Pode a água permanecer líquida abaixo de zero graus Celsius?

Olá, obrigado por ler os artigos na Enciclopédia. Hoje vamos tirar a dívida sobre: Pode a água permanecer líquida abaixo de zero graus Celsius?

Sim, a água pode permanecer líquida abaixo de zero graus Celsius. Existem algumas maneiras pelas quais isso pode acontecer.

Primeiramente, a fase de um material (se é gás, líquido ou sólido) depende muito tanto da temperatura quanto da pressão. Para a maioria dos líquidos, aplicar pressão aumenta a temperatura em que o líquido congela e se transforma em sólido.

Um sólido se forma quando as moléculas soltas e errantes de um líquido ficam lentas o suficiente e próximas o bastante para formarem ligações estáveis que as mantêm no lugar. Quando aplicamos pressão a um líquido, forçamos as moléculas a se aproximarem. Assim, elas podem formar ligações estáveis e se tornar um sólido, mesmo que estejam a uma temperatura mais alta do que o ponto de congelamento em pressão normal. Porém, a água é um pouco única. As moléculas de água se expandem quando se unem para formar uma estrutura cristalina sólida. Essa expansão faz com que o gelo seja menos denso do que a água líquida, fazendo com que o gelo flutue. Essa ação de expansão das moléculas de água durante o congelamento também significa que aplicar pressão à água abaixa o ponto de congelamento. Se você aplicar pressão suficiente (dificultando para as moléculas de água se expandirem para formar a estrutura sólida), é possível ter água líquida a vários graus abaixo de zero.

Mesmo sem aplicar pressão, ainda é possível ter água líquida em temperaturas abaixo de zero usando aditivos.Aditivos como o sal podem interferir nas ligações químicas necessárias para formar um sólido e, por isso, podem reduzir o ponto de congelamento da água. O sal é composto de íons fortes de sódio e cloro. Quando dissolvidos na água, as moléculas de água tendem a se prender aos íons de sal em vez de se ligarem entre si, o que dificulta a formação de gelo. À medida que se adiciona mais sal à água, o ponto de congelamento continua a cair até que a água atinja saturação e não consiga mais dissolver o sal. Se for adicionado sal suficiente, o ponto de congelamento da água pode cair para até -21 graus Celsius. Isso significa que a água a -21 graus Celsius ainda pode permanecer líquida se houver sal suficiente.

Em vez de impedir a formação de gelo, essa propriedade do sal também pode ser usada para derreter o gelo. Espalhar sal em calçadas congeladas abaixa o ponto de congelamento do gelo abaixo da temperatura ambiente, fazendo com que o gelo derreta. No entanto, isso não funciona se a temperatura ambiente estiver abaixo de -21 graus Celsius. O efeito do sal no ponto de congelamento da água também tem impactos profundos nos oceanos da Terra.

Mesmo sem aplicar pressão ou adicionar qualquer coisa à água, ela ainda pode permanecer líquida em temperaturas abaixo de zero. Para que a água congele, é necessário que ela tenha algo para iniciar o processo de congelamento. Chamamos esses pontos iniciais de “centros de nucleação”. Na maioria das situações, um pouco de poeira, impureza ou até pequenas vibrações na água fornecem esses centros de nucleação para que a água comece a congelar. Mas se a água for muito pura e estiver muito parada, não haverá nada para as moléculas de água se cristalizarem. Como resultado, é possível resfriar água muito pura a bem abaixo de zero graus Celsius sem que ela congele. Essa água é chamada de “super-resfriada”. Em pressão padrão, a água pura pode ser super-resfriada até cerca de -40 graus Celsius. A água super-resfriada não congela pela ausência de centros de nucleação. Portanto, assim que esses centros forem fornecidos (o que pode ser tão simples quanto uma vibração), a água super-resfriada congela rapidamente. A chuva congelante é um exemplo natural de água super-resfriada. Quando a chuva congelante atinge um objeto na superfície da Terra, esse objeto fornece os centros de nucleação, e a chuva congela em gelo.