Me han dicho que la ebullición no puede tener lugar en contenedores cerrados. ¿Puede alguien explicar por qué es así?
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Esto se puede entender bien pensando en por qué un líquido hierve en primer lugar. Imagina que tienes una olla con agua y que está ahí, en tu cocina. Las fuerzas intermoleculares (concretamente el enlace de hidrógeno para las moléculas de H20) mantienen el agua en estado líquido. Las moléculas de aire que se mueven alrededor de la olla y por encima de la superficie del agua representan una cierta presión. Supongamos que tu cocina tiene condiciones estándar, es decir, 1 atm. Entonces, pones la olla en la estufa y calientas el agua. Este calor rompe los enlaces intermoleculares entre las moléculas del líquido. Ahora, la única razón por la que las moléculas se elevan y se convierten en vapor de agua es porque la energía cinética de las moléculas de agua coincide con la del aire circundante. La presión pasa de alta a baja, y a medida que el agua hierve, ciertas moléculas adquieren la velocidad necesaria (y por tanto la presión) para entrar en el estado gaseoso. Hay que tener en cuenta que al calentar la olla la presión de la cocina cambió de forma insignificante. La presión en tu cocina debería seguir siendo de aproximadamente 1 atm, ya que el amplio espacio de aire debería distribuir el calor producido por la estufa.
Sin embargo, en un contenedor cerrado la historia es diferente. Supongamos que se pone una tapa sobre la olla. Ahora, hay una cantidad relativamente pequeña de aire atrapado entre la tapa y la superficie del agua. Al calentar la olla también se calienta el aire, y la presión no se mantiene en 1 atm. Esto se debe a que esa pequeña cantidad de aire tiene que manejar todo ese calor, mientras que en la situación sin la tapa, un volumen mayor (la cocina) permitía una mayor disipación del calor. Así que ahora la pequeña cantidad de moléculas de aire se mueve muy rápido. El calor sigue rompiendo las fuerzas intermoleculares del agua, pero esta vez no hay ninguna razón (entrópica) para pasar al estado gaseoso. Las moléculas de aire se mueven igual de rápido, y por tanto tienen la misma presión, que las moléculas de agua que han roto los enlaces.
La clave de tu pregunta radica en que la molécula de agua (sin tapa) se desplaza fuera de la superficie del agua y se une a las moléculas de aire, convirtiéndose en vapor de agua. En pocas palabras, es porque la molécula de agua (debido al calor) tiene suficiente velocidad para salir del agua. La presión se basa intrínsecamente en la velocidad de las moléculas, por lo que se puede pensar en esta situación como: la(s) molécula(s) de agua tiene(n) una presión más alta que las moléculas de aire, y por lo tanto se mueven hacia arriba para unirse a las moléculas de aire, con el fin de equilibrar la presión. Una tapa impide que esto ocurra porque la presión de la(s) molécula(s) de agua nunca será mayor que la de las moléculas de aire, ya que el aire toma la misma cantidad de calor que el agua. (La afirmación anterior sólo es cierta en los casos habituales. Hay advertencias al respecto - ver comentarios).
Por lo tanto, el agua no hierve (normalmente) en un recipiente cerrado. Un par de cosas: Hay muchas más explicaciones/vídeos en la red sobre este tema (agua hirviendo, ollas a presión, más altitud = menor presión, mayor punto de ebullición, etc.) por si quieres reforzar tu comprensión y explorar el núcleo de esta cuestión desde diferentes ángulos. También, la intuición en este vídeo de Khan academy https://www.youtube.com/watch?v=hA5jddDYcyg es bastante bueno.
Mike
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El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor del líquido se hace igual a la presión externa. Pero en el caso de un recipiente cerrado el volumen de ebullición sigue siendo el mismo, por lo que la presión aumenta debido al aumento de la temperatura, lo que también hace que la presión de las moléculas de aire en el recipiente aumente, junto con la del líquido presente, por lo que en ese caso la presión de vapor del líquido sigue siendo menor que la de las moléculas de aire y por lo tanto no se produce la ebullición.
abaooooo34342
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Me han dicho que la ebullición no puede tener lugar en recipientes cerrados. ¿Puede alguien explicar por qué es así?
Un líquido puede hervir en un recipiente cerrado en determinadas condiciones. Por ejemplo, se puede cerrar un aparato de destilación colocando un globo en la única abertura que lo rodea (posición 9 en la imagen). Siempre que condenes los vapores creados por el líquido en ebullición utilizando un refrigerador, podrás hervir todo el líquido. (Debes permitir cierta expansión, ya que de lo contrario la cristalería estará bajo alta presión, una condición peligrosa).
Además, si el recipiente es lo suficientemente grande (como una casa), podrías hervir agua en él en una estufa con una olla abierta. También puedes ponerle una tapa a la olla y hervirá un poco más rápido (porque la tapa impide que entre aire frío). El punto de ebullición puede aumentar un poco por encima del punto de ebullición normal porque la presión en la casa aumentará un poco a medida que se hierve el agua.
Calentamiento de líquido en un recipiente cerrado de volumen constante
Si el recipiente está cerrado, todo el vapor generado por la ebullición permanecerá en el recipiente. Si está a volumen constante, la presión aumentará en él. Eso es lo que ocurre en una olla a presión al principio del proceso de cocción. La presión aumenta, por lo que el agua que contiene no hervirá en el punto de ebullición normal. En cambio, comenzará a hervir a una temperatura más alta. En una olla a presión, hay una válvula que libera el gas cuando la presión alcanza un valor determinado. Sin la válvula, la presión seguiría aumentando hasta que dejara de hervir de nuevo, o la olla a presión explotaría.
JakaQuan
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Para hervir el agua en un recipiente cerrado hay que añadir calor a un volumen constante. Como se ha señalado anteriormente, esto aumenta la presión, y las formas de evitarlo básicamente abren el sistema.
Sin embargo, los tubos de calor son pequeños sistemas cerrados (realmente cerrados, y realmente pequeños), y en ellos se hierven líquidos para transferir el calor de un extremo a otro. El aumento de presión es nominal (es decir, dentro de las especificaciones de diseño). https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pipe
La clave es que no se puede seguir añadiendo algo (ni material ni energía) a un sistema cerrado sin superar alguna limitación. Los tubos de calor hierven un líquido en un extremo y lo condensan en el otro. Así, el sistema puede permanecer cerrado porque el contenido no aumenta: si se pone calor, se quita.
