Sob mesma pressão qual deve apresentar maior temperatura de ebulição

Rosimar Gouveia

Professora de Matemática e Física

O ponto de fusão e o ponto de ebulição representam a temperatura que uma substância muda de estado, em uma dada pressão.

No caso do ponto de fusão, a substância muda do estado sólido para o estado líquido. Já o ponto de ebulição refere-se a mudança do estado líquido para o estado gasoso.

Por exemplo, o gelo começa a se transformar em água na forma líquida, quando sua temperatura é igual a 0 ºC . Logo, o ponto de fusão da água é 0 ºC (sob pressão de 1 atmosfera).

Para passar de líquida para vapor, a água deve atingir a temperatura de 100 ºC. Assim, o ponto de ebulição da água é 100 ºC (sob pressão de 1 atmosfera).

Ponto de Fusão

Quando uma substância no estado sólido recebe calor, ocorre um aumento no grau de agitação de suas moléculas. Consequentemente sua temperatura também aumenta.

Ao atingir uma determinada temperatura (ponto de fusão), a agitação das moléculas é tal que rompe as ligações internas entre os átomos e moléculas.

Nesse ponto, a substância começa a mudar seu estado e passará para o estado líquido se continuar recebendo calor.

Durante a fusão sua temperatura se mantém constante, pois o calor recebido é usado unicamente para a mudança de estado.

O calor por unidade de massa necessário para mudar de fase é chamado de calor latente de fusão (Lf) e é uma característica da substância.

Tabela do ponto de fusão e calor latente

Na tabela abaixo indicamos a temperatura do ponto de fusão e o calor latente de algumas substâncias à pressão atmosférica.

Ponto de Ebulição

A ebulição é caracterizada pela passagem rápida do estado líquido para o gasoso, com a formação de vapores (bolhas) no interior do líquido.

Da mesma forma que ocorre na fusão, existe uma temperatura (ponto de ebulição) em que uma determinada substância passa do estado líquido para o estado gasoso.

Para que isso ocorra é necessário que a substância receba calor. Durante toda a mudança de fase, a temperatura permanece constante.

O calor latente de vaporização (Lv) é a quantidade de calor por unidade de massa, necessária para uma substância mudar de fase.

Tabela do ponto de ebulição e calor latente

Na tabela abaixo, indicamos a temperatura do ponto de ebulição e o calor latente de vaporização de algumas substâncias à pressão atmosférica.

Interferência da pressão

A temperatura do ponto de fusão e do ponto de ebulição depende da pressão exercida sobre a substância.

De uma maneira geral, as substâncias aumentam de volume quando sofrem fusão. Este fato faz com que quanto maior a pressão, maior deverá ser a temperatura para que a substância mude de fase.

A exceção ocorre com algumas substâncias, entre elas a água, que diminui seu volume quando sofrem fusão. Neste caso, uma maior pressão irá diminuir o ponto de fusão.

Uma diminuição na pressão faz com que o ponto de ebulição de uma determinada substância seja menor, ou seja, a substância irá ferver em uma menor temperatura.

Por exemplo, em lugares acima do nível do mar a água ferve com temperaturas menores que 100 ºC. Com isso, nesses lugares demora-se muito mais para cozinhar do que em lugares ao nível do mar.

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Você já deve ter ido ao supermercado comprar um pacote de macarrão e - se você é como eu, que não sei cozinhar nada - lê as instruções contidas no pacote atendo-se, principalmente, ao tempo de preparo. Suponha que o espaguete que você comprou indique Tempo de cozimento: 10 minutos. Será que isso funciona?

Depende de onde você está. Pense primeiro em algo um pouco mais simples. Responda rapidamente: A que temperatura a água ferve? Garanto que você pensou em 100°C. Isso é verdade, mas só é verdade à pressão de 1 atmosfera. Você sabe que quando diminuímos a pressão atmosférica, o ponto de ebulição de um líquido diminui também, mas por quê?

Pressão e temperatura

Um líquido, assim como todas as coisas, é formado por moléculas. As moléculas, por sua vez, estão em movimento e, um desses movimentos é o de translação (ir de um lugar a outro). Imagine uma molécula de água dentro de uma panela com água. Ela vai se transladando e pode, por exemplo, bater na parede da panela mudando sua direção, mas pode também ir em uma trajetória tal que se dirija à superfície da água, onde não há parede para segurá-la. O que acontecerá então?

Ao atingir a superfície da água, a molécula encontrará duas barreiras: a tensão superficial e a pressão que o ar faz sobre a superfície. A tensão superficial funciona como uma película que envolve o líquido e pode ser muito forte ou mais fraca, dependendo das forças intermoleculares e das moléculas em si.

Imagine a seguinte situação: você andando em uma sala que tem uma única porta. Você está andando em direção à porta, que está fechada. Se essa porta for feita de papel de seda, será fácil rompê-la e sair da sala, mas se for de aço reforçado a coisa complica. Assim funciona a tensão superficial. Se ela for fraca, a molécula não tem grande dificuldade em vencê-la, mas se for forte...

Eu disse anteriormente que havia duas coisas que seguravam a molécula: a tensão superficial (nossa porta) e a pressão do ar na superfície. É como se, para mantermos a porta fechada, colocássemos uma pessoa para segurá-la. Se essa pessoa for uma criancinha, não será difícil afastá-la, mas se for um lutador de sumô teremos algum problema em abri-la. Assim funcionará a pressão do ar sobre a superfície do líquido: quanto maior, mais difícil será para a molécula transpor a interface.

Vaporização

Se você deixar cair um pouco de água sobre uma mesa e não enxugar, essa água permanecerá lá para sempre? Você sabe que não, ela irá evaporar, ou seja, transformar-se em gás. Isso se dá à medida que as moléculas "aprisionadas" no líquido conseguem, aos poucos, romper as barreiras da interface líquido-ar e, por isso a quantidade de água vai diminuindo até "desaparecer". Quando você ferve água, aquela fumaça que você vê saindo nada mais é do que um monte de moléculas que romperam a barreira e estão livres, gasosas.

Até aqui, você deve ter entendido como funciona fisicamente o processo de evaporação. Agora, vamos entender mais um conceito: uma de nossas moléculas que está caminhando no líquido, ao se chocar com a parede da panela ou mesmo com a superfície, aplica nela uma força. Como essa força é aplicada em uma área, podemos dizer que existe uma pressão. Quando a pressão que essa molécula exerce é igual à pressão que o ar faz na superfície, dizemos que o líquido entra em ebulição.

Tecnicamente, essa pressão exercida pela molécula é chamada de pressão de vapor. Quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, o líquido entra em ebulição.

Por que a temperatura influi nisso?

A pressão de vapor, como vimos, está relacionada com a força que a molécula faz ao colidir com um obstáculo. É fácil intuir que, quanto maior for a velocidade da molécula, maior será o choque, maior a força, maior a pressão. O que faz uma molécula "andar" mais rápido ou mais devagar é a energia cinética que ela tem, podendo ser traduzida diretamente pela temperatura: quanto mais quente, mais rápida a molécula, maior a força de impacto, maior a pressão de vapor.

O que isso tem a ver com a cozinha?

Pense um pouco: para a água ferver, a pressão de vapor deve se igualar à pressão atmosférica. Quanto menor for a pressão atmosférica, mais rapidamente essa igualdade acontecerá e menor será a temperatura da água para que ocorra. Sabemos que quando a pressão atmosférica é de 1 atm, a água entra em ebulição a 100°C mas, se diminuirmos a pressão, ela ferverá a uma temperatura menor, nunca atingindo os 100°C.

Se você for cozinhar ao nível do mar, a temperatura da água ao ferver será de 100°C, mas se você estiver no Himalaia, ela deve ferver a uma temperatura bem mais baixa, por exemplo, 75°C. Como o seu macarrão, de acordo com as instruções fica pronto em 10 minutos, supomos que o mestre-cuca que escreveu as instruções pensou em 100°C. Contudo se nossa fervura estiver a 75°C, dez minutos não serão suficientes, deixarão o macarrão duro, necessitaremos de um tempo de cozimento maior!

Fervendo água a mais de 100°C

Existem algumas situações em que precisamos que a água continue líquida com uma temperatura superior a 100°C e, para isso, a solução é bastante simples: mantenha a pressão atmosférica em um valor superior a 1 atm. Isso é muito utilizado em radiadores de automóveis onde, sob pressão, a água continua líquida mesmo acima de 100°C e o mesmo ocorre nas panelas de pressão que, ao contrário da nossa macarronada no Everest, cozinha mais depressa pois a pressão interna da panela é superior a 1 atm o que obriga a água a ferver acima de 100°C.

Como você vê, um bom mestre-cuca devia se valer da ajuda de um químico ou de um físico quando for publicar uma receita. A não ser que tenha sido um bom aluno de ciências exatas...