Gracias al deshielo de glaciares y montañas nevadas, nos abastecemos del agua necesaria para regar campos, beber o incluso cocinar. Sin embargo existen condiciones ocurridas en las altitudes, en las cuales el agua sólida se evapora sin nunca llegar a ser líquida. Este es un proceso llamado sublimación del agua.
¿Qué es la sublimación del agua?
La sublimación del agua es la conversión que existe del agua desde su estado sólido al gaseoso, evitando su etapa líquida. Se trata de un proceso endotérmico y por lo tanto está acompañado por un cambio de energía. Consiste en la conversión de la nieve o hielo en vapor de agua que se mezcla con el aire.
A su procedimiento opuesto se lo llama deposición o sublimación inversa de agua. En ésta situación el vapor de agua se convierte en escarcha o hielo.
¿Dónde ocurre la sublimación en el ciclo del agua?
Enumeramos a continuación lugares donde ocurre y usos de la sublimación de agua:
- Sublimación del agua de nieve, en los picos de montañas.
- El proceso de sublimación del hielo en los polos y glaciares.
- Sublimado del agua en la liofilización de alimentos.
- La sublimación de tinta de base agua para estampados.
- Sublimación inversa del agua en la creación de escarcha.
¿Cuándo ocurre la sublimación del agua?
Para entender el concepto de sublimación tomemos un ejemplo sencillo (distinto al agua), el hielo seco ó CO2 sólido. El dióxido de carbono congelado se sublima a temperatura ambiente y con la presión atmosférica. En éste proceso de sublimación se puede ver (en laboratorios y con todas las seguridades) que se convierte a gas directamente.
Con el agua (H2O) podemos demostrarlo de una manera más compleja: Al calentar un cubito de hielo con fuego nos encontramos con su fase líquida (se descongela). Si le damos más calor el fluido se evapora y convierte en gas. Pero si por otro lado, a ese cubo de hielo se le aplica una mayor cantidad de energía que antes (cierta cantidad de presión y temperatura), pasará del hielo al vapor de agua, dando lugar al proceso de la sublimación progresiva.
En la vida cotidiana podemos ver la acción de la sublimación del agua en un día con temperaturas bajo cero: Para ello debemos colgar una camisa mojada en el patio de la casa y así visualizar que el agua sólida que se crea en la camiseta (hielo) desaparecerá en forma de gas con el tiempo.
Sublimado de agua en la liofilización de alimentos
La liofilización es un proceso utilizado para la conservación de los alimentos por más tiempo. Se trata de un proceso de eliminación de agua, que tiene el objetivo de prolongar la vida útil del alimento perecedero.
Funciona congelando una materia, reduciendo su presión y añadiéndole calor de sublimacion, para conseguir que el agua congelada de la comida se sublime.
Para esto se necesita de tres pasos:
- Se congelan las provisiones (utilizando distintos métodos).
- Se sublima su agua, reduciendo la presión y añadiendo calor en vacío (esta etapa se denomina primer secado).
- La última fase de la liofilización es el segundo secado del producto. Aquí se eliminan las moléculas de agua de sus iones al elevar (más aún) su temperatura.
De esta manera se evita el paso al estado líquido del agua sólida que contienen los comestibles.
Sublimar en prendas con tinta de base agua
Cuando se habla de estampar camisetas, pantalones o cualquier tipo de indumentaria, la técnica de la sublimación de tinta es una de las preferidas. Este método permite personalizar una amplia variedad de artículos de poliéster gracias a sus pigmentos de base agua. Estas habilitan su evaporación y posterior secado en el producto elegido.
Las tintas de sublimación en base agua son usadas para la personalización de textiles dada su excelente definición, durabilidad y precio económico.
El proceso se basa en la transferencia de un diseño digital a una prenda, por la acción de cierta cantidad de energía aportada por una prensa de calor. Las mismas aplican cantidades justas de presión y temperatura a un papel impreso con dicho pigmento depositado en el sector que se desea la estampa.
A continuación la tinta se convierte en gas y las fibras del textil se abren para poder recibirlo. Finalmente al enfriarse el tinte traspasado su colorante se encapsula y adhiere a la prenda de manera duradera.
¿Cómo se produce la sublimación del agua de hielo y nieve?
La nieve y hielo no siempre se transforman en agua, sino que existen situaciones extraordinarias en las que se evaporan en grandes cantidades. Esto se debe a la sublimación del agua, un fenómeno que ocurre en zonas de la naturaleza que cuentan con ciertas propiedades climáticas:
- Baja humedad relativa.
- Vientos secos.
- Grandes altitudes.
También para que se produzca la sublimación del agua, se necesita de la presencia de energía:
- Luz solar intensa.
- Zonas con una menor presión atmosférica.
- Bajas temperaturas.
- Fuertes vientos.
Estas condiciones ocurren de manera recurrente en todo el mundo (pero no son tan conocidas), como por ejemplo en las montañas del Everest, los picos de la Cordillera de los Andes o en glaciares.
Estos sitios poseen todas las características para que se de la sublimación progresiva. Esto significa que grandes cantidades de nieve y hielo (que los contábamos como agua que nutriría nuestros ríos, lagos u océanos) se pierden por los aires.
¿Cómo afecta la sublimación al ciclo del agua de las montañas y glaciares?
Con normalidad desaparecen grandes porciones de nieve en los polos nevados y éste evento nos posibilita disfrutar del agua de los ríos.
Pero existen situaciones (en diversos puntos del globo) en donde la existencia de vientos muy secos y cálidos, y la presencia de grandes altitudes provocan la sublimación de la nieve, evitando por completo la fase líquida del agua. ¡Se estima que un 80% de lo que iba a ser agua se transforma en gas!.
¿Cual es el punto de sublimación del agua?
El agua posee una propiedad denominada «calor de vaporización» que explica la cantidad de energía que necesita para ser vapor. Un gramo de hielo requiere de un cierto número de calorías para su cambio de fase.
Por lo que el hielo se sublima si existe energía en forma de calor y la luz solar juega un rol importante.
El agua necesita de:
- 100 cal. para llegar a su punto de ebullición.
- 540 cal. para vaporizarse.
- 620 calorías para provocar su sublimación del agua o deposición.
Calor latente de sublimación
El procedimiento que sublima al hielo (o nieve) se da gracias a la absorción de energía térmica. El calor latente en química, es la cantidad de esa fuerza que se necesita para el cambio de fase.
Para lograr la sublimación de 1 kg de sustancia sólida (a temperatura constante) se requiere de la siguiente fuerza:
CALOR LATENTE (SUBLIMACIÓN) = CALOR LAT. DE FUSIÓN + CALOR LAT. DE VAPORIZACIÓN.
La sublimación del hielo (en pequeñas cantidades) ocurre con la misma rapidez que la evaporación del agua
Quizás pienses que el agua se vaporiza más rápido, de lo que se sublima el hielo sólido. Y aparentemente así ocurría hasta hace poco tiempo.
Sin embargo para investigadores de la Universidad de Amsterdam (Holanda), tras varios experimentos llegaron a la conclusión que las partículas de hielo (pequeñas) desaparecen con la misma rapidez que el agua evaporada.
Este efecto se produce ya que, tanto el agua en estado líquido como sólido, cuentan con la misma velocidad de difusión del vapor. También resulta válido en esos copos de nieve que se redondean por la sublimación en montañas, explicando la diferencia que podemos ver entre una nevada reciente y otra de hace algunas semanas.
Conclusión
La sublimación del agua es un fenómeno que ocurre en las altas montañas, glaciares y también en producciones industriales (artificial). Tanto la función, vaporización, como la sublimación del agua son procesos endotérmicos.
Para sublimar agua debe existir una temperatura por debajo de su punto de congelación (triple) y de fusión y ocurre en la mayoría de las presiones existentes. También se necesita de calor para la sublimación del agua. El hielo para ser gas requiere de energía y en mayor medida en su fase de vaporización.
Con respecto a lo que ocurre en la naturaleza, no caben dudas que la sublimación del hielo y nieve tiene influencia en el clima (reflejan la luz del sol). Además provoca que potenciales toneladas de agua se vayan hacia el cielo en lugar de fluir por las laderas.