O que é evaporação? Como podemos provar qualitativamente que a evaporação de um líquido é acompanhada de abaixamento de temperatura desse líquido?

Passo 1

O enunciado pergunta o que é evaporação e pede uma justificativa qualitativa de por que um líquido se resfria quando evapora. Para resolver, vamos usar conceitos de cinética molecular (relação entre energia e temperatura) e de calor latente de vaporização.

Passo 2

Evaporação é o processo de mudança de fase em que moléculas na superfície de um líquido escapam para o estado gasoso sem que a temperatura do sistema atinja o ponto de ebulição. Apenas as moléculas cuja energia cinética instantânea é suficiente para vencer as forças de coesão escapam.

Passo 3

Na teoria cinética dos gases e dos fluidos, a temperatura \,T, está relacionada à energia cinética média das moléculas por
\overline{E_{\text{cin}}} = \tfrac{3}{2}\,k_B\,T
onde k_B é a constante de Boltzmann. Se o conjunto perde moléculas de maior energia cinética, a energia média cai e, portanto, T diminui.

Passo 4

Durante a evaporação, as moléculas mais rápidas (com energia acima de um limiar) deixam o líquido, levando consigo energia térmica e exigindo a absorção de calor latente de vaporização \Delta H_{\text{vap}}>0. Este calor é retirado do próprio líquido (e do ambiente imediato), reduzindo sua energia interna média e, consequentemente, sua temperatura.

Passo 5

Uma prova qualitativa simples é colocar um termômetro em um recipiente aberto com água e agitar levemente. Observa-se que, à medida que a água evapora, a leitura do termômetro cai. Outro exemplo cotidiano é a sensação de frio na pele quando aplicamos álcool: o álcool evapora rápido, levando calor da pele e causando sensação térmica mais baixa.

Resposta

Evaporação é a saída de moléculas energéticas da superfície líquida para o vapor. Como apenas as moléculas de maior energia escapam e extraem o calor latente do líquido, a energia cinética média cai e o líquido se resfria.

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