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Umidade relativa, pressão de vapor e ponto de ebulição

Professor Lang, pode-se dizer que quanto maior é a umidade relativa do ar, maior a pressão de vapor? Isso acarreta então um maior ponto de ebulição para a água, por exemplo (já que o ponto de ebulição é definido como o momento em que o ponto de vapor, se iguala à pressão externa? Podemos dizer que o ar, quando úmido, faria a água ferver numa temperatura maior, do que se ele estivesse seco? Ou não é possível traçar esse paralelo? Ao meu ver o ponto de vapor só dependeria da temperatura, mas agora estou com esse  questionamento,  se puder me ajudar, já lhe agradeço!

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Acho que estás confundindo dois conceitos importantes, quais sejam o de pressão de vapor saturado (ou simplesmente pressão DE vapor, daqui em diante representada pela sigla PVS) com o de pressão parcial do vapor (ou simplesmente pressão DO vapor, daqui para diante representada pela sigla PPV).

O conceito de pressão parcial é relevante quando existe uma amostra gasosa contendo diferentes substâncias, como é o caso do ar.  A pressão parcial de uma componente da mistura é a pressão em que esta componente se encontraria se somente ela ocupasse o volume da amostra na mesma temperatura. A pressão total de um gás (ideal) é a soma das pressões parciais das  componentes da mistura.

Portanto a PPV d’água no ar é pressão que o vapor se encontraria nas mesmas condições de temperatura e volume caso não existisse os demais gases que compõem o ar.

A PVS é uma característica da substância que depende da temperatura e é dada pela Lei de Clausius-Clapeyron. A figura 1 apresenta o comportamento da PVS para a água, bem como apresenta a equação que fornece a Lei de Clausius-Clapeyron. É importante notar que somente abaixo da temperatura crítica é que a fase gasosa (então denominada de vapor) pode ser liquefeita por elevação da pressão. Acima da temperatura crítica não é possível a liquefação por mais que se aumente a pressão.

A PVS é a pressão em que se estabelece o equilíbrio entre a fase gasosa (vapor) e a fase líquida (ou sólida) da substância. Ou seja, a PVS é igual a PPV na situação de equilíbrio entre as duas fases. Desta forma a condição de coexistência em equilíbrio das duas fases é expressa como PPV=PVS e quando tal condição é atingida o ar está saturado de vapor e a umidade relativa do ar é 100%.

A razão da PPV pela PVS é a umidade relativa (UR). Ou seja, por definição UR=PPV/PVS. Vide Umidade relativa: o que é e como se determina?

Quando a PVS é maior do que a PPVno ambiente externo ao liquido ocorre a evaporação. Portanto a água a evapora quando a umidade relativa é inferior a 100%.

O ponto de ebulição da água (ou de qualquer líquido) é estabelecido por outra condição: quando líquido é aquecido sua PVS aumenta (Lei de Clausius-Clapeyron) e se a PVS atingir o valor da pressão total (PT) na região onde o liquido se encontra, bolhas de vapor dentro do líquido são possíveis. Ou seja, a condição para ebulir é que PVS=PT. A figura 2 representa uma bolha de vapor no interior do líquido, explicitando a condição para a ebulição.

É importante notar que a PT em pontos próximos da superfície livre do líquido e muito aproximadamente a pressão atmosférica se o recipiente com líquido estiver aberto. As fontes geotérmicas nos solos oceânicos devem aquecer a água a temperaturas superiores a 100 graus C para que entre em ebulição.  A cerca de 90 m de profundidade, por exemplo, a pressão total é aproximadamente 10 atm (pressão atmosférica mais 9 atm devido a coluna de água) e portanto em acordo com a figura 1 a água ferverá em temperatura de cerca de 180 graus C.

Em recipientes fechados, como as panelas de pressão ou autoclaves, a pressão total pode ser maior do que a pressão atmosférica determinando uma elevação do ponto de ebulição, possibilitando o cozimento mais rápido de alimentos ou a esterilização de materiais. Vide Como calcular a pressão na panela de pressão conhecida a temperatura?

O tema da vaporização deixa muito a desejar em textos de Física Geral conforme destacado no artigo publicado na Física na Escola: Um tema negligenciado em textos de Física Geral: a vaporização da água.

Um livro de ensino médio que trata desse tema está disponível em Maiztegui-Sabato.

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