Marcos Vianna

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O que é pressão de vapor?

 

Parece que tem a ver com cavitação de bombas...

 

Na verdade, não só parece; tem tudo a ver!

 

Vamos descrever, de modo intuitivo, esse conceito.

 

Para efeitos práticos, isto pode ser feito, sem descer a rigores físico-químicos.

 

Água e vapor d’água

 

Todos os líquidos têm pressão de vapor. Mas, neste texto, vamos nos dedicar à água.

 

Na figura abaixo é mostrado um recipiente contendo água.

 

líquido e vapor recipiente aberto

 

Observe que as partículas de água líquida estão se movendo o tempo todo no interior do volume líquido (fig. A).

 

Podemos ver que algumas delas serão capazes de romper a interface água-ar e passar para o estado de vapor (fig. B).

 

As partículas de vapor d’água também se moverão o tempo todo acima do volume líquido. Eventualmente, algumas delas serão capazes de romper a interface água-ar e voltar ao estado líquido (fig. C).

 

Mas, estando aberto o recipiente, a maior parte delas escapará do recipiente. Com isso, o volume de líquido irá se reduzindo ao longo tempo (fig. D), até evaporar completamente (fig. E).

 

...e para não evaporar tudo?

 

Aí é só tampar o recipiente (veja na figura abaixo)!

 

líquido e vapor recipiente tampado

 

As partículas de água líquida continuarão a passar para o estado de vapor. Mas as partículas de vapor, que não têm mais como escapar, permanecerão sobre a água líquida, e retornarão para esse estado.

 

O que é equilíbrio dinâmico?

 

Após certo tempo, o número de partículas de água líquida que passam para o estado de vapor se tornará igual ao número de partículas de vapor que passam para o estado líquido (veja na figura abaixo).

 

equilíbrio dinâmico

 

Quer dizer: não é que a água parou de evaporar; é que foi atingido e equilíbrio dinâmico!

 

O que é pressão de vapor da água?

 

Ao colidirem com as paredes do recipiente, com a tampa e com a interface ar-água, as partículas de vapor exercem sobre elas o que denominamos de pressão de vapor, veja na figura abaixo.

 

pressão de vapor

 

O que acontece com a pressão de vapor da água quando a temperatura aumenta?

 

Maior temperatura significa maior energia cinética!

 

Quer dizer: maior temperatura significa maior número e intensidade dos choques das partículas de vapor com as superfícies.

 

Ou seja: maior pressão de vapor!

 

pressão de vapor e temperatura

 

E qual é o limite?

 

Quando a pressão de vapor da água atinge o valor da pressão reinante sobre sua superfície, todas as partículas líquidas vão querer passar para o estado de vapor.

 

Aí a água ferve (quer dizer: entra em ebulição!).

 

água em ebulição

 

Então, se o recipiente estiver fechado, ele pode explodir?

 

Pode sim!

 

Vamos fazer uma continha simples.

 

1 mol de água contém 6,02×10236,02\times 10^{23} moléculas de água (se você não se lembra do conceito de mol, no texto O que é pH? a gente recorda!).

 

1 mol de água contém 18 g de água.

 

A massa específica da água é 1 g/cm³ (você se lembra?)

 

Então 1 mol de água ocupa um volume igual a 18 cm³.

 

Nas condições normais de temperatura e pressão, 1 mol de qualquer gás ocupa um volume igual a 22,4 litros, ou seja, 22400 cm³.

 

Quer dizer: ao passar para o estado de vapor, 1 mol de água deixará de ocupar 18 cm³ e passará a ocupar 22400 cm³!

 

1244 vezes mais!

 

É... vai explodir!

 

o recipiente pode explodir

 

E a panela de pressão?

 

Funciona assim: é um recipiente fechado com uma válvula de alívio de pressão em cima.

 

Nós queremos que a água em seu interior permaneça no estado líquido quando sua temperatura aumenta.

 

Quanto maior for a temperatura da água, maior será sua pressão de vapor.

 

Então, a pressão reinante sobre a água líquida vai ter que aumentar, para que ela permaneça nesse estado.

 

A válvula de alívio é um peso W que colocamos sobre um tubo de escape de vapor cuja área A nós conhecemos.

 

Então, quando a pressão reinante sobre a água ultrapassar o vapor da pressão p = W/A imposta pela válvula de pressão, ela se abre e deixa escapar parte do vapor formado.

 

panela de pressão

 

Mas e se a válvula de segurança entupir?

 

Aí, como dizia a minha avó, babau!

 

(A panela de pressão tem um fusível, aquela tampinha de borracha; antes que a panela exploda, ela é expulsa, e o conteúdo da panela vai parar no teto!)

 

Então, cuide de manter limpa a panela de pressão e, em especial, sua válvula de segurança!

 

fusível da panela de pressão

 

Tem aí uma tabela para saber o valor da pressão de vapor da água conforme a temperatura?

 

Tem sim, no Voima Toolbox! Eis o link:

 

https://voimatoolbox.com/pt-br/calculations/pressao-de-vapor-da-agua