Humidade Relativa

Quanta humidade pode o ar “aguentar”?

Odas as afirmações sobre humidade relativa que tenho ouvido nas conversas do dia-a-dia, a acima referida é provavelmente a mais comum. Pode representar a compreensão do fenómeno, e tem alguma utilidade de senso comum, mas pode representar uma completa incompreensão do que está a acontecer fisicamente. O ar não “segura” o vapor de água no sentido de ter alguma força atractiva ou de captar influência. As moléculas de água são na realidade mais leves e mais rápidas do que as moléculas de azoto e oxigénio que constituem a maior parte do ar, e certamente não se agarram a elas e não são de modo algum detidas por elas. Se examinarmos a energia térmica das moléculas no ar à temperatura ambiente de 20°C, verificamos que a velocidade média de uma molécula de água no ar é superior a 600 m/s ou mais de 1400 milhas/hora! Não vai “segurar” essa molécula!

p> Outra perspectiva possivelmente útil seria considerar o espaço entre moléculas do ar em condições atmosféricas normais. A partir do conhecimento das massas atómicas e densidades de gás e da modelação do percurso médio livre das moléculas de gás, podemos concluir que a separação entre moléculas de ar à pressão atmosférica e 20°C é cerca de 10 vezes o seu diâmetro. Viajam normalmente na ordem de 30 vezes essa separação entre colisões. Assim, as moléculas de água no ar têm muito espaço para se moverem e não são “retidas” pelas moléculas de ar.

Quando se diz que o ar pode “reter” uma certa quantidade de vapor de água, o facto que está a ser abordado é que uma certa quantidade de vapor de água pode ser residente no ar como um constituinte do ar. As moléculas de água de alta velocidade actuam, a uma boa aproximação, como partículas de um gás ideal. A uma pressão atmosférica de 760 mm Hg, pode-se expressar a quantidade de água no ar em termos de uma pressão parcial em mm Hg, que representa a pressão de vapor contribuída pelas moléculas de água. Por exemplo a 20°C, a pressão do vapor de saturação para o vapor de água é de 17,54 mm Hg, portanto, se o ar estiver saturado com vapor de água, os constituintes atmosféricos dominantes azoto e oxigénio estão a contribuir com a maior parte dos outros 742 mm Hg da pressão atmosférica.

Mas o vapor de água é um tipo muito diferente de constituinte do ar do que o oxigénio e o azoto. O oxigénio e o azoto são sempre gases à temperatura da Terra, com pontos de ebulição de 90K e 77K, respectivamente. Na prática, actuam sempre como gases ideais. Mas a água extraordinária tem um ponto de ebulição de 100°C= 373,15K e pode existir em fases sólidas, líquidas e gasosas na Terra. Está sempre, essencialmente, num processo de troca dinâmica de moléculas entre estas fases. No ar a 20°C, se a pressão do vapor tiver atingido 17,54 mm Hg, então tantas moléculas de água estão a entrar na fase líquida como a escapar para a fase gasosa, por isso dizemos que o vapor está “saturado”. Não tem nada a ver com o ar “segurar” as moléculas, mas o uso comum sugere frequentemente que. À medida que o ar se aproxima da saturação, dizemos que nos estamos a aproximar do “ponto de orvalho”. As moléculas de água são polares e exibirão alguma força de atracção da rede umas sobre as outras e, portanto, começam a afastar-se do comportamento ideal do gás. Ao recolherem juntas e entrarem no estado líquido podem formar gotas na atmosfera para fazer nuvens, ou perto da superfície para formar nevoeiro, ou em superfícies para formar orvalho.

Outra abordagem que pode ajudar a esclarecer o ponto de que o ar não “segura” realmente a água é notar que a humidade relativa não tem realmente nada a ver com as moléculas do ar (i.e., N2 e O2). Se um frasco fechado a 20°C tivesse água líquida mas não tivesse ar, alcançaria o equilíbrio à pressão de vapor saturado de 17,54 mm Hg. Nesse ponto, teria uma densidade de vapor de 17,3 gm/m3 de vapor de água puro na fase gasosa acima da superfície da água. Mas se tivesse acabado de retirar o ar e selado o recipiente com água líquida, poderia ter uma situação em que apenas 8,65 gm/m3 residisse na fase de gás naquele momento específico. Diríamos que a humidade relativa no frasco é 50% nesse momento, porque a densidade do vapor de água residente é metade da sua densidade de saturação. Isso é exactamente o mesmo que diremos se o ar estivesse presente – 8,65 gm/m3 de vapor de água no ar a 20°C representa 50% de humidade relativa. Nestas condições, as moléculas de água estariam a evaporar da superfície para a fase gasosa mais rapidamente do que estariam a entrar na superfície da água, pelo que a pressão do vapor de água acima da superfície estaria a subir em direcção à pressão do vapor de saturação.