Perché abbiamo vapori d'acqua quando la nostra temperatura corporea è anche < 100 ° C in primo luogo?

A pressione normale, l'acqua bolle a 100 ° C, il che significa che bolle di vapore puro si formano sott'acqua. A temperature più basse, le molecole d'acqua si spostano in modo reversibile dalla fase liquida alla fase gassosa e viceversa. Maggiore è la temperatura, maggiore è la pressione del vapore e maggiore è la concentrazione di equilibrio (pressione parziale) dell'acqua nell'aria. Sulla scala geologica, non c'è equilibrio e sperimentiamo temperature diverse, umidità diversa (correlata alla pressione parziale dell'acqua nell'aria) e pressioni diverse a seconda della posizione.

Perché il ghiaccio non esistono a T> 0 ° C

Il ghiaccio, come solido puro, e l'acqua, come liquido puro, hanno una concentrazione definita a una data pressione e temperatura (l'espressione della costante di equilibrio per la fusione non include né acqua liquida né solida, è semplicemente 1). Al di sopra della temperatura di fusione, tutto il ghiaccio si scioglie, non c'è equilibrio. Questo è diverso dal liquido: equilibrio del gas, che esiste a temperature inferiori al punto di ebollizione, con concentrazioni sempre più basse del gas al diminuire della temperatura (qui, l'espressione della costante di equilibrio includeva la concentrazione o la pressione parziale del vapore acqueo).

Se l'acqua liquida può evaporare in gas a T<100 ° C, allora perché non il ghiaccio si trasforma in liquido a T<0 ° C?

Anche in questo caso, questo deve fare con liquidi puri e solidi puri aventi una concentrazione costante (o quasi costante). Se aggiungi sale al liquido, tuttavia, il ghiaccio si trasformerà in liquido al di sotto del punto di congelamento (abbassando di fatto la concentrazione di acqua nel liquido). Inoltre, la superficie del ghiaccio si scioglie a una temperatura inferiore rispetto alla massa, quindi anche per l'acqua pura, può esserci liquido a temperature inferiori al punto di congelamento della massa.

Quando espiro su un muro, non si formano goccioline d'acqua.

Vorrei fare un esperimento e controllare. Penso che le gocce d'acqua siano più facili da vedere su uno specchio. Prova un pianoforte a coda (cioè una superficie liscia dipinta con vernice nera lucida), potresti vedere anche le goccioline d'acqua. Oppure fai una lunga doccia calda e controlla se si formano gocce d'acqua su superfici diverse da uno specchio.

La differenza principale è che in fase vapore, l'acqua può lasciare il contenitore (quindi puoi dire che è in una forma diversa), e questo gli impedisce di ricongiungersi immediatamente al liquido.

In entrambi i solidi / fasi liquide, l'acqua rimane nel resto della massa. Alcune molecole di liquido in un solido o poche molecole di un solido in un liquido non saranno rilevabili e qualsiasi molecola creata tornerà quasi immediatamente allo stato termodinamicamente favorito.

perché abbiamo vapori d'acqua quando la nostra temperatura corporea è anche <100 ° C in primo luogo?

L'acqua esiste in diverse forme in equilibrio. Alla temperatura corporea, l'equilibrio è per il vapore fino a quando la tensione di vapore supera circa 7kPa. Quindi si prevede che sia presente una certa quantità di vapore.

perché non esiste il ghiaccio a T> 0 ° C? [p = 1atm only]

Immaginiamo che ci sia un equilibrio tra liquido-vapore e tra liquido-solido.

Quando si forma un po 'di vapore, il vapore può allontanarsi dal liquido sfuso. Lì può essere rilevato da solo (o miscelato con altri componenti atmosferici).

Se poche molecole dovessero formare legami simili a quelli del ghiaccio nell'acqua, lo stesso non accade. Rimangono nella massa e non sarebbero rilevabili. Il ghiaccio è un fenomeno di massa e in realtà non si comporta come il ghiaccio familiare fino a quando non hai molte molecole legate insieme in un punto, e questo non è favorito a temperatura ambiente.

Se l'acqua liquida può evaporare in gas a T<100 ° C, allora perché no il ghiaccio si trasforma in liquido a T<0 ° C

Lo fa. C'è un equilibrio tra la forma liquida e quella solida. Soprattutto vicino al punto di congelamento, ci saranno alcune molecole che lasciano il legame e non fanno parte del cristallo di ghiaccio. Ma poiché l'equilibrio punta alla forma solida, saranno solo una piccola parte della massa e non saranno visibili.

In effetti, ci sarà ancora anche del vapore. Anche al di sotto di 0 ° C, la pressione del vapore è ancora positiva.

Perché le gocce d'acqua si formano sullo specchio ma non sul muro (solo un esempio)?

La finitura del vetro rende visibile una raccolta anche di minuscole gocce. L'aspetto dello specchio / vetro normalmente è dominato dalla luce proveniente dalla riflessione speculare. Le goccioline di condensa disperdono la luce, creando riflessi più diffusi. Un muro normale mostrerà già un riflesso diffuso, quindi l'aggiunta di un po 'di condensa non lo cambia. Devi effettivamente vedere le gocce per notarle, e ciò accade solo quando le gocce diventano un po 'più grandi.

Se guardo il diagramma di fase dell'acqua, in quelle condizioni abbiamo effettivamente' liquido ', anche se capisco che dovrebbe esserci tensione di vapore in equilibrio, i dettagli del diagramma di fase contraddicono il fatto. Qual è quindi il significato di "liquido" nel diagramma di fase?

In quella regione del diagramma, è termodinamicamente favorevole che la fase liquida esista alla rinfusa. Al di fuori di quella regione, anche con una quantità sufficiente di acqua, qualsiasi liquido sfuso tenderà a passare a vapore o solido.

Il mio ghiaccio può effettivamente scomparire completamente a T<0 ° C, proprio come l'acqua liquida evapora completamente lasciando il secchio vuoto?

Assolutamente. Lascia un cubetto di ghiaccio da solo nel congelatore e sublimerà. La pressione del vapore è ancora positiva, quindi una parte di essa si trasforma in vapore. Quel vapore viene sostituito dall'aria secca delle bobine del condensatore e il cubetto di ghiaccio si restringe nel tempo.

Quando espiro su un muro, non si formano goccioline d'acqua. Perché si formano goccioline d'acqua sullo specchio ma non sul muro (solo un esempio)? Lo specchio deve avere la stessa temperatura di quella della parete, entrambi devono aver raggiunto l'equilibrio termico con l'ambiente circostante molto tempo fa.

Sì, lo specchio e il muro saranno a la stessa temperatura, ma questa è solo una parte della storia.

Metti una mano su uno specchio e l'altra sul muro accanto a quello specchio. Che cosa ti fa sentire più freddo?

Oppure, lascia un blocco di legno e una tazza di vetro nell'acqua a circa 70 ° C, abbastanza a lungo da consentire loro di raggiungere l'equilibrio. Quindi selezionali rapidamente con le pinze e tienine uno in ciascuna mano. Cosa ti fa sentire più caldo?

Il vetro caldo ha la stessa temperatura del blocco di legno. Ma il vetro è un conduttore di calore molto migliore, il che significa che quando lo raccogli, è molto meglio trasmettere quel calore alle dita - quindi il vetro caldo sembra più caldo del legno caldo alla stessa temperatura, e il vetro freddo sembra più freddo di cartongesso freddo alla stessa temperatura.

La stessa cosa sta succedendo qui: sebbene lo specchio abbia la stessa temperatura del muro, lo specchio è molto più bravo a raffreddare l'aria che lo attraversa, quindi tu vedrai molta più condensa.

(Anche la capacità termica è una considerazione qui, ma la differenza nella capacità termica tra legno / cartongesso e vetro è molto inferiore alla differenza di conduttività .)

L'acqua liquida ha una pressione di vapore che aumenta con la temperatura. 100 ° C è speciale solo perché è la temperatura alla quale la pressione del vapore acqueo è uguale alla pressione atmosferica . Quando ciò accade, l'acqua può bollire.

Anche mentre l'acqua non bolle, però, può evaporare, perché la sua pressione di vapore è ancora diversa da zero. In effetti, questo vale anche per il ghiaccio.

I meteorologi usano il concetto di punto di rugiada . È una caratteristica di una massa d'aria contenente vapore acqueo e rappresenta la temperatura alla quale quella massa d'aria diventa satura di vapore acqueo. (Tecnicamente, a quel punto, la pressione parziale del vapore acqueo nell'aria è uguale alla pressione del vapore dell'acqua alla stessa temperatura.)

Se esponi una superficie all'aria e la temperatura della superficie è inferiore al punto di rugiada dell'aria, sulla superficie si formerà condensa.

A quanto pare, l'aria che espiri è piuttosto umida; il suo punto di rugiada è alto. Respira su una superficie al di sotto di quella temperatura del punto di rugiada e vedrai la condensa.

Allora perché non vedi la condensa su un muro? Come un'altra risposta già affermata, il materiale della parete non conduce il calore come il vetro e ha una capacità termica inferiore. Di conseguenza, il tuo respiro riscalda rapidamente la superficie fino a quando non è sopra il punto di rugiada e la condensa si ferma.

Modifica per aggiungere: il punto indicato da @Luaan sotto è probabilmente pari più importante per molti materiali da parete! Una superficie che assorbe l'acqua non mostra condensa tanto rapidamente quanto una che è impermeabile.