesión del estado líquido. Conviene distinguirlo de lo que habitualmente llamamos «vapor» en la vida diaria: la nube blanca que sale de una olla o de un cazo hirviendo no es vapor de agua, sino miles de minúsculas gotas de agua líquida formadas por la condensación del vapor al enfriarse en contacto con el aire. El vapor de agua propiamente dicho es transparente.
El agua puede estar en tres estados. La relación entre ellos se explica en el artículo sobre los estados del agua. Y el término más general, aplicable a cualquier sustancia, se desarrolla en vapor.
Cómo se forma
- Evaporación: las moléculas de la superficie del agua con más energía escapan al aire a cualquier temperatura. Es lenta y ocurre solo en la superficie.
- Ebullición: a 100 °C y presión de 1 atm, el agua hierve y se forma vapor en todo el volumen del líquido. A mayor altitud la presión es menor y el agua hierve a menos temperatura.
- Sublimación: el hielo y la nieve pueden pasar directamente a vapor, sobre todo con aire seco y viento.
- Transpiración de las plantas: las hojas liberan vapor de agua al aire.
El proceso inverso es la condensación, que libera calor y da origen a nubes y lluvia. Si el vapor pasa directo a hielo, se habla de sublimación inversa o deposición.
Propiedades físicas
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Punto de ebullición (1 atm) | 100 °C |
| Calor latente de vaporización a 100 °C | ≈ 2 257 kJ/kg |
| Punto triple | 0,01 °C y 611,7 Pa |
| Presión de vapor saturado a 20 °C | ≈ 2,34 kPa |
| Presión de vapor saturado a 100 °C | ≈ 101,3 kPa |
| Masa molar | 18,015 g/mol |
Al pasar de líquido a vapor, el volumen aumenta enormemente: un gramo de agua líquida a 100 °C ocupa 1 cm³, y como vapor a presión atmosférica casi 1,7 litros. Esa expansión es la base de las máquinas de vapor y de las turbinas.
Humedad y fórmulas
La cantidad de vapor que el aire puede contener depende de la temperatura: el aire cálido admite mucho más que el frío. La humedad relativa compara la presión parcial de vapor existente con la presión de vapor de saturación a esa temperatura:
Y el calor necesario para vaporizar una masa de agua a su temperatura de ebullición es:
Cuando la temperatura baja hasta el punto de rocío, la humedad relativa llega al 100 % y el vapor comienza a condensarse. Por cada grado de aumento de temperatura, la capacidad del aire para contener vapor crece alrededor de un 7 %.
Importancia del vapor de agua
- Clima: es el principal gas de efecto invernadero natural. Además, al calentarse el planeta, aumenta el vapor en la atmósfera y refuerza el calentamiento (retroalimentación positiva).
- Ciclo del agua: transporta agua y energía desde los océanos hasta los continentes.
- Energía: el vapor sobrecalentado mueve las turbinas de las centrales térmicas y nucleares.
- Industria y hogar: esterilización en autoclaves, calefacción, planchado, cocción al vapor.
- Salud: la humedad del ambiente influye en el confort y en la sensación térmica.
Ejercicios resueltos
1. ¿Qué energía se necesita para evaporar 200 g de agua que ya está a 100 °C? (Lv = 2,257 × 10⁶ J/kg)
Q = m · Lv = 0,200 · 2,257 × 10⁶ = 4,51 × 10⁵ J ≈ 451 kJ.
2. Calcula la energía para convertir 100 g de agua a 20 °C en vapor a 100 °C. (c = 4 186 J/(kg·K))
Calentar: 0,100 · 4 186 · 80 = 33 488 J. Vaporizar: 0,100 · 2,257 × 10⁶ = 225 700 J. Total ≈ 259 000 J (259 kJ).
3. A 20 °C la presión de vapor saturado es 2,34 kPa. Si la presión parcial de vapor en el aire es 1,17 kPa, ¿cuál es la humedad relativa?
HR = 1,17 / 2,34 × 100 = 50 %.
4. ¿Qué volumen ocupa 1 g de vapor de agua a 100 °C y 1 atm? Usa la ecuación de los gases ideales (R = 8,314 J/(mol·K)).
n = 1 / 18,015 = 0,0555 mol. V = nRT/P = 0,0555 · 8,314 · 373,15 / 101 325 ≈ 1,70 × 10⁻³ m³ = 1,7 litros, unas 1 700 veces el volumen del líquido.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el vapor de agua?
Es el agua en estado gaseoso, invisible y presente en la atmósfera. Se forma por evaporación, ebullición o sublimación del hielo.
¿Por qué vemos «humo blanco» cuando hierve el agua?
Porque lo que vemos son gotitas de agua líquida, formadas cuando el vapor invisible se enfría y condensa en el aire. El vapor en sí no se ve.
¿Es el vapor de agua un gas de efecto invernadero?
Sí, y es el más abundante e importante de forma natural, aunque su cantidad en la atmósfera responde a la temperatura más que a las emisiones directas humanas, por lo que actúa como amplificador del calentamiento.
¿A qué temperatura se forma el vapor de agua?
Se forma a cualquier temperatura por evaporación. El agua hierve y genera vapor en todo su volumen a 100 °C a nivel del mar.
¿Qué diferencia hay entre vapor y gas?
Se llama vapor a una sustancia gaseosa por debajo de su temperatura crítica, que se puede licuar solo comprimiéndola. Para el agua, la temperatura crítica es de unos 374 °C.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. McGraw-Hill.
- Ahrens, C. D. Meteorology Today. Cengage.
Conceptos relacionados: vaporización, temperatura, presión y calor.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Vapor de agua». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/vapor-de-agua/
