Questão 58 do ENEM 2010 — Ciências da Natureza

Para compreendermos o que aconteceu no experimento do garoto, precisamos primeiro entender o que realmente significa o processo de ebulição (o ato de ferver).

A ebulição de um líquido ocorre quando a sua pressão de vapor se iguala à pressão externa exercida sobre ele. A pressão de vapor é, de forma simplificada, a "força" que as moléculas do líquido fazem para escapar para o estado gasoso, e ela aumenta conforme aumentamos a temperatura. Por outro lado, a pressão externa (como a pressão atmosférica) atua como uma "tampa", dificultando a fuga dessas moléculas.

Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de $1\text{ atm}$. Para que a pressão de vapor da água consiga se igualar a essa pressão externa, precisamos aquecê-la até $100\ ^\circ\text{C}$. Essa é a temperatura de ebulição da água sob pressão normal.

No entanto, se alterarmos a pressão externa, a temperatura necessária para a água ferver também muda:

• Se a pressão externa aumenta (como dentro de uma panela de pressão), fica mais difícil para as moléculas escaparem, e a água precisa atingir temperaturas maiores que $100\ ^\circ\text{C}$ para ferver.
• Se a pressão externa diminui (como no topo de uma montanha muito alta), fica mais fácil para as moléculas escaparem, e a água ferve a temperaturas menores que $100\ ^\circ\text{C}$.

Agora, vamos analisar o que acontece dentro da seringa. O garoto aspirou água que havia acabado de ferver (portanto, a uma temperatura muito próxima de $100\ ^\circ\text{C}$) e tampou a extremidade. Após alguns instantes, a água perdeu um pouco de calor para o ambiente e parou de ferver, digamos que sua temperatura tenha caído para $98\ ^\circ\text{C}$.

Quando ele puxa o êmbolo, o volume interno da seringa aumenta. Como a seringa está tampada e a quantidade de ar/vapor lá dentro não muda, esse aumento de volume provoca uma queda drástica na pressão interna.

Com a pressão interna muito menor, a temperatura de ebulição da água também cai consideravelmente. O novo ponto de ebulição pode passar a ser, por exemplo, $90\ ^\circ\text{C}$. Como a água dentro da seringa ainda estava a $98\ ^\circ\text{C}$, ela subitamente se encontra em uma temperatura acima do seu novo ponto de ebulição. O resultado? A água volta a ferver vigorosamente, mesmo sem receber nenhum calor do fogão!

Analisando as alternativas com base nesse raciocínio:

• A alternativa A está incorreta porque o processo é rápido demais para haver uma troca de calor significativa com o ambiente.
• A alternativa B está incorreta porque o calor gerado pelo atrito do êmbolo é desprezível.
• A alternativa C está incorreta porque o aumento de volume diminui a pressão, o que diminui (e não aumenta) o ponto de ebulição.
• A alternativa E está incorreta porque a densidade não é o fator responsável por induzir a ebulição nesse caso.

Portanto, a alternativa correta é a D, que descreve perfeitamente a relação termodinâmica entre a queda de pressão e a diminuição do ponto de ebulição.