Super Resfriamento

Definição de Super Resfriamento

O super resfriamento é o processo de refrigeração de um líquido abaixo do seu ponto de congelamento, sem que ele se torne sólido.

Um líquido abaixo do seu ponto de congelação cristaliza na presença de um cristal de semente ou núcleo em torno do qual uma estrutura de cristal pode se formar.

No entanto, sem qualquer núcleo desse tipo, a fase líquida pode ser mantida até a temperatura a que ocorre a nucleação homogênea de cristal.

A nucleação homogênea pode ocorrer acima da transição de vidro onde o sistema é um amorfo – isto é, sólido não cristalino.

O que é Super Resfriamento?

Super Resfriamento é o processo pelo qual um líquido ou gás é arrefecido após sua temperatura de congelação sem cristalizar em um sólido. Sob condições normais de congelamento, tais substâncias congelariam em cristais em torno de um núcleo de semente, um processo conhecido como nucleação heterogênea.

Quando um cristal de semente ou núcleo não existe, a substância pode permanecer um líquido até o ponto de nucleação homogênea, que ocorre a uma temperatura muito menor.

A água pura congela a 32 ° F (0 ° C) mas pode ser super arrefecida a -43.6 ° F (-42 ° C). Deve ser destilado para que o Super Resfriamento ocorra, porque a presença de impurezas criaria pontos de nucleação e permitiria a formação de cristais de gelo. A água super resfriada transforma-se muito rapidamente em gelo ou lama quando encontra uma substância sobre a qual pode formar cristais. Também é possível supercoolar a água após o ponto de nucleação homogênea, caso em que eventualmente se solidifica em um tipo de vidro.

Muitos tipos diferentes de substâncias e soluções podem ser super resfriados, tornando o processo útil em uma variedade de aplicações. Por exemplo, as ligas de metais super resfriados são utilizadas na produção de nanoestruturas semicondutoras. Aquecedores de mãos instantâneas, um produto comercial popular, produzem calor a partir da rápida cristalização de uma solução de acetato de sódio super resfriado.

A solução de acetato de sódio supersaturada usada em aquecedores de mão é criada por aquecimento de água, de modo que mais acetato de sódio do que o habitual pode ser dissolvido. Esta mistura é então super arrefecida até à temperatura ambiente, restando líquido quando normalmente cristaliza. Quando o aquecedor de mãos é espremido, o distúrbio reduz a barreira de energia para a cristalização, e o calor é liberado à medida que os cristais se formam.

O super resfriamento pode ser amplamente observado na natureza. Pode acontecer a água abaixo das geleiras, resultando em mudanças no transporte de sedimentos e na dinâmica glacial. As gotas de água super resfriadas geralmente se formam em nuvens de alta altitude e cristalizam em gelo ao encontrar um objeto sólido. Este fenômeno é responsável pela formação de gelo nas asas da aeronave.

Muitos organismos vivos também usam esse processo. Espécies de árvores e insetos que vivem em climas frios dependem dela para baixar o ponto de congelamento de seus fluidos internos. Isso produz tolerância às condições de congelamento e permite que esses organismos sobrevivam em temperaturas extremamente frias.

A pesquisa mostrou que o super resfriamento ocorre nos casos em que a estrutura de uma substância consiste em átomos em aglomerados pentagonais. Os Pentágonos não podem ser geometricamente dispostos de modo a preencher completamente um espaço cristalino, portanto a cristalização não ocorre. O efeito aumentado disso foi demonstrado durante estudos sobre o crescimento de estruturas de nanofios em silício.

Super Resfriamento e Super Aquecimento

Sabe-se que a água fervente que usa forno de microondas pode ser perigosa. A ameaça envolve realmente um fenômeno físico chamado “superaquecimento”. De um modo geral, uma substância sofre uma “mudança de fase” do estado líquido ao estado gasoso quando é aquecida até o seu ponto de ebulição. Tomando água como exemplo, a água pura ferve a 1000 º C sob a pressão atmosférica padrão.

No entanto, os recipientes com superfície lisa, como um vidro, e o ambiente de aquecimento relativamente estático dentro de um forno de microondas são desfavoráveis para a formação de bolhas de vapor. A água é impedida de se converter em vapor, mesmo que seja aquecida ou acima do seu ponto de ebulição, atrasando assim o processo de ebulição.

A água é então dita estar em um estado “superaquecido”. A fervura repentina pode ser desencadeada quando a água superaquecida é perturbada, como por exemplo, adicionando açúcar ou mexendo com uma colher de chá. A expansão abrupta de bolhas de vapor poderia jogar água quente causando queimaduras.

Por outro lado, em um ambiente que não possui “núcleos de condensação” que facilitam o processo de solidificação, um líquido seria “super refrigerado” quando sua temperatura cair abaixo do ponto de congelação sem solidificar. A água super resfriada realmente ocorre naturalmente na atmosfera.

A temperatura diminui com a altura na troposfera. Dependendo da latitude, a temperatura geralmente cai abaixo de 0 º C em altitudes acima de 3 km a 5 km – a altura das nuvens média e alta. Na falta de “núcleos de condensação”, tais como partículas em suspensão ou cristais de gelo existentes para desencadear congelamento a tal altitude, podem existir gotículas de água em “nuvens frias” com temperaturas abaixo do ponto de congelação sob a forma de água super-resfriada. As experiências até mostraram que as gotículas de água super-resfriadas suspensas no ar podem permanecer no estado líquido a temperaturas tão baixas como -40 ^º C!

Fonte: www.sciencedaily.com/www.wisegeek.org/www.hko.gov.hk