Calor da Vaporização Definição
Tão conhecido como entalpia de vaporização, o calor de vaporização (∆Hvap) é definido pela quantidade de entalpia (energia térmica) que é necessária para transformar uma substância líquida em um gás ou vapor. É medida em Joules por mole (J/mol), ou às vezes em Calorias (C).
Calor da Vaporização Explicada
O calor da vaporização tem sempre um valor positivo porque a entalpia é sempre adicionada a um sistema de modo a vaporizar um líquido. À medida que as moléculas ganham mais energia cinética, elas se tornam mais propensas a se separar do líquido e se tornar um gás.
O aumento necessário de energia interna pode ser descrito como a energia necessária para quebrar as interações intermoleculares no líquido. Quanto mais fraca a ligação entre os átomos, menos energia é necessária para quebrar essas ligações.
A quantidade de energia necessária é função da pressão à qual a transformação ocorre, e depende da temperatura. Quanto mais quente o líquido já estiver, menos energia é necessária. A pressões mais elevadas, é necessária mais energia. Há uma temperatura crítica na qual o calor da vaporização desaparece (Tr=1). Passada esta temperatura crítica, a substância não se distingue nem como um líquido nem como um vapor. Ao invés disso, ela se torna conhecida como um fluido supercrítico.
Em uma solução contendo tanto o estado líquido quanto o gasoso, a energia cinética do vapor é maior que a do líquido porque as partículas de vapor são capazes de fluir mais facilmente. O aumento do movimento das partículas gasosas em relação às partículas líquidas cria calor e pressão.
Calor da Fórmula de Vaporização
Uma equação muito básica para calcular o calor da vaporização é:
ΔHvap = Hvapor – Hlíquido
Esta calcula a diferença de energia interna da fase de vapor em relação à fase líquida.
No entanto, esta equação não leva em consideração a energia adicional necessária para que as partículas de gás se empurrem para trás contra a pressão atmosférica para permitir o aumento de volume quando um líquido ferve.
Hence, uma equação mais completa para calcular o calor de vaporização é:
ΔHvap = ΔUvap + pΔV
Onde ΔUvap é a diferença de energia interna entre a fase de vapor e a fase líquida (ΔUvap = Hvapor – Hlíquido), e pΔV é o trabalho feito contra a pressão atmosférica.
Calor de Vaporização da Água
A água tem alto calor específico. Esta medida descreve a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura da água a 1 grau Celsius. Como tal, a água também tem um alto calor de vaporização. Na verdade, a água leva mais de 40.000 Joules por mole para se vaporizar. Isto é extremamente importante para a vida na Terra.
Desde que a maioria da Terra é feita de água, grandes mudanças na quantidade de energia solar que a Terra recebe são contrariadas pela água. A água absorve o calor lentamente e libera calor quando há menos sol. Isto ajuda a combater mudanças drásticas de temperatura, o que seria devastador para a vida. Em comparação, se o mundo fosse feito principalmente de etanol, a temperatura flutuaria rapidamente porque o etanol tem um calor muito menor de vaporização e calor específico.
Porém, esse alto calor de vaporização pode não estar à altura da tarefa de regular a temperatura em face das ações humanas. As mudanças climáticas, e especificamente o aquecimento global, estão adicionando muito calor à atmosfera. Enquanto o oceano pode absorver grande parte deste calor, ele tem limites. Além disso, como o oceano absorve calor, as moléculas se expandem. Esta expansão levará a grande parte da inundação que é atualmente estimada pelos cientistas climáticos.
Diferenças no Calor da Vaporização
As principais influências sobre o calor da vaporização são as interações entre as moléculas em uma solução. Num líquido, as moléculas passam umas pelas outras mas estão constantemente a interagir. Algumas formam ligações de hidrogênio, enquanto outras substâncias formam outros tipos de ligações suaves entre as moléculas. Estas ligações contêm energia, e mantêm o líquido em um estado de menor energia. O calor da vaporização descreve quanta energia é necessária para separar essas ligações.
A água tem um alto calor de vaporização porque as ligações de hidrogênio se formam prontamente entre o oxigênio de uma molécula e os hidrogênios de outras moléculas. Estas ligações mantêm as moléculas juntas. Para que a água se vaporize, você deve aumentar a temperatura para que as moléculas se movam mais rapidamente. A um certo ponto, as moléculas começarão a separar-se do líquido e a vaporizar.
Os metais têm um calor de vaporização ainda maior. Muitos metais formam interações complexas com outros átomos de metal. Isto mantém as moléculas ainda mais unidas do que as moléculas de água. Como tal, o calor de vaporização dos metais é muito mais elevado do que o da água.