¿Por qué el agua está caliente cuando hierve y el nitrógeno líquido está frío cuando hierve?

Answer 1

El agua puede hervir a temperatura ambiente. Lo he visto. Y a medida que hierve, la temperatura desciende. Por lo general, vemos que hierve cuando calentamos líquidos en las tapas de la estufa. Así que, naturalmente, asociamos la ebullición con una temperatura más alta y no consideramos la ebullición como un medio para enfriar un objeto, pero eso es lo que sucede.

Evaporación y ebullición enfrían una sustancia. ¿Por qué ese es el caso y por qué no lo observamos? Bueno, para ambos procesos, las partículas de mayor energía son las primeras en dejar el líquido y escapar como un gas. Esto enfría el líquido porque toda la temperatura es la energía cinética promedio de todas las partículas en una muestra. Entonces, a medida que la muestra hierve o se evapora, la energía cinética disminuye y, por definición, la temperatura disminuye.

¿Cómo hacemos hervir una sustancia? Bueno, cada molécula tiene algún tipo de atracción por otra molécula. Esta atracción es débil para los compuestos no polares y más fuerte para los compuestos polares (esta es toda una lección en sí misma). El agua forma atracciones muy fuertes para otras moléculas de agua debido a su fuerte atractivo parcial parcial positivo y negativo. Piensa en los imanes que atraen a otros imanes. Esto significa que son más difíciles de separar. Entonces miras el nitrógeno. El nitrógeno es atraído muy débilmente a otros nitrógeno en comparación con el agua. Ahora, comprender estas atracciones es muy importante para comprender por qué las cosas están en el estado de la materia en la que están. Para construir sobre esto, todas las moléculas están en movimiento. Cuanto más débil sea la atracción mencionada anteriormente, más fácilmente podrán moverse entre sí. Esto conduce a una “presión de vapor”, que es la presión que un líquido ejerce sobre su entorno cuando trata de convertirse en un gas de todo ese movimiento. En el caso del agua, esa presión de vapor es bastante baja. En el caso del nitrógeno, es bastante alto. Y esto es una vez más porque el agua es atraída más fuertemente a otras moléculas de agua que el nitrógeno a otras moléculas de nitrógeno. Las presiones de vapor más fuertes hacen que los compuestos se vuelvan vapor con más facilidad.

Entonces, ¿cómo se relaciona esto con la temperatura? Al aumentar la temperatura del líquido, por definición, aumenta la energía cinética del líquido. Este aumento en el movimiento aumenta la presión de vapor y acelera la evaporación. Debido a que estamos agregando energía (como en una estufa), nunca notamos la caída en la energía (temperatura) del proceso de evaporación o ebullición.

¿Cómo hacemos que los líquidos (como el agua) hiervan a temperaturas aún más bajas? Como mencioné anteriormente, el líquido está ejerciendo una presión ascendente llamada presión de vapor. Además, hay una presión que empuja hacia abajo sobre el líquido que normalmente se llama presión atmosférica. En el caso del agua, la presión atmosférica es más fuerte que la presión de vapor a temperatura ambiente. Esta es la razón por la que no se produce ninguna ebullición en ese vaso de agua que dejó en la encimera. Para que ocurra la ebullición, la presión de vapor debe haber alcanzado la presión que empuja el líquido hacia abajo. Esto debería llevar a una pregunta. ¿Qué sucede si la presión que se ejerce sobre el líquido disminuye como en el vacío? El líquido puede hervir a temperaturas más bajas.

¿Y qué pasa con la temperatura cuando no estás agregando energía térmica? La temperatura descenderá a medida que el líquido se evapore. Esto realmente puede llevar a un suceso increíble llamado el punto triple. Eventualmente, la energía cinética caerá al punto en que un sólido comienza a formarse. Sí, la ebullición puede llevar a la congelación. Este es el punto triple. Serás testigo de un sólido, líquido y gas al mismo tiempo u oscilando entre los tres de la misma muestra. La temperatura de las gotas en ebullición, el líquido se convierte en un sólido, el sólido se calienta un poco y se convierte en un líquido que hierve, etc. Hay muchos videos en YouTube que definitivamente vería.

Entonces, volvamos a la pregunta: ” ¿Por qué el agua está caliente cuando hierve y el nitrógeno líquido cuando hierve?” Es así porque los está hirviendo a presión atmosférica y estas son las temperaturas relativas necesarias para llevar la presión de vapor a un nivel superior o inferior. Esa presión bajista de la atmósfera.

Answer 2

Gracias por A2A ..

Nitrógeno líquido en STP, hierve a 77 K (-195.8 ° C). Entonces, por debajo de esa temperatura será un líquido. Todo depende de qué velocidad poseen las moléculas de nitrógeno. Si las moléculas se mueven lo suficientemente lento, entonces se atraen entre sí. Si se mueven a gran velocidad, rebotan entre sí. Es porque la fuerza entre ellos se vuelve repulsiva.

Por lo tanto, a temperaturas superiores a 77 K, la mayoría de las colisiones entre las moléculas N2 involucran tanta energía cinética que las moléculas simplemente rebotan y nunca se asientan en un equilibrio . Cuando N2 forma un líquido, las moléculas no salen volando después de una colisión, sino que permanecen cerca.

El N2 tiene un calor específico más bajo que el agua, y el calor de vaporización también es más bajo que el agua, por lo que se necesita menos energía de calor para vaporizar un gramo de N2 que para vaporizar un gramo de agua. La velocidad a la que algo se calienta depende de la velocidad a la que se transfiere la energía térmica al material. El agua se derrite y hierve a temperaturas tan altas como el líquido N2, que casi siempre la temperatura “exterior” está más cerca de la temperatura del agua que la del líquido N2. Esto también puede explicarse por la Ley de enfriamiento de Newton, que establece que la velocidad del flujo de calor es proporcional a la diferencia de temperatura, por lo que generalmente el calor fluye más rápido de los objetos calientes a los fríos.

Este video podría desvanecer todas nuestras confusiones: https://sciencebob.com/how-cold- …

Answer 3

No confunda el cambio de estado (es decir, de sólido a líquido y líquido a gas) con el concepto de calor o frío.

Si algo es caliente o frío para usted como persona que lo siente, es simplemente una comparación de la diferencia de temperatura entre su cuerpo y la del sistema en el que está algo. Si algo tiene una temperatura más alta en comparación con la temperatura de su cuerpo, sentirá Que hace calor y viceversa.

Todas las sustancias sufrirán cambios en su estado cuando se alcance la temperatura correcta. Por lo tanto, el nitrógeno líquido se convierte en nitrógeno gaseoso a una temperatura muy baja (muy por debajo de 0 grados centígrados), mientras que el agua solo hierve a 100 grados centígrados. Como tal para su cuerpo (normalmente a 36.9 grados centígrados), uno de los sistemas (nitrógeno) está frío mientras que el otro sistema (agua) se presenta como caliente para usted.

Answer 4

Es porque la temperatura de su cuerpo y la temperatura de la habitación se encuentran entre los puntos de ebullición del nitrógeno y el agua. Hervir no necesariamente significa calentarse como lo percibe el ser humano. Entonces, el calor de su cuerpo se transfiere al nitrógeno porque su temperatura es de alrededor de -170 grados Celsius, que es definitivamente menor que la temperatura de su cuerpo. Del mismo modo, 100 grados Celsius de agua es mayor que la temperatura de su cuerpo, de modo que el cuerpo absorbe el calor del agua y usted siente que está caliente.

Answer 5

Si te refieres, desde un punto de vista subjetivo, la razón ya la ha dado Tanmay.

Si quiere decir, por qué el nitrógeno hierve a una temperatura tan baja y el agua a una temperatura tan alta, a pesar de que la molécula de nitrógeno es más pesada que la del agua (*), es porque las moléculas del agua están “unidas” entre sí. por los enlaces de hidrógeno, haciendo las moléculas de agua como si fueran mucho más grandes que “H2O”.

(*) Tks Daniel