EBULIÇÃO

Em termodinâmica, o fenômeno da ebulição é a transformação física endotérmica^[1] que ocorre quando uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Para que a ebulição ocorra é necessário que a pressão de vapor seja maior que a pressão atmosférica, o que garante o desprendimento uniforme de todo o líquido para a forma gasosa.

Características[editar | editar código-fonte]

O ponto de ebulição da água pura no nível do mar é de 100,0°C.

Quando um soluto não volátil é dissolvido em qualquer substância no estado líquido observa-se que a temperatura de ebulição da solução formada é superior ao valor da temperatura de ebulição da água pura. Este fenômeno é denominado efeito ebulioscópico.^[1] Informações sobre a elevação do ponto de ebulição de soluções são fundamentais para o projeto e resolução de equações de balanço de diversos tipos de equipamentos da indústria química, em particular evaporadores de múltiplo efeito. Algumas equações podem ser encontradas na literatura para predição deste parâmetro, porém sua validade é restrita a soluções diluídas ou soluções ideais. Tais hipóteses não podem ser aceitas na grande maioria dos processos de interesse industrial. No caso de evaporadores, deseja-se aumentar o teor de sólidos de um determinado licor até valores onde uma solução nunca poderia ser considera diluída. Além disso,cita-se o exemplo da concentração de soluções de sais, que não podem ser admitidas como soluções ideais. Desta forma, torna-se necessário o uso de dados experimentais da elevação do ponto de ebulição, em função da concentração de sólidos e pressão.

Estudo[editar | editar código-fonte]

A Lei de Raoult estabelece que em soluções ideais, a pressão parcial de um componente numa solução é dada pelo produto de sua fração molar e sua pressão de vapor na temperatura da solução.^[2] Assim, quanto maior for a concentração de um determinado soluto dissolvido em água, menor será a fração molar da água na solução e, consequentemente, menor será o valor da pressão parcial da água. Admitindo que o soluto seja não-volátil, a solução entrará em ebulição quando a pressão parcial da água se igualar com a pressão do sistema. Para que isto ocorra, é necessário que a solução seja aquecida até uma temperatura superior à temperatura de ebulição da água pura.

Informações sobre a elevação do ponto de ebulição de soluções aquosas são fundamentais no estudo de diversas operações unitárias da indústria química. Nota-se entretanto que estes dados não são encontrados facilmente na literatura. Entretanto, dados de pressão parcial da água sobre soluções aquosas são encontrados com maior facilidade nos livros usualmente consultados por estudantes de engenharia química. Este trabalho apresenta um procedimento, baseado em princípios de termodinâmica, para calcular a elevação do ponto de ebulição de soluções a partir de dados de pressão parcial da água.O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição refere-se ao período de um processo onde um líquido está a sofrer mudança de fase reduzindo sua fração em estado líquido e aumentando sua fração em estado gasoso, dadas as condições limítrofes como pressão atmosférica e taxa de calor - de forma mais rápida possível - geralmente de forma a observarem-se a formação rápida de bolhas de gás no interior do líquido que, emergindo à superfície, dispersam-se na fase gasosa. Usualmente "ponto de ebulição" refere-se também à temperatura (ou temperaturas) nas qual esta condição ocorre.

De acordo com a definição IUPAC, ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor líquido iguala-se a pressão da atmosfera a qual encontra-se submetido.

Para uma substância pura, os processos de ebulição ou de condensação ocorrem sempre a uma mesma temperatura, e esta se mantém constante durante todo o processo, ocorrendo o mesmo para os processos de fusão e ebulição de substâncias puras. Água pura - ao nível do mar - entra em ebulição a 100 graus Celsius, e enquanto houver água em ebulição, a temperatura da água e do vapor formado permanecerão constantes ao longo de todo processo mesmo que considerável quantidade de energia esteja sendo fornecida ao sistema na forma de calor a fim de induzir a transformação.

Diferente do verificado para substâncias puras, na grande maioria das misturas de duas ou mais substâncias as temperaturas de ebulição e condensação não se mantêm constantes ao longo da transformação, variando do início até o final da mudança de estado. Verificam-se nestes casos que há também segregação de componentes da mistura durante a mudança de fase, sendo este o princípio usado na separação de componentes via o processo de destilação, a exemplo. O mesmo observa-se na fusão - solidificação para a maioria das misturas. Para o caso do processo fusão-solidificação tem-se a solidificação de refrigerantes como exemplo. Nas primeiras fases da solidificação há a formação de gelo "de água", havendo notória segregação do xarope que integra o refrigerante - que permanece em forma líquida - contudo agora concentrada - no interior da garrafa. Para tais misturas, as mudanças de estado físico ocorrem em faixas ou intervalos de temperatura, a cada faixa associando-se a segregação de uma de suas componentes.

Há entretanto misturas que transformam de fase sem segregação de componentes e o fazem, de forma similar ao que se dá com substâncias puras, à temperatura constante. Tais misturas são denominadasmisturas azeotrópicas. Uma mistura azeotrópica muito conhecida é o álcool líquido "96 graus" comercializado tradicionalmente em garrafas de plástico para uso doméstico. A mistura água e o álcool etílico, quando em proporção de 96% de álcool + 4% de água, formam uma mistura azeotrópica inseparável por destilação por se comportar como se substância pura o fosse. Impossível sua separação pelo método tradicional de destilação, este é comercializado em sua forma azeotrópica. A obtenção de álcool anidro, sem água, requer tecnologia diferente e mais específica, sendo por isto este geralmente também mais caro. Ao destilar-se uma mistura com elevada concentração de água e proporção menor de álcool obtém-se como primeiro produto não o álcool mas sim a citada mistura azeotrópica de álcool-água.

Em vista dos azeótropos deve-se ter cuidado pois nem todo material que ebule à temperatura constante é necessariamente uma substância pura, podendo este caracterizar em verdade uma mistura azeotrópica.

Comportamento similar é observado para misturas sólidas conhecidas como misturas eutéticas - misturas sólidas ou líquidas de duas ou mais substâncias em proporções bem definidas que dependem das substâncias envolvidas - para as quais se verifica-se que a temperatura de fusão é, a exemplo do verificado para substâncias puras, também constante durante todo o processo, e que a fusão ou solidificação se dão sem a segregação das componentes da mistura quando na devida proporção. A temperatura de fusão de misturas eutéticas é a menor possível se comparada as demais misturas estequiometricamente possíveis dos mesmos elementos. Como exemplo de mistura eutética (ou em proporções próximas a dela) tem-se a mistura de chumbo e estanho (proporção aproximada de 60% por 40%) formando a solda utilizada em circuitos eletrônicos.

Uma mistura líquida que constitui-se em uma mistura azeotrópica não é necessariamente também uma mistura eutética, e vice-versa, contudo não há nada que impeça uma mistura de caracterizar-se como eutética e azeotrópica simultaneamente.

Sobre evaporação e ebulição[editar | editar código-fonte]

Tanto a evaporação, a ebulição e a calefação são tipos de vaporização. Como exemplos podemos citar:

• Evaporação, uma roupa secando no varal, a roupa está a uma temperatura abaixo do ponto de ebulição.
• Ebulição, uma panela com água fervendo a aproximadamente 100° C.
• Calefação, uma gotícula de água derrubada em um ferro de passar roupa numa temperatura bem maior que 100°, a gotícula "saltitará" no ferro quente até virar vapor por completo.

No processo de evaporação verificam-se tanto que a pressão parcial de vapor da substância na atmosfera em consideração (a pressão atrelada à fração desta substância já em estado gasoso)^{[nota 1]} encontra-se menor do que a pressão de vapor esperada para o estado de equilíbrio líquido-vapor para o referido líquido como também que a pressão de vapor à temperatura em que o líquido se encontra,encontra-se abaixo da pressão total exercida pela atmosfera gasosa sobre o líquido.^{[nota 2]} Em tais condições verifica-se uma lenta mudança de fase líquido-vapor denominada evaporação.

Na ebulição tem-se o líquido em temperatura tal que, além da situação anterior acerca da pressão parcial da substância comparada com à sua pressão de vapor, verifica-se agora também que a pressão de vapor esperada para o equilíbrio líquido-vapor para a substância em consideração iguala-se e tende a superar a pressão total exercida pelo meio. Há agora em consequência não uma lenta mas sim uma rápida mudança de fase líquido-vapor, esta certamente caracterizada pela intensa formação de bolhas de vapor no interior do líquido.

De acordo com a definição IUPAC, ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor líquido iguala-se a pressão atmosférica.

A pressão do vapor da água iguala-se à pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar - 760 mmHg - quando a água encontra-se a 100 graus celsius, e por tal a água entra em ebulição sob tal pressão total à citada temperatura. Contudo, a água evapora mesmo em temperaturas inferiores à 100 °C provido que sob tais condições a umidade relativa do ar - a razão entre a pressão parcial de vapor de água na atmosfera e a pressão de vapor à temperatura em consideração - encontre-se inferior a 100%.

Deve-se levar em conta que o ponto de ebulição varia com a altitude, já que a pressão atmosférica varia com a mesma.

Não como uma regra sem exceções, quanto mais baixa for a pressão do sistema, menor será o ponto de ebulição e vice-versa. O ponto de ebulição da água em condições de atmosfera padrão é de 100 °C. Vale citar, como exemplo que, a água, em pressões muito baixas, ferve à temperaturas bem inferiores à 100 °C.

No princípio do funcionamento de uma panela de pressão, há o aumento da pressão atmosférica dentro da panela e isso faz com que o seu ponto de ebulição seja maior , podendo atingir temperaturas de até 120° da água e haja um cozimento mais rápido do alimento.