Explique o fato de a temperatura de um líquido supercongelado aumentar quando ocorre a solidificação.
Passo 1
O enunciado pergunta por que, ao solidificar, um líquido que estava supercongelado eleva sua temperatura. O conteúdo aqui é termodinâmica de mudanças de fase, em particular a liberação de calor latente durante a solidificação.
Passo 2
Um líquido está supercongelado quando sua temperatura
está abaixo do ponto de fusão
(ou ponto de congelamento), mas ele permanece no estado líquido por falta de um sítio de nucleação. Esse é um estado metastável: bastam pequenas perturbações para iniciar a cristallização.
Passo 3
Quando surge um núcleo estável, inicia-se a solidificação. Nesse processo, cada grama de líquido que se transforma em sólido libera calor latente de solidificação. Denotando essa entalpia de mudança de fase por
, a energia total liberada é
onde
é a massa de líquido que vira sólido.
Passo 4
Essa energia
não desaparece: ela aquece o material — tanto a parte já cristalizada quanto o restante do líquido. Se o calor específico médio do sistema for
, a variação de temperatura
decorrente desse calor é
Ou seja, mesmo tendo começado abaixo de
, o sistema é aquecido pelo calor latente até que volte a atingir
.
Passo 5
O aquecimento observado durante a solidificação de um líquido supercongelado é justamente esse recalescimento: a liberação de calor latente eleva a temperatura até o equilíbrio de fase em
.
Resposta
O fenômeno chama-se recalescência: ao cristalizar, o líquido libera seu calor latente de solidificação, e esse calor eleva a temperatura do sistema até o ponto de fusão.