12- Ao abrir uma lata de refrigerante gelado, observa-se a rápida formação de bolhas de
. Se a mesma lata for aberta após ser aquecida, a efervescência é muito mais intensa. Explique esse fanômeno a luz da teoria cinética dos gases.
Passo 1
O enunciado pede para explicar por que, ao aquecer uma lata de refrigerante antes de abri‑la, a efervescência (formação de bolhas de
) é muito mais intensa do que se a lata for aberta estando gelada. Informações relevantes que o enunciado dá (implícitas):
- A bebida contém
dissolvido sob pressão na lata. - Ao abrir a lata a pressão acima do líquido cai para a pressão atmosférica e o gás pode sair (formar bolhas).
- Comparação entre dois estados térmicos da mesma lata: fria versus aquecida.
Passo 2
Conceito básico da teoria cinética dos gases sobre temperatura e energia das moléculas.
Explanação: a teoria cinética diz que a temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas. Em termos quantitativos:
onde
é a energia cinética média por partícula,
é a constante de Boltzmann e
é a temperatura absoluta (em kelvin).
Significado prático: ao aumentar as moléculas (tanto do gás quanto do líquido) movimentam‑se mais rápido, colidem com maior energia e têm maior tendência a escapar da fase líquida para a fase gasosa.
Significado prático: ao aumentar
Passo 3
Equilíbrio entre gás dissolvido e gás na fase acima do líquido — Lei de Henry.
Explanação da lei: na condição de equilíbrio líquido–gás, a concentração do gás dissolvido é proporcional à pressão parcial do gás acima do líquido. Uma forma simples da lei de Henry é
onde
é a concentração (solubilidade) do gás na fase líquida,
é a pressão parcial do gás na fase gasosa, e
é a constante de Henry (depende do gás, do solvente e da temperatura).
O que isso significa: para uma dada pressão (por exemplo, a pressão dentro da lata antes de abrir), existe uma certa quantidade
de
que fica dissolvida em equilíbrio.
O que isso significa: para uma dada pressão
Passo 4
Como a temperatura afeta a solubilidade: dependência de
com
.
Explanação qualitativa: a dissolução de um gás no líquido costuma ser um processo exotérmico (libera calor em média). Pela termodinâmica, constantes de equilíbrio que representam processos exotérmicos diminuem quando a temperatura aumenta. De forma mais geral, para uma constante de equilíbrio
aplica‑se a relação de van ’t Hoff:
onde
é a entalpia padrão do processo (energia associada à dissolução),
é a constante dos gases e
é a temperatura. Se a dissolução é exotérmica,
e portanto
: a constante de equilíbrio (aqui relacionada a
ou à solubilidade) diminui com
.
Consequência prática: ao aumentar a temperatura, a solubilidade do
no refrigerante diminui — o líquido “segura” menos gás.
Consequência prática: ao aumentar a temperatura, a solubilidade
Passo 5
O que acontece ao abrir a lata (pelos princípios anteriores).
Explicação passo a passo:
- Antes de abrir: dentro da lata o
está em equilíbrio entre a fase gasosa (sob pressão maior que a atmosférica) e a fase líquida, obedecendo . - Ao abrir a lata: a pressão acima do líquido cai bruscamente para a pressão atmosférica
. O novo equilíbrio pede uma nova concentração de dissolvido . - Se a concentração inicial
(quando a lata estava fechada e pressurizada) for maior que , haverá excesso de que não cabe mais dissolvido — esse excesso sai formando bolhas (efervescência).
Passo 6
Por que a efervescência é muito mais intensa quando a lata foi aquecida antes de abrir.
Juntando os pontos:
- Aquecer reduz a solubilidade do
(passo 4): para a mesma pressão interna, a concentração equilibrada de dissolvido é menor em temperatura alta. Ou seja, aquecendo a lata já aumenta a tendência do gás escapar do líquido mesmo antes de abrir. - Ao abrir, a pressão cai para
e o líquido aquecido já tem mais excesso de em relação ao novo equilíbrio do que a lata fria teria. Portanto, muito mais gás precisa sair: mais bolhas, mais efervescência. - Efeito cinético adicional: com temperatura maior, as moléculas têm energia cinética maior, a difusão do
no líquido é mais rápida, a viscosidade do líquido diminui e a tensão superficial costuma reduzir um pouco — tudo isso favorece a nucleação e o crescimento mais rápido das bolhas. Assim, além de haver mais gás disponível para sair, as bolhas se formam e crescem mais rápido, tornando a efervescência mais violenta.
Passo 7
Resumo intuitivo (para decorar e usar na prova)
- Aumentar
→ aumenta a energia molecular → diminui a solubilidade do no líquido (pela termodinâmica). - Ao abrir, a pressão cai → o líquido supersaturado libera
na forma de bolhas. - Aquecida: mais supersaturação e taxas de difusão/ crescimento de bolhas maiores → efervescência muito mais intensa.
Resposta
Ao aquecer a lata a solubilidade do
diminui (a dissolução é tipicamente exotérmica), de modo que, ao abrir e reduzir a pressão, há muito mais
em excesso para sair do líquido; além disso a maior energia térmica aumenta a difusão e facilita a nucleação e crescimento das bolhas, tornando a efervescência muito mais intensa.