É possível obter vapor d’água a
? Argumente acerca da questão.
Passo 1
Beleza, o enunciado pergunta “É possível obter vapor d’água a –10 °C?” — ou seja, queremos saber se, a essa temperatura, pode existir fase gasosa de H₂O em equilíbrio com o gelo. O conteúdo que vamos usar é termodinâmica de fases, mais especificamente a pressão de vapor de equilíbrio (saturada) sobre gelo e a equação de Clausius–Clapeyron para linkar esse valor em diferentes temperaturas.
Passo 2
Antes de mexer em contas, bora entender a teoria.
- Para qualquer substância em equilíbrio entre sólido (gelo) e vapor, existe uma pressão de vapor de saturação
. Se a pressão parcial de H₂O for igual a esse valor, gelo e vapor coexistem. - A equação de Clausius–Clapeyron, na forma integrada, diz que ao passar de uma temperatura
pra outra :
onde
-
é a pressão de saturação a , -
é a pressão de saturação a , -
é o calor latente de sublimação do gelo, -
é a constante dos gases (para vapor d’água), - temperaturas em Kelvin.
Passo 3
Agora metemos valores numéricos:
- Escolhemos
(0 °C) e sabemos que ali . - Queremos
(–10 °C). -
. -
.
Então
Logo
ou seja, cerca de 2,6 hPa (mbar).
Passo 4
Isso significa que, a –10 °C, o vapor d’água só fica em equilíbrio com o gelo se a pressão parcial dele for, no máximo, uns 260 Pa. Se você mantiver a atmosfera interna (ou a câmara) com pressão de vapor abaixo desse valor, o gelo vai sublimar e gerar vapor — ou, dito de outro jeito, haverá vapor d’água mesmo em –10 °C.
Resposta
Sim, é possível ter vapor d’água a –10 °C, desde que a pressão parcial do vapor seja menor ou igual à pressão de saturação sobre gelo a essa temperatura (aproximadamente 2,6 hPa).