Vazio

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O vazio (do latín vacīvus) é a ausência total de matéria em um determinado espaço ou lugar, ou a falta de conteúdo no interior de um recipiente. Por extensão, denomina-se também vazio à condição de uma região onde a densidade de partículas é muito baixa, como por exemplo o espaço interestelar; ou a de uma cavidade fechada onde a pressão de ar ou outros gases é menor que a atmosférica.

Pode existir naturalmente ou ser provocado em forma artificial, já seja para usos tecnológicos ou cientistas, ou na vida diária. Aproveita-lho em diversas indústrias, como a alimentária, a automobilística ou a farmacêutica.

Definições

Em física costuma-se denominar vazio ao espaço ultra alto vazio onde há pouca energia. O espaço ultra alto vazio surge como consequência da transformação desta energia, composta por padrões de ondas superpostas e entrelazadas entre si, que experimentam um impulso de repulsión; se não conseguem libertar dessa sobreposição se deve ao empurre das unidades adjacentes.

De acordo com a definição da Sociedade Americana de Vazio ou AVS (1958), o termo refere-se a verdadeiro espaço cheio com gases a uma pressão total menor que a pressão atmosférica, pelo que o grau de vazio se incrementa em relação directa com a diminuição de pressão do gás residual. Isto significa que quanto mais diminuamos a pressão, maior vazio obteremos, o que nos permite classificar o grau de vazio em correspondência com intervalos de pressões a cada vez menores. A cada intervalo tem características próprias.

Há diferentes classes de vazio: grosso ou primário, médio, alto e ultra alto, e na cada caso, a pressão é a cada vez menor (ou o vazio é a cada vez mais alto). A cada regime de vazio tem um comportamento diferente, e sobretudo, um verdadeiro tipo de aplicações, que são as que fazem do vazio algo tão importante.

As bombillas contêm um vazio parcial, geralmente recheado com argón, que protege o filamento de tungsteno em frente à combustão.

Medida do vazio

A pressão atmosférica é a que exerce a atmosfera ou ar sobre a Terra. A temperatura ambiente e pressão atmosférica normal, um metro cúbico de ar contém aproximadamente 2 × 10²⁵ moléculas em movimento a uma velocidade média de 1600 quilómetros por hora. Uma maneira de medir a pressão atmosférica é com um barómetro de mercurio; seu valor expressa-se em termos da altura da coluna de mercurio de secção transversal unitária e 760 mm de alto. Com base em isto, dizemos que uma atmosfera regular tanto faz a 760 mm Hg. Utilizaremos por conveniencia a unidade torricelli (símbolo, Torr) como medida de pressão; 1 Torr = 1 mm Hg, pelo que 1 atm = 760 Torr; portanto 1 Torr = 1/760 de uma atmosfera regular, ou seja 1 Torr =1,136 × 10^–3 atm.

Medida de baixas pressões. Pirani construiu o primeiro aparelho capaz de medir pressões muito pequenas, menores de 10^–5 Torr; está baseado em que a conductividad térmica de um gás submetido a pressões inferiores à décima de Torr é uma função linear da pressão. Dispõe-se então um filamento metálico quente em uma ampolla de vidro, unida à bomba de vazio. A velocidade com que o calor passa do filamento às paredes da ampolla determina a temperatura do filamento e, por tanto, sua resistência eléctrica, que é, em definitiva, a magnitude física que se mede e que fornece o valor da pressão.

Medidas de ionización. Têm o mesmo fundamento que as bombas de ionización, até o ponto que estas podem se considerar como uma consequência daquelas. Quando se trata de medir pressões de vazio muito baixas, se utilizam as variantes propostas por Bayard-Alpert daqueles aparelhos capazes de fornecer com grande exactidão pressiones de até 10^–12 Torr.

O ar está composto por vários gases; os mais importantes são o nitrógeno e o oxigénio, mas também contém em menores concentrações gases como dióxido de carbono, argón, neón, helio, criptón, xenón, hidrógeno, metano, óxido nitroso e vapor de água.

Aplicações das técnicas de vazio

História

Barómetro de mercurio de Torricelli, que produziu o primeiro vazio em um laboratório.

Durante toda a Antigüedad e até o Renacimiento se desconhecia a existência da pressão atmosférica. Não podiam por tanto dar uma explicação dos fenómenos devidos ao vazio. Na Grécia enfrentaram-se por isso duas teorias. Para Epicuro e sobretudo Demócrito (420 a. C.) e sua escola, a matéria não era um todo contínuo senão que estava composta por pequenas partículas indivisibles (átomos) que se moviam em um espaço vazio e que com seu diferente ordenamento davam lugar aos diferentes estados físicos. Pelo contrário, Aristóteles excluía a noção de vazio e para justificar os fenómenos que sua própria Física não podia explicar recorria ao célebre brocardo segundo o qual "a Natureza sente horror ao vazio" (teoria que resultou dominante durante a Idade Média e até a descoberta da pressão).

Este termo de horror vacui" foi o utilizado inclusive pelo próprio Galileo a começos do século XVII ao não poder explicar ante seus discípulos o facto de que uma coluna de água em um cano fechado por seu extremo não se desprenda, se o cano tem sido investido estando submerso o extremo livre do mesmo dentro de água. No entanto, soube transmitir a seus discípulos a inquietude por explicar o facto anterior e sócio a ele, porque as bombas aspirantes-impelentes (inventadas por Ctesilio, contemporâneo de Arquímedes) não podiam fazer subir a água dos poços a uma altura superior aos 10 m.

Foi até mediados do século XVII quando o italiano Gasparo Berti realizou o primeiro experimento com o vazio (1640). Motivado por um interesse em desenhar um experimento para o estudo dos sifones, Berti pretendia aclarar o fenómeno como uma manifestação de diferença de pressão de ar na atmosfera. Criou o que constitui, primordialmente, um barómetro de água, o qual resultou capaz de produzir vazio.

Ao analisar o relatório experimental de Berti, Evangelista Torricelli captou com clareza o conceito de pressão de ar, pelo que desenhou, em 1644, um dispositivo para demonstrar as mudanças de pressão no ar. Construiu um barómetro que em lugar de água empregava mercurio, e desta maneira, sem lho propor, comprovou a existência do vazio.

O barómetro de Torricelli constava de um recipiente e um cano cheio de mercurio (Hg) fechado em um de seus extremos. Ao investir o cano dentro do recipiente formava-se vazio na parte superior do cano. Isto era algo difícil de entender em sua época, pelo que se tentou o explicar dizendo que essa região do cano continha vapor de mercurio, argumento pouco aceitável já que o nível de mercurio no cano era independente do volume do mesmo utilizado no experimento.

A aceitação do conceito de vazio deu-se quando em 1648, Blaise Pascal subiu um barómetro com 4 kg de mercurio a uma montanha a 1000 metros sobre o nível do mar. Surpreendentemente, quando o barómetro estava na cume, o nível da coluna de Hg no cano era muito menor que ao pé da montanha. Torricelli assegurava a existência da pressão de ar e dizia que devido a ela o nível de Hg no recipiente não descia, o qual fazia que o tamanho da coluna de mercurio permanecesse constante dentro do cano. Por conseguinte, ao diminuir a pressão do ar na cume da montanha, o nível de Hg no recipiente subiu e na coluna dentro do cano baixou imediatamente (esvaziou-se de maneira parcial).

O passo final que deu Torricelli foi a construção de um barómetro de mercurio que continha na parte vazia do cano outro barómetro para medir a pressão de ar nessa região. Fizeram-se muitas medidas e o resultado foi que não tinha uma coluna de Hg no cano do barómetro pequeno porque não se tinha pressão de ar. Isto aclarou que não existia vapor de mercurio na parte vazia do cano. Assim, se pôs em evidência a pressão do ar e, o mais importante, a produção e existência do vazio.

Então, após vários experimentos pode-se explicar bem o funcionamento do barómetro de Torricelli: a atmosfera exerce uma pressão, o qual impede que o mercurio saia do cano e do recipiente; isto é, quando a pressão atmosférica se iguale à pressão exercida pela coluna de mercurio, o mercurio não poderá sair do cano. Quando o ar pesa mais, suporta uma coluna maior de mercurio; e quando pesa menos, não é capaz de resistir a mesma coluna de mercurio, de modo que se escapa um pouco de mercurio do cano.

Veja-se também

• Caminho livre médio
• Criação de pares
• Energia do ponto zero
• Energia do vazio
• Vazio cuántico
• Válvula termoiónica

Referências

• Laura, Talavera; Mario Farías (1990). O Vazio e suas Aplicações, México: A ciência para todos. ISBN 978-968-16-7032-0.

• Albert Beiras (2008). Biografia do Vazio. Sua história filosófica e cientista desde a Antigüedad à Idade Moderna, 4a ed. edição, Barcelona. Editorial Sunya. ISBN 978-846-1239-252.

Enlaces externos

• O site do vaziockb:واڵایی

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