É bom saber que neste mundo em constante mudança, há algumas coisas em que podemos confiar … como as leis da termodinâmica! Sólidos, líquidos e gases mudam de fase a temperaturas e pressões previsíveis, certo? Bem, não é bem assim … existem alguns fenômenos que podem testar esse campo aparentemente infalível da ciência e suas leis fundamentais – o efeito Leidenfrost é um deles.O efeito Leidenfrost é o que você vê quando derrama um líquido sobre um objeto superaquecido / superfície que é muito mais quente que o ponto de ebulição do líquido. Quando isso acontece, o líquido simplesmente não desaparece, como você poderia esperar. Em vez disso, ele paira sobre o objeto superaquecido / superfície, suspenso em uma pequena nuvem de gás. Este fenômeno é nomeado após o físico alemão Johan Gottlob Leidenfrost, que explicou este estranho comportamento líquido em seu artigo científico, Um Trato Sobre Algumas Qualidades da Água Comum, em 1751.
Nitrogênio líquido de Johann Gottlob Leidenfrost (Crédito da foto: J. Gerhard Huck / Wikimedia Commons)
Agora, vamos tentar entender o efeito Leidenfrost em mais detalhes, examinando alguns dos exemplos populares em que ele é testemunhado.
Skittering de gotas de água em uma frigideira
Você pode testemunhar o efeito Leidenfrost em casa sem a necessidade de uma configuração de laboratório científica complexa ou cara. Pegue uma frigideira, coloque-a no fogão e comece a esquentá-la. Agora, comece a polvilhar a água na frigideira. Inicialmente, quando a temperatura da panela está abaixo do ponto de ebulição da água, ou seja, 100 o C, a água se achata na superfície da panela e depois começa a ferver e evaporar. Com o passar do tempo, à medida que a temperatura da panela excede 100 ° C, as gotículas de água chiam quando você asperge sobre a panela e depois evapora rapidamente. Um pouco mais tarde, à medida que a temperatura excede o que é chamado de “ponto Leidenfrost”, você começará a ver um comportamento inesperado.
Neste momento, ao borrifar a água na panela, você verá que as gotículas de água não se achatam e se soltam facilmente em seu caminho para a evaporação. Em vez disso, eles se amontoam em pequenas bolas de água e deslizam ao redor – durando muito mais tempo na panela do que quando a frigideira estava nas temperaturas mais baixas. Deve-se notar que este efeito funciona até que uma panela seja aquecida a temperaturas muito mais altas, fazendo com que qualquer quantidade adicional de gotículas de água evapore rápido demais para testemunhar esse efeito.
Quando a panela cruza o ponto de Leidenfrost, a parte inferior da gotícula de água que toca a panela vaporiza imediatamente após o contato. O gás de vapor resultante que é formado suspende a parte restante da gotícula de água logo acima e evita qualquer contato direto adicional da gotícula de água com a panela quente. Além disso, sabe-se que o vapor tem uma baixa condutividade térmica. Isso implica que mais transferência de calor da panela quente para a gota é retardada significativamente. É por isso que a gotícula de água desliza ao redor da panela, pois há uma camada de gás de vapor atuando como uma barreira entre a panela quente e a gotícula de água.
Calcular a temperatura de Leidenfrost não é fácil
A temperatura na qual o efeito Leidenfrost começa a ocorrer não é fácil de prever. Após a experimentação, observou-se que, apesar do volume de uma gota de líquido permanecer o mesmo, o ponto de Leidenfrost pode ser bastante diferente, devido à sua complicada dependência das propriedades da superfície, bem como às impurezas no líquido. Embora alguns pesquisadores tenham tentado criar um modelo teórico para resumir adequadamente o efeito, esses modelos ainda são muito complicados. Como uma estimativa muito grosseira, o ponto de Leidenfrost para uma gota de água em uma frigideira pode ocorrer em torno de 200 ° C.
Mergulhando os dedos no chumbo derretido
Você já viu uma experiência em que um experimentador corajoso mergulha seu dedo dentro de chumbo derretido quente? Bem, mergulhar os dedos em chumbo derretido sem se queimar é outro exemplo clássico do efeito Leidenfrost. No entanto, não é o caso usual de água ou um líquido subindo e permanecendo isolado da panela quente devido a uma camada de vapor abaixo dela.
Para realizar essa experiência com sucesso, um experimentador primeiro mergulha o dedo em uma tigela de água. As gotas são então sacudidas e a mão é rapidamente mergulhada dentro e fora do recipiente de chumbo derretido. Cerca de 7-8 cm de comprimento do dedo são empurrados para dentro. O calor da ligação começa a evaporar a camada de água superficial na mão molhada e a construir uma camada de vapor, que impede a pele de entrar diretamente em contato com o eletrodo e, assim, permite que a mão escape sem queima.
Derramando nitrogênio líquido em uma mão nua
O nitrogênio líquido é nitrogênio mantido a uma temperatura extremamente baixa. É em torno de -190 o C quando despejado de recipientes à temperatura ambiente para fins experimentais. Muitos experimentadores demonstraram mesmo derramar este nitrogênio líquido em suas próprias mãos. Eles são capazes de tirar essa visão chocante por causa do efeito Leidenfrost.
Nitrogênio líquido (Crédito de imagem: Flickr)
Agora, a temperatura ambiente é muito maior do que o ponto de ebulição do nitrogênio (-196 o C); assim, quando toca a superfície de uma mão que está acima do ponto Leindenfrost, uma camada de vapor isola a maior parte do líquido de tocar a pele. Desta forma, o experimentador não sofre nenhum congelamento.