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¿Qué es el punto de ebullición?
El punto de ebullición de una sustancia se define como la temperatura a la cual la presión de vapor en equilibrio con dicha sustancia en estado líquido se hace igual a la presión externa. Esto quiere decir que, a diferencia de lo que nos enseñaron cuando éramos niños, las sustancias no tienen un único punto de ebullición. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua no siempre es 100 °C, dado que el punto de ebullición depende de la presión externa al líquido.
De hecho, el agua solo hierve a 100 °C cuando la presión externa es de exactamente 1 atm, y, contrario a lo que nos hayan dicho, la presión atmosférica casi nunca es de exactamente 1 atm, ni siquiera a nivel del mar.
¿Qué no es el punto de ebullición?
A pesar de que ya aclaramos la definición real del punto de ebullición de un líquido, cabe acotar que existe otra definición muy difundida pero que, sin embargo, es completamente errónea. Se trata de la idea de que el punto de ebullición es la temperatura a la que un líquido pasa a estado gaseoso o la temperatura a la que ocurre el cambio de fase del estado líquido al estado gaseoso.
Esta idea parte de la experiencia cotidiana según la que, al calentar agua hasta su punto de ebullición, esta comienza a hervir y continúa así hasta evaporarse completamente. Sin embargo, hay varias razones por las que estas observaciones nos están llevando a una conclusión errada.
En adelante, explicaremos por qué esta definición está equivocada, y además se proporcionan dos conceptos adicionales relacionados con el punto de ebullición.
Ebullición versus evaporación
La razón principal por la que muchas personas tienen una idea equivocada sobre el punto de ebullición es porque confunden la ebullición con el proceso de evaporación o vaporización. En efecto, ambos procesos involucran un paso desde el estado líquido al estado gaseoso. Sin embargo, la diferencia principal es que la evaporación o vaporización es un proceso que está ocurriendo constantemente a cualquier temperatura. La evaporación es la razón por la que la ropa se seca luego de lavarla con solo colocarla al aire. Como podremos verificar fácilmente, la ropa mojada no alcanza el punto de ebullición del agua al secarse al sol, y mucho menos a la sombra.
Por lo general se considera que la evaporación es un fenómeno de superficie, razón por la cual el agua se evapora más rápidamente cuando está esparcida sobre una superficie amplia que cuando la misma cantidad de agua se encuentra contenida en un vaso, por ejemplo.
En cambio, el proceso de ebullición, entendido este como el momento en el que rompe el hervor y se forman burbujas de vapor de agua en el seno del líquido, es un fenómeno de masa, no de superficie. Durante la ebullición, se generan burbujas de vapor cuya presión interna, al ser igual a la presión atmosférica, es capaz de soportar dicha presión sin colapsar. De hecho, la presión de estas burbujas es en realidad ligeramente superior a la presión atmosférica, ya que debe soportar también la presión de la columna de líquido que tiene encima.
Entonces, durante la ebullición, se forman pequeños focos de vaporización a lo largo y ancho del líquido, acelerando enormemente el proceso de vaporización que, de lo contrario, solo ocurriría en la superficie.
Los puntos de ebullición normal y estándar
Como acabamos de ver, el punto de ebullición de un líquido varía con la presión. A menor presión externa, menor suele ser el punto de ebullición, ya que se requiere aumentar menos la temperatura para que la presión de vapor alcance la presión externa.
Pero entonces, ¿por qué siempre se dice que el agua hierve a 100 °C? y ¿Por qué podemos encontrar tablas enteras donde se reportan los puntos de ebullición de distintas sustancias?
La razón es porque existen dos definiciones adicionales del punto de ebullición que hacen referencia a valores que sí son únicos y característicos para cada sustancia. Estamos hablando de los puntos de ebullición normales y estándares.
Definición de punto de ebullición normal
El punto de ebullición normal se define como el punto de ebullición de una sustancia cuando la presión externa es de 1 atm. Por lo tanto, y dado el concepto ya presentado del punto de ebullición, podemos definir el punto de ebullición normal como la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se hace igual a 1 atm.
El hecho de que esta definición especifique la presión a la que se determina el punto de ebullición, asegura que cada sustancia solo tenga un punto de ebullición normal. Entonces, cuando decimos que el punto de ebullición del agua es 100 °C, estamos cometiendo un error. Deberíamos decir que el punto de ebullición normal del agua es 100 °C. La gran mayoría de los puntos de ebullición que encontramos en tablas de propiedades físicas y químicas son en realidad puntos de ebullición normales.
Definición de punto de ebullición estándar
Durante muchos años se consideró 1 atm como la presión atmosférica estándar. Sin embargo, la atmósfera como unidad de presión presenta algunos inconvenientes relacionados con su conversión a distintos sistemas de unidades, ya que no corresponde a un múltiplo o submúltiplo entero de ninguna de las unidades de presión de los demás sistemas de unidades. Por ejemplo, 1 atm equivale a 101.325 o 1,01325 . 105 Pa. En cambio, el bar es una unidad de presión cuyo valor es muy similar al de 1 atmósfera, pero que representa exactamente 100.000 o 105 Pa, que es la unidad de presión del Sistema Internacional de unidades.
En vista de la escasa diferencia y de los beneficios de utilizar el bar en lugar de la atmósfera, la presión estándar ahora se considera como 1 bar, y la presión de 1 atm pasó a denominarse presión normal. Muchas de las propiedades que se medían en el pasado a 1 atm de presión, ahora se reportan a 1 bar y suelen denominarse cantidades estándar. Dicho esto, el punto de ebullición estándar se define como el punto de ebullición de una sustancia a una presión de 1 bar o 105 Pa. Esto es lo mismo que decir que el punto de ebullición estándar es la temperatura a la que la presión de vapor de una sustancia alcanza 1 bar.
Referencias
Glosarios especializados. (2017, 12 junio). Punto de ebullición normal [Normal boiling point] (Química). https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica/punto-de-ebullicion-normal
Ondarse Álvarez, D. (2021, 15 julio). Punto de Ebullición – Concepto, cómo se calcula y ejemplos. Concepto. https://concepto.de/punto-de-ebullicion/
STREPHONSAYS. (s. f.). Diferencia entre el punto de ebullición normal y el punto de ebullición estándar. https://es.strephonsays.com/normal-boiling-point-and-standard-boiling-point-11457
