Por que a água tem valores tão elevados de ponto de fusão é ebulição é de calor de evaporação?

Estrutura da água e ligações de hidrogênio

Capacidade térmica e calor da vaporização da água. Resfriamento evaporativo. Por que o gelo flutua.

Estrutura da água e ligações de hidrogênio

O conteúdo de Biologia foi criado com o apoio da Fundação Amgen

AP® é uma marca comercial registrada da College Board, que não revisou este recurso.

O ponto de fusão corresponde à temperatura em que determinado material passa do estado sólido para o líquido; e o ponto de ebulição é a máxima temperatura em que um material pode existir na fase líquida, sob determinada pressão.

Tanto o ponto de fusão como o ponto de ebulição são funções periódicas de seus números atômicos. Por exemplo, veja os quadros abaixo, que relacionam os pontos de fusão e de ebulição de elementos nas mesmas famílias e no mesmo período:

Observe primeiro as duas primeiras tabelas, que relacionam os pontos de fusão e de ebulição dos elementos na mesma família. Os elementos da família 1 têm os seus pontos de ebulição e de fusão diminuídos à medida que o número atômico aumenta, isto é, aumentam de baixo para cima. Já os elementos da família 17, da outra extremidade da tabela periódica, apresentam o efeito contrário, ou seja, à medida que seu número atômico cresce, seus pontos de fusão e ebulição aumentam, de cima para baixo.

Já no que diz respeito aos elementos de um mesmo período, conforme mostrado na terceira tabela acima, de modo geral, os pontos de fusão e ebulição crescem das extremidades para o centro.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Desse modo, podemos dizer que o ponto de fusão e o ponto de ebulição são propriedades periódicas que crescem nos sentidos mostrados abaixo na tabela periódica:

O carbono está em ênfase na ilustração, porque ele é uma exceção. Por apresentar a propriedade de originar estruturas formadas por um grande número de átomos, ele possui elevados pontos de ebulição (4287 ºC) e de fusão (3550 ºC).

O tungstênio (W) também está destacado, pois ele fica praticamente no centro da tabela, sendo o metal de maior ponto de fusão (3422ºC). Isso significa que ele pode permanecer no estado sólido mesmo em altas temperaturas. Por isso, esse metal é usado em filamentos de lâmpadas incandescentes.

Outra propriedade que se verifica é que, com exceção do hidrogênio, os elementos que possuem menores pontos de ebulição estão situados do lado esquerdo e na parte superior da Tabela Periódica. Esses elementos se apresentam na forma líquida ou gasosa na temperatura ambiente.

O valor da temperatura de ebulição da água, de outros líquidos e de soluções é influenciado pela pressão atmosférica.

É bem sabido que o ponto de ebulição da água ao nível do mar (pressão atmosférica igual a 1 atm ou 760 mmHg e altitude igual a zero) é igual a 100ºC. No entanto, se fervermos a água em Brasília, o valor da temperatura de ebulição será um pouco menor, aproximadamente igual a 98,3ºC. Isso ocorre porque Brasília possui uma altitude acima do nível do mar, possuindo uma pressão atmosférica menor e, com isso, o ponto de ebulição da água também será menor.

Quanto maior a altitude, menor será o ponto de ebulição. Por exemplo, o Monte Everest fica na Cordilheira do Himalaia, cuja altitude é de 8848m e sua pressão atmosférica é de 240 mmHg. Nesse local, a água entra em ebulição muito mais rápido do que ao nível do mar, possuindo um ponto de ebulição de aproximadamente 71°C.

O contrário também ocorre, em lugares que ficam abaixo do nível do mar, a água ferverá a uma temperatura maior do que 100ºC, porque a pressão será maior, como mostra o gráfico abaixo:

Mas por que a pressão atmosférica exerce essa influência no ponto de ebulição?

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Para entender isso, vejamos o que é a ebulição. Quando colocamos a água para aquecer, a energia recebida pelas moléculas possibilita que elas passem para o estado de vapor. Inicialmente podemos ver no fundo do recipiente a formação de bolhas de vapor de água, e só depois de receber mais energia na forma de calor é que essas bolhas sobem e são liberadas na superfície, entrando em ebulição.

As bolhas ficam no fundo do recipiente porque a pressão atmosférica exerce uma força sobre a superfície do líquido, como que empurrando a bolha de vapor para baixo. A pressão dentro da bolha vai aumentando cada vez mais, até que ela se iguala à pressão atmosférica e, dessa forma, sobe, entrando em ebulição. A temperatura no momento em que isso ocorre é o ponto de ebulição.

Assim, quanto maior for a pressão sobre a superfície, mais difícil será para suplantá-la e para o líquido entrar em ebulição, logo, o ponto de ebulição será maior. Por outro lado, se a pressão for menor, será mais fácil entrar em ebulição e o ponto de ebulição será menor.

Isso nos ajuda a entender o princípio de funcionamento da panela de pressão. Dentro dela a pressão sobre a água é bastante elevada, o que faz com que a água permaneça no estado líquido em temperaturas maiores que 100 ºC. Temperaturas mais elevadas aceleram as mudanças físicas e químicas que ocorrem durante o cozimento de alimentos.

No entanto, se quisermos cozinhar algum alimento em lugares de altitude muito elevada, como o Monte Everest, em panelas comuns, será muito difícil. Isso porque a água irá entrar em ebulição e secar antes mesmo que o alimento termine de cozinhar.

* Créditos da imagem de Brasília: gary yim e Shutterstock.com

Por que a água tem valores tão elevados de ponto de fusão e ebulição e de calor de evaporação?

Por que compostos iônicos possuem pontos de fusão e pontos de ebulição mais elevados do que as forças intermoleculares?

Por que a água tem o maior ponto de ebulição?

Por que a água apresenta pontos de fusão e ebulição superiores ao de alcoóis com tamanhos similares?