Ebulição

A ebulição é um processo de mudança de estado físico sofrido por uma substância que passa do estado líquido para o estado gasoso. 

Diferentemente da evaporação, na qual a mudança de estado é lenta e na temperatura ambiente, a ebulição ocorre mais rapidamente, devido ao fornecimento de calor ao líquido. Durante a ebulição são observadas bolhas e agitação no líquido.

Água em ebulição na panela

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As substâncias puras sofrem mudança de estado físico a uma temperatura constante, chamada de ponto de ebulição. Por exemplo, ao medir a temperatura do início ao fim da ebulição da água, o valor será sempre 100 ºC. O valor dessa temperatura é variável de acordo com a substância, e é considerado à pressão atmosférica de 1 atm.

Após a ebulição terminar, a substância (agora gasosa) sofrerá aumento de temperatura caso continue recebendo calor.

Gráfico de aquecimento de uma substância pura

Para que ocorra a ebulição, é necessário fornecer calor ao líquido. A quantidade de calor a ser fornecida depende da massa de líquido e de uma constante, chamada calor de vaporização (ou calor latente de vaporização), que por sua vez depende da substância. A expressão para a quantidade de calor absorvido pelo líquido ao se transformar em vapor é:

$$ Q=m \cdot L_{v} $$

Pontos de ebulição (em Kelvin, e sob pressão de 1 atm) e calor de vaporização para diversas substâncias. (Retirado de HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, volume 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8ª edição. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.)

As misturas, ao contrário das substâncias puras, apresentam variação de temperatura durante a ebulição. 

Contudo, algumas misturas, denominadas azeotrópicas, apresentam o comportamento igual ao de substâncias puras na ebulição, mantendo temperatura constante. O exemplo mais comum de mistura azeotrópica é o álcool, que é composto por etanol e água.

Gráfico de aquecimento de uma mistura azeotrópica

A pressão de vapor é a pressão exercida pelos vapores em equilíbrio químico com o líquido. O líquido entra em ebulição quando a pressão de vapor supera a pressão atmosférica que é exercida pelo ambiente contra o líquido.

O ponto de ebulição é especificado à pressão de 1 atm. Para entender a influência da pressão sobre a ebulição, o diagrama de fases é uma ferramenta útil.

As temperaturas de ebulição de acordo com a pressão estão dispostos sob a curva de vaporização destacada abaixo. Percebe-se que quanto maior a pressão, maior a temperatura na qual ocorre a ebulição, e quanto menor a pressão, menor a temperatura para ocorrer a ebulição.

Com o aumento da altitude, a pressão atmosférica diminui, estando o ar cada vez mais rarefeito. Essa diminuição de pressão faz com que a temperatura de ebulição também diminua.

Pode-se interpretar que como a pressão atmosférica é menor, a pressão de vapor supera a atmosférica mais facilmente. Também se entende que com menor pressão sobre o líquido, há menor resistência contra a saída do vapor das bolhas no líquido.

O funcionamento da panela de pressão se baseia na influência da pressão sobre a temperatura de ebulição. Estando completamente selada, a panela acumula os vapores conforme a água ferve. Devido a esse acúmulo de vapor, sem que haja escape, a pressão no interior se torna maior que a atmosférica, então a temperatura de ebulição da água também aumenta.

Dessa maneira, em vez de cozinhar os alimentos em uma temperatura de 100 ºC (na qual a água ferve sob pressão atmosférica), consegue-se utilizar água a cerca de 120 ºC, o que acelera o cozimento.

Para o funcionamento sob a pressão adequada, a panela de pressão apresenta duas válvulas para o escape do vapor em excesso.