Um facto comumente repetido diz que se você tiver uma xícara de água quente e uma xícara de água fria, e colocar as duas no freezer, a xícara de água quente irá congelar primeiro. Existe alguma verdade nessa afirmação aparentemente contra-intuitiva? A água fervente realmente congela mais rápido do que a água fria?
Para a resposta curta e rápida, pule para o final deste artigo.
Tudo depende
A resposta é… depende. Se você tiver duas xícaras de água quimicamente idênticas, a mais fria vai congelar primeiro porque chegará ao ponto de congelamento mais cedo. No entanto, a resposta é um pouco mais complicada do que isso, porque apenas o ato de aquecer a água alterará quimicamente o conteúdo da amostra. Como as duas amostras não são mais as mesmas, ambas terão pontos de congelamento diferentes.
Isso é semelhante a como a adição de sal às estradas os manterá livres de gelo e por que a água doce congela mais rapidamente que a água do mar – a adição ou subtração de minerais, produtos químicos e outros contaminantes pode diminuir ou aumentar a depressão do ponto de congelamento.
Depressão do ponto de congelamento
A depressão do ponto de congelamento é o ato de adicionar um soluto a um solvente para diminuir seu ponto de congelamento. É um fenômeno que usamos o tempo todo. Um exemplo comum é no radiador de um automóvel. A água dentro do radiador é usada para manter o motor do automóvel frio, mas o que devemos fazer no inverno, quando a água quase certamente congela em um bloco sólido de gelo? Acrescentamos anticongelante (geralmente glicol), que reduz a depressão do ponto de congelamento da água e impede que ele congele no auge do inverno.
Até os animais fazem uso da depressão do ponto de congelamento. O Spring Peeper Frog pode sobreviver em temperaturas abaixo de zero graças às enormes quantidades de glicose que o sapo libera em sua corrente sanguínea quando detecta temperaturas congelantes. Com a glicose extra no sangue do sapo, o ponto de congelamento é significativamente menor do que a água, o que lhe permite sobreviver ao inverno rigoroso. Várias espécies de peixes do Ártico também utilizam esse fenômeno.
A mesma coisa pode acontecer quando a água é fervida ou aquecida. O carbonato de magnésio e o carbonato de cálcio precipitam para fora da água e o oxigênio livre escapará. Devido à remoção desses componentes, o ponto de congelamento da água é elevado. Este efeito é ainda mais pronunciado se começar com água dura (água com alto conteúdo mineral).
Ao tentar congelar a água quente, os primeiros cristais de gelo que começam a formar excluem os solutos que causam o aumento da concentração de íons do líquido restante, levando a uma depressão do ponto de congelamento ainda maior para a água restante (se os íons estivessem presentes na amostra). A água mais fria pode começar a mostrar sinais de congelamento mais rápido, mas no final, a água quente irá congelar todo o caminho primeiro. Tenha em mente que a água destilada ou a água que foi filtrada com osmose reversa não sofrerá esse efeito, graças à falta de solutos e contaminantes.
Quando a água quente vence a corrida e congela completamente antes de uma amostra similar de água fria, isso é chamado de efeito Mpemba .
O Efeito Mpemba
O efeito é nomeado após o tanzaniano Erasto Mpemba, que descreveu o fenômeno incomum em 1963, depois de perceber que sua mistura de sorvete mais quente estava congelando antes do lote mais frio. Alguns anos mais tarde, durante uma palestra, o Sr. Mpemba perguntou ao conferencista: “ Se você tem dois recipientes semelhantes com volumes iguais de água, um a 95 ° F e outro a 212 ° F, e os coloca em um freezer, o Um mais quente congela primeiro. Por que isso acontece? ”
Em vez de obter uma resposta ou explicação, ele foi ridicularizado por seus colegas e professores. O palestrante (Denis G. Osborne) decidiu realizar um experimento para testar a afirmação de Mpemba e eventualmente confirmou as observações de Mpemba. Mpemba e Osborne publicaram suas descobertas em 1969.
A resposta curta
A resposta curta é que a água quente congelará primeiro se a amostra de água fria tiver solutos (contaminantes ou oligoelementos). Os solutos aumentam a depressão do ponto de congelamento, o que significa que a água levará mais tempo para congelar. O ato de aquecer ou ferver a água remove muitos desses solutos e contamina e diminui o ponto de congelamento, fazendo com que a água quente congele primeiro.
Referências:
Kell, GS (1969). ” O congelamento da água quente e fria “. Sou. J. Phys. 37 (5): 564–565.
Auerbach, David (1995). “ Super refrigeração e efeito Mpemba: quando a água quente congela mais rápido que o frio ”. American Journal of Physics 63 (10): 882-885. (PDF)
