El proceso de evaporación, uno de los más extendidos en nuestro planeta, tiene lugar de manera diferente a lo que alguna vez pensamos; así lo demuestran nuevas simulaciones por computadora realizadas en el Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias en Varsovia.El descubrimiento tiene consecuencias de gran alcance para, entre otros, los modelos climáticos globales actuales, donde la evaporación de los océanos juega un papel clave.
Todos se evaporan: océanos y mares, microgotas de combustible en los motores y el sudor en nuestra propia piel. Para cada uno de nosotros, la evaporación es de suma importancia: da forma al clima del planeta, afecta el costo de los viajes en automóvil,y es uno de los factores más importantes que controlan la temperatura del cuerpo humano. Tan común es que parecía que la evaporación era un fenómeno que había sido despojado de más secretos. En la reconocida revista científica Materia blanda los físicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias IPC PAS en Varsovia, Polonia, prueban que esta creencia era errónea y que el mecanismo de evaporación debe operar de manera diferente a lo que se había asumido anteriormente.
"La ciencia se enfrenta mal a las descripciones de los procesos que ocurren en la naturaleza. Somos perfectamente capaces de describir los estados al comienzo y al final del proceso. Pero, ¿qué sucede en el medio? ¿Cómo ocurre realmente el proceso dado?Durante muchos años nos hemos estado planteando esta pregunta en relación con el fenómeno de la evaporación, y estamos llegando a conclusiones cada vez más interesantes ", dice el profesor Robert Holyst IPC PAS.
En las deliberaciones científicas y técnicas utilizamos la ecuación de Hertz-Knudsen, conocida desde hace más de cien años, para describir la tasa de evaporación. Lo que se sigue de ella es una predicción bastante intuitiva: que a una temperatura dada, la tasa de evaporación del líquidodepende de cuán diferente sea la presión real en la superficie de la presión que estaría presente si el líquido en evaporación estuviera en equilibrio termodinámico con su entorno.
"Cuanto más lejos esté el sistema del equilibrio, más dinámicamente debería volver a él. ¡Es muy intuitivo! Así que verificamos la ecuación de Hertz-Knudsen, porque nos gusta verificar. Para hacer esto, preparamos una computadora con una precisión excepcionalsimulaciones que nos permitieron por primera vez observar más de cerca el proceso de evaporación ", explica el Dr. Marek Litniewski IPC PAS.
Simulaciones avanzadas por computadora realizadas usando dinámica molecular mostraron que los valores de algunos parámetros que describen la evaporación son incluso varias veces mayores que los predichos por la ecuación de Hertz-Knudsen. Sin embargo, se observó un efecto aún más interesante: la corriente de gas que se liberade la superficie del líquido durante la evaporación cambió muy poco a pesar de las fluctuaciones significativas en la presión.
"Solo podría haber una conclusión de esta observación: la tasa de evaporación y la presión de vapor, es decir, las cantidades físicas que antes se consideraban estrechamente relacionadas, no lo eran. Durante más de un siglo todos habíamos estadocometiendo un grave error en la descripción teórica del fenómeno de la evaporación ", dice el Dr. Litniewski.
El modelo de evaporación hasta ahora se basaba en el principio de conservación de la masa: la masa de moléculas liberadas de la superficie de un líquido tenía que aumentar respectivamente la masa del gas en su entorno. Los físicos del IPC PAS notaron, sin embargo,que dado que las partículas liberadas de la superficie tienen una cierta velocidad, para describir este fenómeno lo que se debe aplicar es el principio de conservación del momento.
"Nos dimos cuenta de que, hasta cierto punto, la evaporación se asemeja al disparo de un cañón: el misil vuela en una dirección, pero el impulso general del sistema debe mantenerse, por lo que el arma retrocede en la dirección opuesta. Lo mismo ocurre con las moléculas delíquido en evaporación. Dado que hay un aumento en el impulso, debe haber retroceso, y si hay retroceso, la presión que sienten las moléculas en la superficie del líquido será diferente ", dice el Prof. Holyst.
Las nuevas simulaciones por computadora también se utilizaron para medir las velocidades de las moléculas liberadas de la superficie del líquido. Resultó ser pequeñas, del orden de cientos de micrómetros por segundo, lo que corresponde a solo unos pocos kilómetros por hora. Este hechosignifica que prácticamente cualquier flujo natural sobre la superficie del líquido tiene que interferir fuertemente con el proceso de evaporación. Por lo tanto, la evaporación no puede describirse mediante una ecuación derivada para un caso muy específico, para un líquido que está en equilibrio termodinámico con el medio ambiente.
El descubrimiento de los investigadores del IPC PAS es de suma importancia para, entre otros, la comprensión de los mecanismos reales responsables del calentamiento global. Contrariamente a la creencia común, el gas de efecto invernadero más abundante en la atmósfera de nuestro planeta no es el dióxido de carbonopero vapor de agua. Al mismo tiempo, se sabe que la velocidad del flujo de masas de aire sobre los océanos puede exceder significativamente los cien kilómetros por hora y, por lo tanto, ciertamente afectarán la tasa de evaporación. La evaluación hasta ahora de la tasa de evaporaciónde los océanos debe estar sujeto a errores, lo que ciertamente afectará la precisión de las predicciones de los modelos contemporáneos del clima de la Tierra.
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Materiales proporcionado por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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