Se colocar dois recipientes de água,um com água fria e outro com água quente, qual congelará mais depressa? Aparentemente o recipiente com água fria congelaria....mas também aqui as aparências enganam!
Tudo começou na Tanzânia, em 1969, quando o jovem Erasto Mpemba e um outro colega seu colocaram ambos uma mistura de leite e açucar no congelador ( fazia parte do seu trabalho laboratorial em sala de aula que consistia em fazer gelado). Como estavam com pressa , Mpemba não deixou a mistura arrefecer e o colega nem chegou a aquecer a dele. Para espanto dos rapazes o gelado de Mpemba solidificou muito antes do do colega.
Mpemba e o seu professor depois de se certificarem que o seu efeito era geral publicaram um artigo no Physics Education descrevendo o fenómeno.A partir daí passou a ser conhecido por efeito de Mpemba.
Tenho que reconhecer que desd a altura da sua publicação o efeito de Mpemba é polémico: as reacções dos cientistas cobriram todo o espectro, desde que os que o negavam pura e simplesmente até os que afirmavam que o fenómeno era conhecido há séculos. Com efeito Aristóteles descreve no seu livro Meteorologia que os habitantes das regiões geladas quando querem fixar as canas de pesca em lagos gelados o fazem vertendo água morna no cano pois esta congela mais depressa!
Já Francis Bacon refere que dois baldes de água fria e quente deixados ao relento numa noite fria o de água quente congela primeiro...
Quem vive nos países frios sabe que sabe que os canos de água quente congelam antes dos de água fria.
Embora inacreditável o efeito de Mpemba é real!
A descrença no efeito de Mpemba resulta do nosso pensamento reducionista e ultra-simplificador: a congelação depende apenas de um número, a temperatura inicial da água. Mas um sistema tão simples como um recipiente com água em repouso no congelador ( um sistema termodinâmico verdadeiramente simples) tem um comportamento suficientemente rico para que o pensamento reducionista seja incapaz de descrever a realidade.
Na verdade há vários efeitos físicos presentes em simultâneo durante a congelação da água.
1- Evaporação: a água quente arrefec muito mais depressa porque além da perda de calor por condução existe evaporação através da superficíe. O efeito da evaporação é duplo: por um lado a evaporação extrai calor da massa de água de uma forma muito eficiente; por outro lado diminui a massa de água a congelar, pelo que atingindo o ponto de congelação será necessário extrair menos calor para realizr a transição de fase.
2-Dissolução de gases: a água contém sempre gases dissolvidos, essencialmente oxigénio e gases dissolvidos. O efeito desses gases é diminuir o ponto de solidificação, como sabemos.Por outro lado o aquecimento da água elimina parcialmente estes gases,pelo que a água inicialmente quente congelará a uma temperatura mais elevada do que a água fria.
3- Superarrefecimento: a solidificação da água não se dá necessáriamente quando a temperatuta atinge 0ºC. Depende de vários factores, uma massa de água pode estar no estado líquido a temperaturas diferentes, sendo necessário pontos de nucleação (impurezas dissolvidas, porexemplo) para a formação de cristais de gelo. Se a temperatura for suficientemente baixa esses núcleos propagar-se-ão e toda a massa congelará rapidamente.Nesse ponto sofre um descontinuidade súbita, aumentando para 0ºC. Chama-se a esse fenómeno superarrefecimento.
Como o texto já foi longo omiti o efeito da convecção que é também importante na congelação da água.
Como estamos longe do raciocínio reducionista que basta um só número - a temperatura - para descrever a congelação da água!
Para os mais cépticos (às vezes o cepticismo roça o pensamento dogmático) recomendo que verifique o fenómeno no seu congelador! Únicos cuidados: o recipiente de água quente não pode ser demasiado grande (para que o congelador continue a funcionar como um reservatório de temperatura) e deve ser de um material pouco condutor. Por exemplo uma cuvette de plástico serve.
Tire as suas próprias conclusões.
