Ebulição

A ebulição é uma modalidade de vaporização, ou seja, uma mudança entre o estado líquido e o estado gasoso, que ocorre em temperatura e sob pressão específicas. Pode ser entendida, mais simplesmente, como a temperatura em que o líquido ferve sob pressão atmosférica.

A ebulição se inicia quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica. Nesse momento, diferentemente da evaporação, todo líquido é vaporizado, o que é marcado pela formação de bolhas. O ponto de ebulição é diretamente proporcional, portanto, às forças de interação e à pressão atmosférica. Por isso, no Monte Everest, onde a pressão atmosférica é menor, a temperatura de ebulição dos líquidos também é menor.

Leia também: O que é a evapotranspiração?

Resumo sobre ebulição

• A ebulição é uma modalidade de vaporização, uma mudança entre o estado líquido e o estado gasoso.
• A ebulição, no entanto, ocorre em temperatura e sob pressão específicas e em toda extensão do líquido, diferentemente da evaporação.
• A ebulição se inicia quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica.
• Quanto mais forte as forças de interação entre as partículas do líquido, menor será a pressão de vapor e, portanto, maior será o ponto de ebulição.
• A pressão atmosférica influencia diretamente no ponto de ebulição, de modo que quanto menor for a pressão atmosférica, menor será o ponto de ebulição.

O que é ebulição?

A ebulição é uma modalidade de vaporização, assim sendo, configura como uma agem de uma substância da fase líquida para a fase gasosa, porém com a diferença de ser em uma temperatura e sob pressão específicas. No nosso dia a dia, a ebulição pode ser entendida como a temperatura em que o líquido ferve sob a pressão atmosférica em que estamos inseridos (cerca de 1 atm).

Como acontece a ebulição?

A ebulição se inicia na temperatura em que a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica. Nesse ponto, o líquido é vaporizado por completo (e não apenas na sua superfície, como na evaporação). Vale ainda dizer que, nesse momento, o vapor formado é capaz de afastar a atmosfera e criar um espaço para si, e, dessa forma, bolhas de vapor podem se formar no líquido, as quais são rapidamente carregadas até a superfície.

Vale lembrar que a pressão de vapor faz referência à pressão exercida pela fase vapor sobre a superfície do líquido. Quando um líquido é colocado em um sistema fechado, algumas moléculas da superfície conseguem, diante da energia térmica ali presente, romper as suas interações intermoleculares e se desprenderem da massa líquida, formando uma camada de vapor que, por ter massa, exerce pressão sobre a superfície do líquido.

Após um tempo, o vapor e a fase condensada (líquido) entram em equilíbrio dinâmico, de modo que a velocidade de vaporização é igual à velocidade de condensação e, assim, mantém a pressão de vapor constante.

Obviamente, quanto maior a temperatura, maior a quantidade de energia térmica disponível e, assim, mais moléculas conseguem superar as forças de interação. Consequentemente, o equilíbrio dinâmico é deslocado em favorecimento ao processo de vaporização. Por isso, a pressão de vapor é diretamente proporcional à temperatura. Porém, no momento que essa pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, o líquido começa a ferver e ser vaporizado em toda sua extensão, iniciando-se a ebulição.

Substâncias diferentes formam líquidos com forças de interação diferentes, por conta disso, em uma mesma temperatura, a pressão de vapor é diferente para substâncias distintas. Por isso existem substâncias com pontos de ebulição diferentes, pois suas respectivas pressões de vapor podem igualar a pressão atmosférica em uma menor ou maior temperatura.

Substâncias que têm maior pressão de vapor, portanto, têm interações mais fracas entre suas partículas e são chamadas de voláteis. Já substâncias que apresentam baixa pressão de vapor indicam que sua temperatura de ebulição será alta, visto que as partículas apresentam alta força de interação.

A forma como a ebulição ocorre também mostra que ela irá se alterar de acordo com a pressão do ambiente. Por exemplo, no nível do mar, em que a pressão atmosférica é de 1 atm, o ponto de ebulição da água é de 100 °C. No alto do Monte Everest (8848 m de altitude), a pressão atmosférica é de apenas 0,33 atm e, por conta disso, o ponto de ebulição da água é na faixa dos 70 °C.

O que é ponto de ebulição?

De forma estrita, o ponto de ebulição é a temperatura em que a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, promovendo a vaporização completa do líquido. Ao se atingir o ponto de ebulição, a temperatura permanece constante (no caso de uma substância pura) e toda energia térmica adicional é absorvida como calor latente, a fim de transformar o líquido em gás.

A água, por exemplo, sob pressão de 1 atmosfera, tem um ponto de ebulição de 100 °C.

Tabela de ponto de ebulição

A seguir, alguns valores de ponto de ebulição de algumas substâncias sob pressão de 1 atmosfera.

Ponto de fusão x ponto de ebulição

A fusão faz referência ao processo de mudança do estado sólido para o estado líquido, enquanto a ebulição faz referência ao processo de mudança do estado líquido para o estado gasoso.

Enquanto o ponto de ebulição é a temperatura em que a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, promovendo a vaporização completa do líquido, o ponto de fusão é a temperatura em que as interações entre as partículas do sólido se rompem, fazendo com que elas transicionem para o estado líquido.

Durante a fusão de substâncias puras, assim como na ebulição, a temperatura não se altera e o excesso de energia térmica é absorvido como calor latente. Na fusão ocorre o equilíbrio entre a fase sólida e a fase líquida e, portanto, entende-se que, enquanto houver qualquer resquício de substância sólida em contato com a substância líquida, o processo de fusão ainda não se encerrou.

Ebulição e evaporação

Embora ambas sejam modalidades de vaporização, a ebulição difere da evaporação em pontos básicos. Dentre essas diferenças, podemos elencar:

• A evaporação ocorre apenas na superfície do líquido, enquanto a ebulição ocorre em toda extensão líquida.
• A evaporação não tem uma temperatura específica para se iniciar, pois começa a partir do momento que o líquido é formado, enquanto a ebulição tem um ponto específico de início.
• A temperatura de uma substância pura pode se alterar durante um processo de evaporação, enquanto durante a ebulição, não.
• A evaporação é um processo bem mais lento que a ebulição.

Diante disso, alguns autores, inclusive, gostam de reforçar que a evaporação é uma agem para o estado gasoso, que ocorre abaixo do ponto de ebulição do líquido.

Para saber mais detalhes sobre a evaporação, clique aqui.

Mudanças de estado físico da matéria

A ebulição é uma forma de vaporização que configura um processo de mudança de estado físico da matéria. A matéria pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso. A depender das condições de pressão e temperatura, a matéria pode transicionar entre esses estados. Durante essas mudanças de fase, pode ocorrer tanto absorção de energia térmica, quanto liberação dela.

As substâncias puras, durante as mudanças de estado físico, mantêm a sua temperatura constante.

São mudanças de estado físico:

• Fusão: agem do estado sólido para o estado líquido. É um processo endotérmico.
• Vaporização: agem do estado líquido para o estado gasoso. É um processo endotérmico.
• Solidificação: agem do estado líquido para o estado sólido. É um processo exotérmico.
• Condensação/Liquefação: agem do estado gasoso para o estado líquido. É um processo exotérmico.
• Sublimação: agem do estado sólido diretamente para o estado gasoso, ou do estado gasoso diretamente para o estado sólido. Pode ser um processo endotérmico (sólido para gás) ou exotérmico (gás para sólido).

Exercícios resolvidos sobre ebulição

Questão 1

(Facisb) A pressão máxima de vapor de um líquido é uma propriedade específica relacionada com os processos de evaporação e ebulição das substâncias. O gráfico mostra as curvas de pressão de vapor dos compostos etoxietano, benzeno e água, expressas em pascal, Pa, sendo 1 atm ≈ 100000 Pa, em função da temperatura.

De acordo com o gráfico,

A) o benzeno é mais volátil do que o etoxietano.

B) a temperatura máxima de ebulição do etoxietano é de 36 °C.

C) as interações intermoleculares na água líquida são mais fracas do que as interações intermoleculares no benzeno líquido.

D) o benzeno ferve em 35 °C sob pressão de 20000 Pa.

E) a água ferve em 100 °C sob qualquer pressão.

Resolução:

Alternativa D.

Cada curva mostra as diversas temperaturas de ebulição das substâncias em função da pressão de vapor. Assim, para uma pressão específica, o ponto da curva indica a temperatura de ebulição da substância. Pelo gráfico, percebe-se que, na pressão de 20.000 Pa (20 x 10³ Pa), a temperatura de ebulição do benzeno é de 35 °C.

Questão 2

(PUC) Para vaporizar um líquido, as forças intermoleculares que mantêm as moléculas unidas devem ser superadas. Quanto mais fortes essas forças, mais energia e uma temperatura mais alta são necessárias, levando a um ponto de ebulição mais alto. Considere os seguintes compostos orgânicos:

Se colocarmos os compostos em ordem crescente de ponto de ebulição, teremos:

A) Butano, propanal e propanol.

B) Butano, propanol e propanal.

C) Propanal, propanol e butano.

D) Propanol, propanal e butano.

Resolução:

Alternativa A

Os pontos de ebulição são diretamente proporcionais às forças de interação intermolecular, pois, quanto maior a interação intermolecular, menor a pressão de vapor e, por conseguinte, maior a temperatura necessária para que a pressão de vapor se iguale à pressão atmosférica.

Assim sendo, podemos citar as seguintes interações intermoleculares para cada composto: propanol realiza ligação de hidrogênio; butano realiza interações do tipo dipolo induzido-dipolo induzido; propanal realiza interações do tipo dipolo-dipolo.

Dessa forma, a intereção mais fraca apresentada é a dipolo induzido-dipolo induzido (butano), seguida pela dipolo-dipolo (propanal) e, por fim, a mais forte, a ligação de hidrogênio (propanol).

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.