Vapor d'aigua
| Vapor d'aigua | |
|---|---|
| Nomene sistemàtic | Vapor d'aigua |
| Estat líquit | Aigua |
| Estat sòlit | Gèl, neu |
| Propietats[1] | |
| Punt de liqüefacció | 100 °C |
| Constant individual gaseosa | 461,5 J/(kg·K) |
| Calor latent d'evaporament | 2,27 MJ/kg |
| Massa molar | 18,02 g/mol |
| Calor específica | 2,01 kJ/(kg·K)
0,48 calç/(g·°C) |
El vapor d'aigua és un gas que s'obté per evaporament o ebullició del aigua líquida o per sublimació del gèl. És vàter i incoloro.
El vapor d'aigua és responsable de la humitat ambiental. En certes condicions, a alta concentració, part de l'aigua que està en forma de vapor es condensa constituint gotes d'aigua líquida en suspensió, i aixina es forma la boira o, a altures majors sobre el sol, núvols.
Podem també apreciar el vapor d'aigua en nostra exhalació en climes frets i en alta humitat.
Propietats
[editar | editar còdic]Evaporament
[editar | editar còdic]Sempre que una molècula d'aigua deixa una superfície i es difon en un gas circumdant, es diu que s'ha evaporat. Cada molècula d'aigua individual que canvia entre un estat més associat (líquit) i un estat menys associat (vapor/gas) ho fa per mig de l'absorció o lliberació d'energia cinètica. La medició agregada d'esta transferència d'energia cinètica es definix com a energia tèrmica i ocorre solament quan existix un diferencial en la temperatura de les molècules d'aigua. L'aigua líquida que es convertix en vapor d'aigua du en si una porció de calor, en un procés cridat refredat per evaporament.[2] La cantitat de vapor d'aigua en l'aire determina la freqüència en la que les molècules retornaran a la superfície. Quan ocorre un evaporament net, el cos d'aigua sofrirà un refredat net directament relacionat en la pèrdua d'aigua.
En Estats Units, el Servici Meteorològic Nacional medix la taxa real d'evaporament d'una superfície d'aigua oberta estandardisada "font" a l'aire lliure, en varis llocs de tot el país. Uns atres fan lo mateix en tot lo món. Les senyes d'Estats Units es recopilen i compilan en un mapa d'evaporament anual.[3] Les mides oscilen entre 30 i més de 120 polzades per any. Es poden usar fòrmules per a calcular la taxa d'evaporament d'una superfície d'aigua com una piscina.[4][5] En alguns països, la taxa d'evaporament supera en créixens la taxa de precipitació.
El refredat evaporativo està restringit per les condicions atmosfèriques. La humitat és la cantitat de vapor d'aigua en l'aire. El contingut de vapor de l'aire es medix en dispositius coneguts com higrómetros. Les mides s'expressen generalment com a humitat específica o percentage d'humitat relativa. Les temperatures de l'atmòsfera i la superfície de l'aigua determinen la pressió de vapor d'equilibri; el 100 % d'humitat relativa ocorre quan la pressió parcial de vapor d'aigua és igual a la pressió de vapor d'equilibri. Esta condició a sovint es coneix com a saturació completa. La humitat varia de 0 grams per metro cúbic en aire sec a 30 grams per metro cúbic quan el vapor està saturat a 30 °C.[6]
Sublimació
[editar | editar còdic]La sublimació és el procés pel qual les molècules d'aigua abandonen directament la superfície del gèl sense convertir-se primer en aigua líquida. La sublimació explica la llenta desaparició a mitan de l'hivern del gèl i la neu a temperatures massa baixes per a provocar el derretimiento. L'Antàrtida mostra este efecte en un grau únic perque és, en molt, el continent en la taxa més baixa de precipitació en la Terra. Com a resultat, hi ha grans àrees a on capes milenàries de neu s'han sublimado, deixant arrere els materials no volàtils que contenien. Açò és extremadament valiós per a certes disciplines científiques, un eixemple dramàtic és la colecció de meteorits que queden exposts en cantitats inigualables i en excelents estats de conservació.
La sublimació és important en la preparació de certes classes de mostres biològiques per a microscopía electrònica d'agranada. Normalment, les mostres es preparen per mig de criofijación i congelació-fractura, despuix de la qual cosa la superfície trencada es liofiliza i s'erosiona per exposició al buit fins que mostra el nivell de detall requerit. Esta tècnica pot mostrar molècules de proteïnas, estructures d'orgànuls i bicapas lipídicas en molt baixos graus de distorsió.
Condensació
[editar | editar còdic]
El vapor d'aigua solament es condensará en una atra superfície quan eixa superfície estiga més freda que la temperatura del punt de rocío, o quan s'haja excedit l'equilibri del vapor d'aigua en l'aire. Quan el vapor d'aigua es condensa en una superfície, es produïx un calfament net en eixa superfície.[7] La molècula d'aigua du en si energia tèrmica. A la seua volta, la temperatura de l'atmòsfera descendix lleument.[8] En l'atmòsfera, la condensació produïx núvols, boira i precipitació (per lo general, solament quan la faciliten els núcleus de condensació dels núvols). El punt de rocío d'un paquet d'aire és la temperatura a la que deu gelar-se ans que el vapor d'aigua en l'aire comence a condensarse. La condensació en l'atmòsfera forma gotes de núvols.
Ademés, es produïx una condensació neta de vapor d'aigua en les superfícies quan la temperatura de la superfície és igual o inferior a la temperatura del punt de rocío de l'atmòsfera. La deposición és una transició de fase separada de la condensació que conduïx a la formació directa de gèl a partir del vapor d'aigua. Les gelades i la neu són eixemples de deposición.
Existixen varis mecanismes de refredat pels que es produïx la condensació: 1) Pèrdua directa de calor per conducció o radiació. 2) Refredat per la caiguda de la pressió de l'aire que ocorre en l'elevació de l'aire, també conegut com a refredat adiabàtic. L'aire pot ser elevat per montanyes, que desvien l'aire cap a dalt, per convecció i per fronts frets i càlits. 3) Refredat advectivo: refredat pel moviment horisontal de l'aire.
Reaccions químiques
[editar | editar còdic]Vàries reaccions químiques tenen aigua com a producte. Si les reaccions tenen lloc a temperatures superiors al punt de rocío de l'aire circumdant, l'aigua es formarà en forma de vapor i aumentarà la humitat local, si per baix del punt de rocío es produirà condensació local. Les reaccions típiques que donen com resultat la formació d'aigua són la crema d'hidrogen o hidrocarburs en l'aire o atres mescles de gasos que contenen oxigen, o com a resultat de reaccions en oxidants.
De manera similar, atres reaccions químiques o físiques poden tindre lloc en presència de vapor d'aigua, lo que dona com resultat la formació de nous productes químics, com l'oxidació del ferro o el acer, la polimerisació (certes bromera de poliuretano i les coes de cianoacrilato es curen en l'exposició a la humitat atmosfèrica) o el canvi de formes, com quan els productes químics anhidros poden absorbir suficient vapor per a formar una estructura cristalina o alterar una existent, lo que a voltes resulta en canvis de color característics que es poden utilisar per a la medició.
En l'atmòsfera de la Terra
[editar | editar còdic]
L'aigua gaseosa representa un component de l'atmòsfera menut pero ambientalment significatiu. El percentage de vapor d'aigua en l'aire de la superfície varia de 0,01 % a -42 °C[9] a 4,24 % quan el punt de rocío és de 30 °C.[10] Més del 99 % de l'aigua atmosfèrica està en forma de vapor, en lloc d'aigua líquida o gèl,[11] i aproximadament el 99,13 % del vapor d'aigua està contingut en la troposfera. La condensació del vapor d'aigua a la fase líquida o de gèl és responsable dels núvols, la pluja, la neu i atres precipitacions, totes les quals conten entre els elements més importants de lo que experimentem com a clima. Menys obvi, la calor latent de vaporisació, que es llibera a l'atmòsfera quan es produïx la condensació, és un dels térmens més importants en el balanç energètic atmosfèric tant a escala local com a global. Per eixemple, la lliberació de calor latent en la convecció atmosfèrica és directament responsable d'impulsar tormentes destructives com a ciclons tropicals i tormentes elèctriques severes. El vapor d'aigua és un gas d'efecte hivernàcul important,[12][13] per la presència de l'enllaç hidroxilo que absorbix fortament en el infrarrojo.
El vapor d'aigua és el "mig de treball" del motor termodinàmic atmosfèric que transforma l'energia tèrmica de l'irradiació solar en energia mecànica en forma de vents. La transformació de l'energia tèrmica en energia mecànica requerix un nivell de temperatura superior i inferior, aixina com un mig de treball que va i ve entre abdós. El nivell superior de temperatura ve dau pel sol o la superfície de l'aigua de la terra, que absorbix la radiació solar entrante i calfa, evaporant l'aigua. L'aire humit i càlit del sol és més llauger que el seu entorn i s'eleva fins al llímit superior de la troposfera. Allí, les molècules d'aigua irradian la seua energia tèrmica a l'espai exterior, gelant l'aire circumdant. L'atmòsfera superior constituïx el nivell de temperatura més baix del motor termodinàmic atmosfèric. El vapor d'aigua en l'aire ara fret es condensa i cau al sol en forma de pluja o neu. L'aire fret i sec, ara més pesat, també descendix al sol; el motor termodinàmic atmosfèric establix aixina una convecció vertical, que transporta la calor del sol a l'atmòsfera superior, a on les molècules d'aigua poden irradiarlo a l'espai exterior. Per la rotació de la terra i les forces de Coriolis resultants, esta convecció atmosfèrica vertical també es convertix en una convecció horisontal, en forma de ciclonés i anticiclonés, que transporten l'aigua evaporada sobre els oceans cap a l'interior dels continents, permetent que la vegetació creixca. El motor termodinàmic atmosfèric establix aixina una convecció vertical, que transporta la calor del sol a l'atmòsfera superior, a on les molècules d'aigua poden irradiarlo a l'espai exterior. Per la rotació de la terra i les forces de Coriolis resultants, esta convecció atmosfèrica vertical també es convertix en una convecció horisontal, en forma de ciclons i anticiclones, que transporten l'aigua evaporada sobre els oceans cap a l'interior dels continents, permetent que la vegetació creixca el motor termodinàmic atmosfèric establix aixina una convecció vertical, que transporta la calor del sol a l'atmòsfera superior, a on les molècules d'aigua poden irradiarlo a l'espai exterior. Per la rotació de la terra i les forces de Coriolis resultants, esta convecció atmosfèrica vertical també es convertix en una convecció horisontal, en forma de ciclons i anticiclones, que transporten l'aigua evaporada sobre els oceans cap a l'interior dels continents, permetent que la vegetació creixca.[14]
L'aigua en l'atmòsfera de la Terra no és merament per baix de la seua punt d'ebullició (100 °C), pero en l'altura que està per baix del seu punt de congelació (0 °C), per l'aigua és l'atracció altament polar. Quan es combina en la seua cantitat, el vapor d'aigua té un punt de rocío i un punt de congelació rellevants, a diferència de, per eixemple, el diòxit de carbono i el metà. Per tant, el vapor d'aigua té una altura d'escala una fracció de la de l'atmòsfera a granel,[15][16][17] a mida que l'aigua es condensa i ix, principalment en la troposfera, la capa més baixa de l'atmòsfera.[18] El diòxit de carbono (CO2) i el metà, en estar ben mesclat en l'atmòsfera, tendixen a elevar-se per damunt del vapor d'aigua. L'absorció i emissió d'abdós composts contribuïxen a l'emissió de la Terra a l'espai i, per tant, a l'efecte hivernàcul planetari.[16][19][20] Este forzamiento d'efecte hivernàcul és directament observable, a través de distintes característiques espectrals front al vapor d'aigua, i s'observa que aumenta en l'aument del nivell de CO2.[21] Pel contrari, l'adició de vapor d'aigua a grans altituts té un impacte desproporcionado, per lo que el tràfic d'avions[22][23][24] té un efecte de calfament desproporcionadament alt. L'oxidació del metà és
també una font important de vapor d'aigua en la estratosfera,[25] i agrega aproximadament un 15 % a l'efecte de calfament global del metà.[26]
En absència d'uns atres gasos d'efecte hivernàcul, el vapor d'aigua de la Terra es condensaría en la superfície;[27][28][29] açò provablement haja succeït, possiblement més d'una volta. Per tant, els científics distinguixen entre gasos d'efecte hivernàcul no condensables (impulsors) i condensables (impulsats), és dir, la retroalimentación de vapor d'aigua anterior.[30][13][12]
La boira i les núvols es formen a través de la condensació al voltant dels núcleus de condensació dels núvols. En absència de núcleus, la condensació solament es produirà a temperatures molt més baixes. En condicions de condensació o deposición persistents, es formen gotes de núvols o copos de neu, que es precipiten quan alcancen una massa crítica.
La concentració atmosfèrica de vapor d'aigua varia molt entre ubicacions i hores, des de 10 ppmv en l'aire més fret fins a 5 % (50 000 ppmv) en l'aire tropical humit,[31] i es pot medir en una combinació d'observacions terrestres, globos meteorològics i satèlits.[32] El contingut d'aigua de l'atmòsfera en el seu conjunt s'agota constantment per la precipitació. Al mateix temps, es repon constantment per evaporament, principalment d'oceans, llac, rius i terra humida. Atres fonts d'aigua atmosfèrica inclouen la combustió, la respiració, les erupció volcàniques, la transpiració de les plantes i varis atres processos biològics i geològics. En un moment donat hi ha al voltant d'1,29 x 1016 litros d'aigua en l'atmòsfera. L'atmòsfera conté 1 part en 2500 de l'aigua dolça i 1 part en 100 000 de l'aigua total de la Terra.[33] El contingut global mig de vapor d'aigua en l'atmòsfera és aproximadament suficient per a cobrir la superfície del planeta en una capa d'aigua líquida d'uns 25 mm de profunditat.[34][35][36] La precipitació mija anual per al planeta és d'aproximadament 1 metro, una comparació que implica una ràpida renovació de l'aigua en l'aire; en promig, el temps de residència d'una molècula d'aigua en la troposfera és d'aproximadament 9 a 10 dies.[36]
El vapor d'aigua mig global és aproximadament el 0,25 % de l'atmòsfera en massa i també varia estacionalmente, en térmens de contribució a la pressió atmosfèrica entre 2,62 hPa en juliol i 2,33 hPa en decembre.[37] IPCC AR6 expressa una confiança mija en l'aument del vapor d'aigua total en al voltant de l'1-2 % per década;Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut s'espera que aumente en al voltant d'un 7 % per °C de calfament.[34]
Els episodis d'activitat geotèrmica de superfície, com les erupció volcàniques i els géiseres, lliberen cantitats variables de vapor d'aigua a l'atmòsfera. Tals erupció poden ser grans en térmens humans, i les grans erupció explosives poden injectar masses excepcionalment grans d'aigua excepcionalment altes en l'atmòsfera, pero com a percentage de l'aigua atmosfèrica total, el paper de tals processos és trivial. Les concentracions relatives dels diversos gasos emesos pels volcans varien considerablement segons el lloc i segons l'event particular en qualsevol lloc. No obstant, el vapor d'aigua és constantment el gas volcànic més comú; per regla general, comprén més del 60 % de les emissions totals durant una erupció subaérea.[38]
El contingut de vapor d'aigua atmosfèric s'expressa utilisant vàries mides. Estos inclouen pressió de vapor, humitat específica, proporció de mescla, temperatura del punt de rocío i humitat relativa.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Lide, David (1992). CRC Manual de Química i de Física, 73ª edició, CRC Press.
- ↑ Plantilla:Harvp
- ↑ «Evaporation».
- ↑ «swimming, pool, calculation, evaporation, water, thermal, temperature, humidity, vapor, excel».
- ↑ «Summary of Results of all Pool Evaporation Rate Studies». R. L. Martin & Associates.
- ↑ «climate - meteorology».
- ↑ «Watervaporfeedback Andglobalwarming».Annual Review of Energy and the Environment.25(1)
- 441–475.ISSN 1056-3466.doi:10.1146/annurev.energy.25.1.441.
- ↑ Plantilla:Harvp
- ↑ Plantilla:Harvp
- ↑ Plantilla:Harvp
- ↑ «Atmospheric Water Vapor». Remote Sensing Systems.
- ↑ 12,0 12,1 Lacis, A. et al., The role of long-lived greenhouse gasos as principal LW control knob that governs the global surface temperature for past and future climate change, Tellus B, vol. 65 p. 19734, 2013
- ↑ 13,0 13,1 «Properties».
- ↑ https://web.stanford.edu/ajlucas/The%20Atmosphere%20as%20a%20Heat%20Engine.pdf
- ↑ Bruce L. Gary. «Ch#5».
- ↑ 16,0 16,1 «The Carbon Dioxide Greenhouse Effect». Archivat des d'el original, el 11 de novembre de 2016.
- ↑ Plantilla:Harvp
- ↑ «Icy Surprise».Aviation Week & Space Technology.175(41)
- ↑ «Climate scientists confirm elusive tropospheric hot espot». Archivat des d'el original, el 4 d'abril de 2019.
- ↑ «Atmospheric changes through 2012 as shown by iteratively homogenized radiosonde temperature and wind data (IUKv2)».Environmental Research Letters.10(5)doi:10.1088/1748-9326/10/5/054007.
- ↑ «Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010».Nature.519(7543)
- 339–343.doi:10.1038/nature14240.
- ↑ «Jet contrails alter average daily temperature range».
- ↑ «Jets' contrails contribute to heat-trapping high-level clouds». Archivat des d'el original, el 19 de maig de 2015.
- ↑ «World War II contrails: a case study of aviation-induced cloudiness».International Journal of Climatology.32(11)
- 1745–1753.doi:10.1002/joc.2392.
- ↑ «Water Vapour and Methane Coupling in the Stratosphere observed with SCIAMACHY Solar Occultation Measurements».Atmospheric Chemistry and Physics.(18)
- 4463–4476.doi:10.5194/acp-18-4463-2018.
- ↑ «Radiative forcing due to stratospheric water vapour from CH4 oxidation».Geophysical Research Letters.34(1)doi:10.1029/2006GL027472.
- ↑ Plantilla:Harvp: "The equilibrium temperature of the Earth is 255 K, well-below the freezing point of water, but because of its atmosphere, the greenhouse effect warms the surface"
- ↑ What is the maximum and minimum distance for the Earth that is compatible with life?
- ↑ "for the Earth, the albedo is 0.306 and the distance is 1.000 AU, baix the expected temperature is 254 K or -19 C – significantly below the freezing point of water!"
- ↑ de Pater, I., Lissauer, J., Planetary Sciences, Cambridge University Press, 2007
- ↑ Wallace, John M. and Peter V. Hobbs. Atmospheric Science: An Introductory Survey
- Archivat el 28 de juliol de 2018 archivat en Wayback Machine.. Elsevier. Second Edition, 2006. ISBN 978-0-12-732951-2. Page 8.
- ↑ «Comparison of precipitable water vapor derived from radiosonde, GPS, and Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer measurements».Journal of Geophysical Research: Atmospheres.108(20)doi:10.1029/2003JD003372.
- ↑ «Water Resources», Encyclopedia of Climate and Weather (en en), New York: Oxford University Press, pp. 817–823. «Vol. 2»
- ↑ 34,0 34,1 «Observed Global and Regional Variation in Earth's Water Vapor: Focus on the Weather-Climate Interface» (21 May 2014).
- ↑ International Satellite Cloud Climatology Project. «21-Year Deviations and Anomalies of Region Monthly Pixen From Total Period Pixen Over Global Total Column Water Vapor (cm)».
- ↑ 36,0 36,1 «Water vapor in the climate system».AGU Special Report.
- ↑ «The Mass of the Atmosphere: A Constraint on Global Analyses».Journal of Climate.18(6)
- 864–875.doi:10.1175/JCLI-3299.1.
- ↑ Plantilla:Harvp
- Este artícul conté una traducció derivada de «Vapor de agua» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.