Vapor sobresaturado : vapor cuya presión supera la presión del vapor saturado a una temperatura dada [1] . Puede obtenerse aumentando la presión de vapor en un volumen libre de centros de condensación (partículas de polvo, iones , pequeñas gotas de líquido, etc.). Otra forma de obtener es el enfriamiento de vapor saturado en las mismas condiciones. En relación con este último método de obtención de vapor saturado, también se utiliza en relación con él el nombre de vapor sobreenfriado [2] [3] [4] . Además, el término vapor sobresaturado se encuentra a veces en la literatura.
El estado de vapor sobresaturado es metaestable , es decir, tal estado de vapor puede existir durante mucho tiempo, pero es termodinámicamente inestable [5] . Entonces, cuando aparece cualquier centro de condensación, parte del vapor se condensa, la presión del vapor restante cae y pasa a un estado estable de vapor saturado sobre el líquido condensado. Se establece un equilibrio dinámico entre las fases líquida y gaseosa.
Además, los estados termodinámicamente inestables y metaestables son líquidos sobrecalentados y sobreenfriados , inestables para la cristalización por avalancha a una temperatura por debajo de la solubilidad de equilibrio o la temperatura de fusión, estas son soluciones sobresaturadas, fundidos sobreenfriados. El líquido sobrecalentado hierve cuando se forman los centros de vaporización.
Los estados metaestables se observan no solo durante las transiciones de fase gas-líquido, líquido-cristal, sino también durante otras transiciones de fase del estado de la materia, por ejemplo, un cambio en la estructura cristalina. Entonces, el carbono en forma de una modificación alotrópica en forma de diamante es termodinámicamente inestable en condiciones normales y se encuentra en un estado metaestable, convirtiéndose gradualmente en grafito , en estas condiciones, en una fase estable. Otro ejemplo es la transformación del estaño blanco en estaño gris a bajas temperaturas.
Se desconocen los estados metaestables durante la fusión de sólidos cristalinos.
El vapor se puede enfriar y se puede obtener vapor sobresaturado mediante una rápida expansión de vapor no sobresaturado [6] , en un proceso cercano al adiabático . Con una expansión rápida, no tiene tiempo de ocurrir un intercambio de calor significativo con el medio ambiente, por lo tanto, en tal proceso, el vapor se enfría. Este método de obtención de vapor sobresaturado se utiliza en la cámara de niebla , un dispositivo diseñado para visualizar las trayectorias de partículas cargadas [4] .
Una partícula de carga rápida [7] , que ha volado a una cámara llena de vapor sobresaturado, al chocar con moléculas de gas provoca su ionización. Los iones resultantes actúan como centros (núcleos) de condensación y el vapor sobresaturado en la cámara comienza a condensarse sobre ellos. Gradualmente, como resultado de la condensación, el tamaño de las gotas de líquido aumenta, alcanzando tamaños comparables a la longitud de onda de la luz y comienzan a dispersar bastante bien la luz visible. Estas gotitas se ubican en una cadena (pista) a lo largo de la trayectoria de la partícula, haciéndola claramente visible y accesible para observación y fotografía [8] . Luego de registrar rastros de partículas en la cámara de niebla, se debe reactivar, es decir, se debe volver a crear vapor sobresaturado en ella. Esto se logra aumentando la presión en la cámara, por ejemplo, moviendo el pistón a compresión. Durante la compresión adiabática, acompañada por el calentamiento del gas, el vapor sobresaturado o saturado pasa a vapor sobrecalentado , mientras que pequeñas gotas de líquido suspendidas en el gas se evaporan rápidamente. La subsiguiente expansión adiabática del gas en la cámara lo prepara para el registro de nuevas pistas de partículas.
Otro método para obtener vapor sobresaturado se utiliza en cámaras de difusión diseñadas para el mismo propósito que la cámara de niebla. En estas cámaras, la sobresaturación de vapor se produce como resultado del movimiento continuo del flujo de vapor desde la tapa de la cámara relativamente caliente hasta la superficie inferior mantenida a una temperatura reducida. En el espacio entre la tapa y el fondo, se forma un área llena de vapor sobresaturado. Cerca de la tapa: vapor sobrecalentado, cerca del fondo: vapor saturado. A diferencia de la cámara de niebla, el vapor sobresaturado existe constantemente en la cámara de difusión, por lo que se puede utilizar de forma continua para observar las huellas de partículas cargadas [9] .
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| Transiciones de fase |
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| Sistemas dispersos |
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| ver también | |||||||||||||||||