Qual o efeito do super resfriamento constitucional no raio crítico, na energia de ativação e na quantidade de núcleos estáveis?
Passo 1
O enunciado pergunta como o super resfriamento constitucional afeta três quantidades fundamentais da nucleação: o raio crítico, a energia de ativação e a quantidade de núcleos estáveis. O conteúdo envolve a teoria clássica da nucleação, em que precisamos usar as expressões para o raio crítico
, a barreira de energia
e a taxa de nucleação (que determina a quantidade de núcleos estáveis).
Passo 2
Vamos começar pelo raio crítico. Na nucleação homogênea, ele é dado por
onde
é a energia de superfície e
é a energia livre volumétrica (por unidade de volume), que cresce em magnitude quando há maior sub-resfriamento (isto é,
fica mais negativo e
aumenta). Logo, com super resfriamento constitucional,
aumenta e
Passo 3
A energia de ativação para formar um núcleo de raio
é
Como
aumenta sob super resfriamento constitucional, o denominador
cresce e, portanto,
diminui fortemente. Em outras palavras, a barreira de energia para nuclear fica menor.
Passo 4
Por fim, a quantidade de núcleos estáveis está diretamente ligada à taxa de nucleação
, que em primeira aproximação varia como
Com uma
menor, o expoente fica menos negativo e
aumenta muito. Assim, formam-se muito mais núcleos estáveis.
Resposta
O super resfriamento constitucional reduz o raio crítico, reduz a energia de ativação e aumenta a quantidade de núcleos estáveis.