A evaporação é um fenômeno no qual átomos ou
moléculas no estado líquido (ou sólido, se a
substância sublima) ganham energia suficiente
para passar ao estado gasoso.
O movimento térmico de uma molécula de líquido
deve ser suficiente para vencer a tensão
superficial e evaporar, isto é, sua energia
cinética deve exceder o trabalho de coesão
aplicado pela tensão superficial à superfície do
líquido.
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Por isso, a
evaporação acontece mais rapidamente a
altas temperaturas, a altas vazões entre
as fases líquida e vapor e em líquidos
com baixas tensões superficiais (isto é,
com pressões de vapor mais elevadas). |
Como apenas uma proporção pequena de moléculas
está localizada perto da superfície e movendo-se
na direção correta para escapar do líquido em um
certo instante, a taxa de evaporação é limitada.
Além disso, como as moléculas de maior energia
escapam e as que ficam têm menor energia
cinética média, a temperatura do líquido
diminui.
Este fenômeno também é chamado de resfriamento
evaporativo. Um exemplo para tal fenômeno é a
transpiração (suor).
A evaporação promove resfriamento porque consome
calor sensível e o transforma em calor latente,
consumindo, no caso da água, cerca de 600
calorias por grama (600 Kilocalorias por quilo)
de água evaporada (inversamente, durante a
condensação da água, ocorre a recuperação do
calor sensível - também 600 calorias por grama).
Equilíbrio evaporativo
Se a evaporação ocorrer em um recipiente
fechado, as moléculas que escapam do líquido
acumulam-se na forma de vapor acima do líquido.
Muitas dessas moléculas, aliás, retornam ao
líquido. Quando o processo de escape e retorno
alcança um equilíbrio, o vapor é chamado de
saturado, e não ocorrem mudanças adicionais na
pressão de vapor ou na temperatura do líquido.
É um erro dizer que somente existe vapor de água
a 100 °C a 1 atm. As moléculas de água estão em
um estado constante de evaporação e condensação
perto da superfície da água líquida. Se uma
molécula na superfície da água recebe energia
suficiente, ela deixará o líquido, com formação
de vapor a uma certa pressão. A uma pressão de
vapor de 1 atm, a água acaba fervendo, e isto
ocorre a 100 °C.
A razão entre a perda de calor de uma superfície
de água por evaporação e a perda de calor devido
à convecção, independente da velocidade do
vento, é dada por:
{Q_{c,pa} \over Q_e} = {0.46(T_p -T_a) \over
P_{wp} - P_a}{p \over 760} onde Q_{c,pa} é a
perda de calor de uma superfície de água por
convecção em W/(m²•K), Q_e é a perda de calor de
uma superfície de água por evaporação em
W/(m²•K), T_p e T_a são as temperaturas da água
e do ar em Kelvin (ou Celsius) e P_{wp} e P_a
são as pressões do vapor da superfície da água e
do ar e p é a pressão barométrica, com todas
pressões em mmHg (Bowen, 1926).
Fatores que afetam a taxa de evaporação[editar
código-fonte]
A concentração da substância evaporante no ar.
Se o ar contiver uma alta concentração da
substância que evapora, então tal substância
evaporará mais devagar.
A concentração de outras substâncias no ar. Se o
ar já estiver saturado com outras substâncias,
poderá ter uma capacidade menor para a
substância que evapora.
Temperatura. Se a substância estiver quente, a
evaporação será rápida.
Vazão de ar
Isto está em parte relacionado com o tópico da
concentração citado anteriormente. Se existe ar
fresco passando pela substância o tempo todo,
então é mais provável que sua concentração não
aumente, o que favorece uma evaporação mais
rápida. Além disso, moléculas em movimento têm
mais energia cinética do que aquelas em repouso;
por isso, quanto mais forte o fluxo de ar, maior
é o potencial para evaporação.
Forças intermoleculares. Quanto maiores as
forças intermoleculares dentro do líquido ou
sólido, mais energia será necessária para fazer
suas moléculas evaporarem.
Aplicações da evaporação
É um processo usado na separação de misturas, no
qual uma mistura é aquecida de forma a promover
a evaporação do componente mais volátil (por
exemplo, água) e deixar sobrar o componente
menos volátil.
Deposição de filmes
A evaporação é um método comum de deposição de
filmes finos, usada na indústria. A deposição
evaporativa é um processo geralmente mais lento
e, por isso, mais caro do que o método por
impacto de íons.
Contudo, substratos plásticos geralmente não
podem tolerar o bombardeio com átomos
energeticamente neutros que inevitavelmente
surgem em uma câmara de sputtering.
Para algumas aplicações, o fato de a deposição
evaporativa ocorrer de modo diretamente visual
(line-of-sight fashion, em inglês) é uma
vantagem importante.
A distribuição de energia do material evaporado
aproxima-se a uma distribuição maxwelliana, com
a temperatura da fonte de evaporação. Em
contraste, os encontrados nos sistemas de
sputtering estão longe do equilíbrio térmico e
podem ter a distribuição desviada para o lado de
maior energia, ou seja, têm partículas com
velocidades aleatórias maiores.
Por isso, a evaporação é um processo mais suave,
com um feixe mais bem definido de matéria-prima
que pode ser usado para revestir apenas um lado
de um substrato ou até mesmo o lado
característico de superfícies gravadas, como no
processamento MEMS.
Os três principais tipos de evaporação são
térmica, por feixe de elétrons e resistiva. No
método térmico, o cadinho que retém a
matéria-prima é aquecido por irradiação por um
filamento que o envolve.
No método por feixe de elétrons, a corrente que
aquece o cadinho é proveniente de um filamento e
atraído ao cadinho por alta voltagem. A
evaporação resistiva é feita pela passagem de
uma grande corrente através de um fio ou lâmina
do material a ser depositado.
Referencia:
Wikipedia
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