A quantos graus ferve a água? (V.2, N.4, P.5, 2019)

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Tempo de leitura: 4 minutos
#acessibilidade Recipiente com água borbulhando com um termômetro mergulhado.

Texto escrito pelo colaborador Rodrigo Papai

Se você prontamente respondeu 100, você precisa ler este texto!

Intuitivamente tendemos a responder 100 sem qualquer esforço. Porém, não é sempre assim! A “fervura” da água, chamada cientificamente de ebulição, pode ocorrer em diversas temperaturas. O fator decisivo que controla em qual temperatura ocorrerá a ebulição da água ou de qualquer outro líquido é a pressão! A pressão, definida na física como a relação entre uma força e a área aplicada, está sempre presente no nosso dia a dia. Talvez você não tenha percebido, mas neste momento existe uma camada de ar (uma mistura de gases) com vários quilômetros de altura exercendo uma força praticamente constante sobre todo o seu corpo, é o que chamamos de pressão atmosférica.

Quando um líquido é aquecido, as moléculas se agitam e colidem entre si formando pequenas bolhas de vapor no interior da massa do líquido. Uma vez formadas, essas bolhas não escapam facilmente pois existe a pressão atmosférica (pressão externa) aplicando uma força que impede o desprendimento das bolhas pela superfície do líquido. A medida em que a “pressão de vapor” dentro da bolha aumenta e se iguala à pressão externa, ocorre a ebulição. Nesse instante, é visível o desprendimento de grandes bolhas de vapor que escapam velozmente pela superfície do líquido num movimento caótico, caracterizando o que chamamos popularmente de “fervura”.

Quando estamos ao ar livre, a água está sujeita à pressão atmosférica, que vai definir em qual temperatura o líquido entrará em ebulição. Numa cidade litorânea a água ferverá à temperatura de 100, já em cidades mais altas como, por exemplo, São Paulo, a pressão atmosférica é menor e consequentemente a água poderá ferver quando atingir 97. Repare que quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica, pois há uma massa menor de ar exercendo o peso sobre a sua cabeça. Inclusive, existe uma unidade de medida de pressão conhecida como “atmosfera” (atm): no nível do mar, a pressão atmosférica é igual a 1 atm. Já em São Paulo, está em torno de 0,92 atm. Sendo a pressão mais baixa em São Paulo, é mais fácil da água ferver, ou seja, ter menor ponto de ebulição. Já no alto do monte Everest, a água entra em ebulição ao atingir 72℃!

E, afinal, por que tendemos a responder 100? Simplesmente porque o ponto de ebulição da água no nível do mar foi uma das referências estabelecidas na escala Celsius de temperatura. Mas se depois de ler esse texto alguém te perguntar em que temperatura ferve a água, responda: depende da pressão!

Temperatura e pressão estão associadas e qualquer variação nesses parâmetros produzem impactos no comportamento das substâncias químicas. A compreensão e o estudo de pressão de vapor em função da temperatura são comumente abordados no ensino médio e também no ensino superior de maneira predominantemente teórica, uma vez que, infelizmente, existem poucos experimentos acessíveis sobre esse tópico. Com o intuito de compreender melhor a pressão de vapor em função da temperatura, um grupo de alunos ingressantes do Bacharelado em Ciência e Tecnologia da Universidade Federal do ABC se juntou com a professora Dra. Ivanise Gaubeur e com o Dr. Rodrigo Papai, na época doutorando do Curso de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia-Química, para planejar e executar um experimento utilizando materiais de baixo-custo. Inspirado no barômetro caseiro, o sistema experimental permitiu: (i) observar o comportamento da pressão de vapor em função da temperatura – um comportamento tipicamente exponencial; (ii) observar a influência da natureza do líquido e de sua concentração na pressão de vapor – na qual é possível correlacionar forças intermoleculares com a facilidade de vaporizar uma substância; (iii) estimar a entalpia de vaporização molar da água – medindo a quantidade de energia necessária para que a substância mude para o estado gasoso e (iv) verificar que o volume disponível para o vapor e a quantidade de líquido não influenciam na pressão de vapor.

Os resultados foram divulgados no Journal of Chemical Education, uma revista da Divisão de Educação da Sociedade Americana de Química (American Chemical Society), contribuindo com um experimento simples e de baixo-custo, que pode ser aplicado em laboratórios de ensino médio e de ensino superior com diferentes abordagens.

Ficou curioso? Quer conhecer mais detalhes do experimento e entender mais sobre a pressão de vapor? Veja o nosso artigo científico!

Fontes:

Fonte da imagem destacada: Ivanise Gaubeu

PapaiM.A. RomanoA.R. ArroyoB.R. da SilvaB. TresoldiG.C. WinterJ.M. CostaM.A. F. SantosM.D. Prata, I. Gaubeur. Creating and Experimenting with a Low-Cost, Rugged System to Visually Demonstrate the Vapor Pressure of Liquids as a Function of Temperature. J. Chem. Educ., 2019, 96(2), p 335–341. Disponível no site: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.8b00381

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