Influência da Pressão Externa sobre o Ponto de Ebulição

Todo mundo sabe que a água ferve sempre quando alcança a temperatura de 100°C, certo? Errado! Na verdade, parcialmente certo. Acontece que a temperatura de ebulição da água é influenciada pela pressão externa, ou seja, na altura do nível do mar ela ferve mesmo quando atinge 100°C, porém, em outras altitudes há uma variação na temperatura para mais ou para menos.

Isso quer dizer que na cidade de São Paulo (aproximadamente 800 m de altitude) a água vai ferver antes de atingir 100°C, e em Campos do Jordão (cerca de 1628 m) o líquido irá tornar-se gasoso a uma temperatura ainda menor. Já em lugares como a costa do Mar Morto, na Jordânia, que está a 424 metros abaixo do nível do mar, a água precisará de mais calor para evaporar, superando os 100°C.

Por que isso acontece?

Quando falamos de ponto de ebulição há 2 variáveis que sempre devem ser consideradas: altitude e pressão atmosférica, pois estão diretamente relacionadas. Quanto maior for a altitude em relação ao nível do mar, menor é a pressão atmosférica exercida sobre uma substância.

Para entender, é só pensar na quantidade de partículas atmosféricas que estão sobre a nossa cabeça quando estamos na praia, que é um local de altitude zero, e no Monte Everest, que é a maior montanha do mundo, com 8844 metros acima do nível do mar. Há muito mais massa exercendo pressão sobre quem está na altitude zero do que sobre quem está no alto da montanha. Em termos numéricos, a pressão no nível do mar é de 1atm ou 760 mmHg, enquanto no Everest é de apenas 240 mmHg.

Esta relação é muito importante para entender uma outra, que é a estabelecida entre a temperatura do ponto de ebulição e a pressão. Quanto maior for a pressão atmosférica exercida sobre uma substância, maior será a temperatura necessária para mudar de estado físico.

Para explicar vamos utilizar o exemplo da água, que por ser uma substância pura é mais simples. A água é formada por moléculas, assim como tudo o que existe. Quando essas moléculas são submetidas ao calor, por exemplo de uma chaleira no fogão, elas ganham energia cinética e começam a se movimentar mais rápido. Chega um momento no qual elas se agitam tão rapidamente, que as ligações entre algumas delas se rompem, e é o momento no qual a pressão das moléculas internas se iguala à pressão externa (atmosférica), atingindo a ebulição.

Quando a pressão atmosférica é maior, as moléculas da água sentem mais dificuldade para se movimentar e migrar do estado líquido para o estado gasoso. Já em lugares elevados, onde a pressão atmosférica é menor, as moléculas da água tem maior mobilidade, e antes do calor chegar a 100°C elas conseguem se soltar umas das outras, rompendo ligações e mudando de estado físico.

Com base nessas informações, é possível estabelecer algumas correlações:

(1) Quanto maior a pressão atmosférica, maior o ponto de ebulição, pois são diretamente proporcionais;

(2) Quanto maior for a altitude em relação ao nível do mar, menor será a pressão atmosférica;

(3) Quanto menor a altitude, maior a pressão atmosférica e maior o ponto de ebulição.

Estas afirmações funcionam para diversos líquidos e não apenas para a água. Porém, o que vai ser variável de uma substância para outra é a temperatura do ponto de ebulição, que enquanto para a água é de 100°C no nível do mar, para a acetona é 56,2°C, para o álcool é 78,5°C, e assim por diante.

Como a relação entre ponto de ebulição e pressão externa influencia nosso dia-a-dia?

Em termos práticos, como todas essas variáveis e correlações interferem no dia a dia das pessoas? O tempo de cozimento dos alimentos, por exemplo, é diretamente afetado. Um legume que leva 5 minutos para ficar cozido na cidade de Salvador, que está no nível do mar e a água atinge o ponto de ebulição a 100°C, precisará de mais tempo de cozimento para alcançar o mesmo ponto na Cidade do México, que está a 2240 metros acima do nível do mar. Na Cidade do México, a pressão atmosférica é de 525 mmHg e a água atinge ponto de ebulição a 90°C, portanto, como o alimento é submetido a menos calor, precisa de mais tempo de cozimento.

E a panela de pressão? Ela é um utensílio utilizado na culinária para acelerar o tempo de preparo dos alimentos e o mecanismo pelo qual é capaz de cumprir sua função é justamente fazer um bom uso da relação entre pressão atmosférica e ponto de ebulição. Um dos segredos está na vedação: após inserir água em temperatura ambiente junto com alimentos dentro da panela de pressão, ela é fechada de modo que não exista troca entre o ar interno e o ar externo.

Por causa dessa vedação, quando submetida ao calor, as moléculas da água começam a se agitar e o vapor de água não pode sair, acumulando-se dentro da panela sobre a massa de água. Como reflexo, o vapor aumenta a pressão interna para uma taxa superior a pressão externa fora da panela. Logo, como a pressão do ar interno é maior do que a pressão atmosférica, o ponto de ebulição da água se eleva, ou seja, o líquido precisa atingir temperaturas superiores a 100°C, chegando facilmente aos 120°C. Consequentemente, os alimentos são submetidos a temperaturas superiores de cozimento e ficam prontos mais rapidamente.