La Sublimación del Agua

Gracias al deshielo de glaciares y montañas nevadas, nos abastecemos del agua necesaria para regar campos, beber o incluso cocinar. Pero existen ciertas condiciones ocurridas en las altas montañas, en donde el agua sólida se evapora sin nunca llegar a ser líquida. Este es un proceso llamado sublimación del agua.

La sublimación del agua es la conversión que existe de dicha sustancia, desde el 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. Describe la conversión de la nieve o hielo en vapor de agua que se mezcla con el aire. 

Al su procedimiento opuesto se lo llama deposición o sublimación inversa de agua. En ésta situación el vapor de agua se convierte en copos de nieve, escarcha o hielo. Esta transformación ocurre también con la producción de indumentaria personalizada y en la deshidratación de comida.

Veamos algunos ejemplos en que se presenta la sublimación del agua.

¿Dónde ocurre la sublimación del agua?

Enumeramos a continuación algunos usos de la sublimación de agua, que luego explicaremos:

  • 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 nieve y escarcha.

Ejemplos caseros de la sublimación física del agua 

Imagen de sublimación delHielo Seco

Para entender el concepto de sublimación, tomemos un ejemplo sencillo distinto al agua. El hielo seco (CO2 sólido). El dióxido de carbono congelado se sublima de manera visible a temperatura ambiente y con presión atmosférica. Se puede ver que se convierte en gas directamente. Esto solo es comprobable en laboratorios y con todas las seguridades.

Con el agua (H2O) podemos demostrarlo de una manera más compleja. Como sabrás al calentar un cubito de hielo con fuego nos encontramos con su fase líquida, al descongelarse. Si le cargamos más calor el fluido se evapora en forma de gas. Pero si por otro lado a ese cubo de hielo se le aplica una mayor cantidad de energía (cierta presión y temperatura), pasará del hielo al vapor de agua y 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 visualizar que el agua sólida que se crea en la camiseta (hielo) desaparecerá en forma de gas.

 

Sublimación de agua en la liofilización de alimentos. 

sublimación del agua 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 con el congelamiento de una materia, reduciendo su presión y añadiendo calor para conseguir que el agua congelada de la comida se sublime. 

Para esto se necesita de tres pasos:

  1. Se congela las provisiones utilizando distintos métodos. 
  2. Se sublima su agua, reduciendo la presión y añadiendo calor en vacío. Esta etapa se denomina primer secado. 
  3. La última fase de la liofilización es el segundo secado del producto, en el cual se eliminan todas 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 que contienen estos comestibles. 

 

Sublimación de prendas con tinta de base agua 

sublimación de tinta de base aguaen camisetas

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 agua con colores vibrantes. Estas habilitan la 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 y depositado en el sector donde 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 hielo y nieve? 

La nieve y hielo no siempre se transforman en agua, sino que existen situaciones en las que se evaporan en grandes cantidades. La sublimación es un fenómeno que ocurre en zonas de la naturaleza que tienen 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 cierta energía:

  • Se requiere de una 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), tanto en las montañas del Everest, picos de la Cordillera de los Andes, como en glaciares.

Poseen 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 pierdan por los aires.

 

¿Cómo afecta la sublimación al ciclo del agua de las montañas y glaciares?

Montaña en proceso de sublimación de agua

La forma más común en la que desaparece grandes porciones de nieve en los polos nevados es por derretimiento. Este evento nos posibilita disfrutar del agua en los ríos para beber. 

Pero existen situaciones, en diversos puntos del globo, en donde la existencia de vientos muy secos, cálidos y la presencia de grandes altitudes, provocan la sublimación de la nieve evitando por completo la fase líquida. Se estima que provoca que el 80% de lo que iba a ser agua, se transforme en gas.

 

¿Cual es el punto de sublimación del agua?

El hielo se sublima si existe energía en forma de calor. La luz solar juega un rol de importancia en la naturaleza. 

El agua posee una propiedad denominada “calor de vaporización“, que explica la cantidad de energía que necesita para ser vapor de agua. Un gramo de hielo requiere de cierto número de calorías en su cambio de fase. 

Necesita de:

  • 100 cal. para llegar a su punto de ebullición. 
  • 540 cal. para vaporizarse. 
  • 620 calorías para provocar su sublimación 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. 

La básica para lograr la sublimación de 1 kg de sustancia sólida a temperatura constante es: 

CALOR LAT.  = 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

sublimación y evaporación del agua

Quizás pensabas que el agua siempre se vaporiza más rápido que el hielo sólido. Sin embargo para investigadores de la Universidad de Amsterdam, en Holanda y tras varios experimentos, llegaron a otras conclusiones. 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, tienen el mismo proceso de velocidad de difusión del vapor.

Resulta también válido para los copos de nieve que se redondean durante la sublimación y explican la diferencia que podemos notar entre la nevada recién caída y la de hace algunas semanas. 

 

Conclusión

La sublimación del agua es un fenómeno que ocurre a menudo en las altas montañas, glaciares y también en las producciones industriales. 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 fusión . Esto ocurre en la mayoría de las presiones existentes. Además se necesita de calor en la producción de la sublimación de agua. El hielo para ser gas requiere de energía y en mayor medida en su fase de vaporización

Con respecto a lo que pasa en la naturaleza, no caben dudas que la sublimación del hielo y nieve tiene influencia en el clima, ya que estos reflejan la luz del sol. Provoca que potenciales toneladas de agua se vayan hacia el cielo, en lugar de fluir por las laderas. 

 

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