O que se entende por superresfriamento?

Passo 1

Beleza, vamos recapitular: o enunciado pergunta “O que se entende por superresfriamento?”. Isso é conteúdo de termodinâmica e mudanças de fase, mais especificamente de como um líquido pode ficar abaixo do seu ponto de congelamento sem virar gelo. Para resolver a gente vai precisar entender o conceito de ponto de congelamento, nucleação e metaestabilidade.

Passo 2

Antes de falar do “super”, primeiro lembra o básico: todo líquido tem um ponto de congelamento (ou fusão) . Abaixo de , o sólido é a fase estável e a gente espera que o líquido vire gelo. Esse processo normalmente acontece porque surgem “sementes” de gelo (chamadas sítios de nucleação) que vão crescendo até cristalizar tudo.

Passo 3

Aí entra o superresfriamento: é quando você leva o líquido para temperaturas abaixo de T < Tf, , mas nada de cristalizar! Ou seja, a fase sólida é termodinamicamente mais estável, mas não há nucleação suficiente para iniciar a formação de cristais. O líquido fica metaestável numa faixa de temperatura tal que
mas ainda permanece líquido.

Passo 4

Por que isso acontece? Tem a ver com a energia que a gota de água (ou outra substância) precisa gastar para criar uma “semente” de gelo. Do ponto de vista de energia livre de Gibbs, formar um cristal pequeno requer compensar:
  1. A energia que cria a interface sólido–líquido (superfície);
  2. A energia ganha ao transformar volume de líquido em sólido.
    Se a primeira for grande demais comparada à segunda, não rola nucleação espontânea, e a gota permanece líquida mesmo frio.

Passo 5

Quando, em algum instante, aparece um núcleo crítico (talvez por uma impureza ou batidinha), ele cresce rapidão e o líquido “explodindo” vira gelo numa fração de segundo. É por isso que, se você superresfriar água pura em um tubo liso, de repente ao mexer ou inserir um grão de gelo, tudo congela num flash!

Resposta

Superresfriamento é o fenômeno em que um líquido é resfriado abaixo do seu ponto de congelamento sem que ocorra nucleação de cristais, ficando assim em um estado metaestável (ainda líquido apesar de o sólido ser mais estável termodinamicamente).

Exercícios relacionados