Explique por que a água entra em ebulição a uma temperatura bem abaixo do ponto usual de ebulição da água
a 1 atm
?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a água pode ferver a temperaturas bem abaixo de
(seu ponto de ebulição a
atm). O conteúdo aqui é a relação entre pressão de vapor da água e pressão externa (atmosférica ou de um sistema fechado). Para resolver, vamos usar o conceito de ponto de ebulição e a lei de Clausius–Clapeyron.
Passo 2
Definimos o ponto de ebulição de uma substância como a temperatura
na qual sua pressão de vapor
iguala a pressão externa
. Em notação,
Em pressão ambiente normal (
atm), isso ocorre em
.
Passo 3
A pressão de vapor cresce com a temperatura segundo a equação de Clausius–Clapeyron (forma integrada aproximada):
onde
é o calor latente de vaporização e
a constante universal dos gases. Se
diminui, basta uma temperatura menor para que
a iguale.
Passo 4
Em lugares altos (menor
) ou sob vácuo parcial, a água atinge
já a temperaturas abaixo de
. Por isso, ferve mais cedo (por exemplo, a
no topo de uma montanha).
Resposta
A água ferve a temperaturas mais baixas quando a pressão externa é menor, pois seu ponto de ebulição é justamente a temperatura em que a pressão de vapor iguala a pressão ambiente. Quando
atm, essa igualdade ocorre antes de
, explicando a ebulição a temperaturas bem abaixo do usual.