Cálculo da variação de energia para cientistas da área de alimentos

Vamos considerar a redução da pressão de vapor. Podemos calcular a variação de energia que acompanha uma variação de pressão utilizando a primeira lei da termodinâmica. Se designarmos o símbolo U para representar a energia em um sistema e calcularmos a variação de U que ocorre quando alteramos o volume, a pressão constante (supondo que não haja adição ou remoção de calor), podemos escrever

dU representa uma pequena variação na energia, e dV representa uma pequena variação no volume. A relação entre pressão e volume, conhecida como lei dos gases ideais, é

onde n é o número de moles do gás, R é uma constante, conhecida como constante dos gases (8,31 J/mol K), e T é a temperatura do gás em kelvins. Podemos derivar a lei dos gases ideais para obter dV

Combinando isso com a primeira lei, obtemos

Agora, a energia necessária para passar da pressão de vapor da água pura no copo, que chamamos de pressão de vapor de saturação ou p0, para a pressão de vapor da água na esponja é

A razão p /p0 é chamada de atividade da água (aw) quando nos referimos à água presente na esponja, nos alimentos ou em outros sólidos ou líquidos. Chamamos de umidade relativa quando a aplicamos à água no ar e, às vezes, multiplicamos por 100 para expressá-la em porcentagem. A razão U/n é a energia por mol de água e é chamada de potencial hídrico, com o símbolo Ψ. O potencial hídrico tem unidades de joules/mol. Com essa substituição, chegamos finalmente à equação que relaciona a energia da água na esponja e sua atividade de água

A equação significa que podemos expressar o estado energético da água em um produto tanto como potencial hídrico quanto como atividade da água. Alguns campos da ciência utilizam o potencial hídrico e outros, a atividade da água. Alguns também utilizam a depressão do ponto de congelamento ou a osmolalidade, mas todos esses são conceitos equivalentes. Cada um deles apresenta vantagens e desvantagens, mas o importante é compreender que todos são medidas do estado energético da água e possuem uma sólida base teórica. A atividade da água é a medida mais amplamente utilizada na ciência e na engenharia de alimentos, com medidores de atividade da água precisos.

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