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22 fevereiro 2010

Por que a temperatura de ebulição depende da pressão?


Se perguntarmos em uma sala de aula como a água ferve, muitos alunos responderão que primeiramente é preciso um fogão para fornecer calor (energia térmica); a água, então, aumentará de temperatura até um ponto que começará a ferver. A temperatura em que isto ocorre, diria um habitante de um local de baixa altitude, seria 100 ºC, sem medo de errar. Mas erraria se respondesse que em La Paz, na Bolívia, à altitude de cerca de 3650 m, a água também fervesse nesta temperatura.

É notório que o ponto de ebulição da água diminui com a diminuição da pressão atmosférica. Esta, por sua vez, diminui à medida que nos elevamos no planeta. Quanto maior a altitude menor a pressão atmosférica e, por conseguinte, menor a temperatura de ebulição da água. Isto significa que cozinhar no pico do monte Everest - o teto do mundo com aproximadamente 8.845 metros de altura - sem panela de pressão, é preciso paciência. Pois o cozimento ocorrendo numa temperatura menor, levará mais tempo para que a comida fique pronta. Ainda bem que ninguém passa muito tempo por lá, de tão agreste e agressivo ao organismo é o lugar.

A temperatura de ebulição da água – veja bem, água destilada – é 100 ºC à pressão de 1 atm (ou 760 mmHg), que é a pressão atmosférica ao nível do mar. No pico Everest, submetida a uma pressão atmosférica de 260 mmHg (ou 0,34 atm), a água entraria em processo de ebulição à temperatura de 72 ºC. Temperatura muito baixa para um cozimento rápido. Cozinhar uma feijoada pode levar dias.

No post Gelo na pista! O que fazer para derretê-lo? Vimos como varia a temperatura de fusão do gelo com a variação da pressão.

Mas por que a temperatura de ebulição depende da pressão?

A temperatura de um corpo é proporcional à energia cinética média de suas moléculas. Média, pois as moléculas de um líquido não têm todas a mesma energia cinética. Algumas têm energia cinética maior que a média, outras têm energia cinética menor.

A evaporação é a passagem LENTA e SEM turbulência da fase líquida para a gasosa e que ocorre na superfície do líquido. A maioria das moléculas não tem energia suficiente para mudar de fase. No entanto, algumas têm energia muito maior que a média. Quando uma dessas moléculas atinge a superfície, ela pode sair do líquido e passar para a fase gasosa. É assim que acontece o processo de evaporação.

Se deixarmos uma garrafa com água aberta, a evaporação ocorrerá continuamente. Fechando a garrafa, a evaporação vai diminuindo à medida que aumenta a concentração do vapor em contato com a superfície líquida. Quando a evaporação pára, dizemos que o vapor está saturado.

O vapor, como qualquer outra substância gasosa, exerce uma certa pressão, denominada pressão de vapor. Quando o vapor está saturado, a pressão de vapor é a máxima possível naquela temperatura. Essa pressão denomina-se pressão máxima de vapor. Quanto maior a temperatura, maior será a pressão máxima de vapor do líquido. Por exemplo, a água a 20 ºC tem pressão máxima de vapor igual a 175 mmHg; a 40 ºC é de 553 mmHg e a 100 ºC é de 760 mmHg (veja o gráfico abaixo relacionando as pressões máximas de vapor e a temperatura).


Sabemos que 100 ºC é a temperatura de ebulição da água ao nível do mar, submetida, neste caso, à pressão atmosférica de 760 mmHg. Observe que a pressão máxima de vapor da água a 100 ºC é igual à pressão atmosférica ao nível do mar.

Portanto, o ponto de ebulição da água é a temperatura na qual sua pressão máxima de vapor é igual à pressão atmosférica. Quanto menor a pressão atmosférica, menor a pressão máxima de vapor necessária para a água entrar em ebulição, correspondendo, então, a uma temperatura menor em que a água ferve.

Durante a ebulição, as bolhas de vapor que se formam empurram o ar atmosférico na superfície do líquido. Esse processo ocorre retirando energia das moléculas, energia que é reposta no sistema pela fonte de calor, ou seja, o fogão. Assim, é necessário fornecer calor (energia) ao líquido para que o processo de ebulição seja mantido. No entanto, a energia térmica recebida não se acumula na forma de energia cinética das moléculas, mas é utilizada na vaporização do líquido. Por isso, enquanto a água ferve, sua temperatura permanece constante.

O vídeo a seguir, filmado em São Luís do Maranhão, que se localiza ao nível do mar, mostra exatamente isso: a chama do fogão esquenta a água até a temperatura de 100,4 ºC, quando ela começa a ferver. A temperatura, então, mantém-se constante, enquanto ocorre a ebulição. Há dois principais motivos para que a temperatura não seja exatamente 100 ºC: o termômetro digital utilizado tem uma imprecisão de até 5 ºC para a temperatura medida; a água utilizada não é destilada, mas água da Caema (Compania de Água e Esgoto do Maranhão), água da torneira, composta de minerais e Deus sabe o que mais, tendo um ponto de ebulição um pouco diferente de 100 ºC (um pouquinho somente).



Se você tiver interesse em comprar um termômetro, deixo a dica do instrumento que aparece no vídeo, fabricado pela Minipa, uma excelente marca. Clique aqui para ver as características técnicas deste termômetro digital:
Aqui em São Luís, ele pode ser encontrado nas lojas Centro Elétrico e Casa Arruda.

Um comentário:

  1. Olá Tuba...
    Vim buscar seu banner pra colocar lá no cidade da leitura, ok?
    Abração.
    estamos juntos!

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