QUESTÃO 6 tensão superficial

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QUESTÃO 6 
Pela definição da pressão de vapor de saturação (eq. Clausius Clapeyron) as mudanças de fase não 
ocorrem em equilíbrio termodinâmico, mas sim na presença de uma barreira de energia livre muito 
forte. As gotas de água têm uma força de tensão superficial muito grande e para que elas se formem a 
partir da condensação do vapor, a tensão superficial deve exceder o forte gradiente de pressão de vapor 
A equação de Clausius-Clapeyron descreve a condição de equilíbrio para um sistema termodinâmico que 
consiste em água e vapor. A saturação é definida como a situação de equilíbrio no qual as taxas de 
evaporação e condensação são iguais. Entretanto, para gotas pequenas onde a barreira de energia livre 
é alta, a fase de transição não ocorre geralmente no equilíbrio de saturação da água. Em outras 
palavras, se uma amostra de ar úmido for esfriada adiabaticamente ao ponto de equilíbrio de saturação 
da água, não se deve esperar a formação de gotas. Na verdade, as gotas de água começam a condensar 
a partir do vapor de água pura somente quando a umidade relativa alcançar algumas centenas de por 
cento. 
Por causa da presença de partículas (aerossóis) de tamanho de sub-mícron e mícron que tem afinidade 
com a água e acabam servindo como centros de condensação. Estas partículas que tem afinidade com a 
água são chamadas de núcleos de condensação (CCN). Todos os processos onde a barreira de energia 
livre deve ser superada, tais como as transições do vapor para o líquido ou do líquido para o gelo, são 
definidas como processos de nucleação 
 
Sendo que existem dois processos de nucleação: -Homogêneo: Processo o qual as moléculas de água se 
aglutinam e formam gotas a partir do vapor em um ambiente puro (sem aerossóis). Este processo 
requer uma super-saturação extremamente alta. -Heterogêneo: Processo o qual as moléculas de água 
se aglutinam sobre núcleos de condensação e formam gotas de água. Este processo requer uma super-
saturação menor. 
Para a nucleação homogênea de água pura, a taxa de crescimento depende da pressão parcial do vapor 
d’água nas vizinhanças, porque isso determina a taxa a qual as moléculas de água se aglutinam na gota. 
O processo de diminuição, ou seja, a evaporação, depende basicamente da temperatura e a respectiva 
tensão superficial da gota. Sendo que neste caso, as moléculas água na superfície da gota devem ter 
energia suficientemente grande para exceder as forças que as aglutinam caso elas tendam a escapar 
(evaporar). Se o equilíbrio é estabelecido entre o liquido e o vapor, as taxas de condensação e 
evaporação são exatamente balanceadas e a pressão de vapor é igual ao do equilíbrio ou a da pressão 
de vapor de saturação. A pressão de vapor de equilíbrio sobre a superfície de uma gota depende 
essencialmente da sua curvatura. Sendo que quanto maior for a gotícula ou área superficial menor será 
a pressão de vapor necessária para condensar. 
Pela equação de Kelvin nota-se que a medida que o raio da gota diminui, a pressão de vapor necessária 
para o equilíbrio aumenta. A taxa de crescimento resultante de uma gota com raio “r” é proporcional à 
diferença entre a pressão de vapor do ambiente e pressão de vapor de saturação sobre a superfície de 
uma gota esférica de raio “r” , ou seja, e– es (r). Se e– es (r)<0 a gota diminui (evapora) se e– es (r) <0 a 
gota aumenta (condensa) 
Em nucleação homogênea as gotas são formadas a partir de colisões aleatórias das moléculas de água e 
ao atingirem o tamanho critico estas gotículas se tornam super-criticas: Logo se a gota aumenta de 
tamanho, a pressão de vapor sobre a gota, es (r), diminui e a taxa de crescimento, a qual é proporcional 
à e – es (r), aumenta. Logo, gotas super-críticas crescem espontaneamente