Apesar de parecer uma grande contradição da física, a água quente parece congelar mais rápido do que a água fria em algumas circunstâncias. E ninguém sabia porquê, até agora.
O fenómeno, conhecido como Efeito Mpemba, é observado há muito tempo, inclusive pelo próprio Aristóteles, mas depois de séculos de experiências, ainda não há uma explicação boa o suficiente que justifique este efeito.
Agora, os físicos estão focados nas estranhas propriedades das ligações de hidrogénio como a solução para um dos mistérios mais antigos da física.
O Efeito Mpemba já tinha sido observado por Aristóteles há mais de dois mil anos atrás. Francis Bacon e René Descartes também incluíram o efeito nas suas observações, mas foi apenas na década de 60 que o conceito ganhou popularidade em todo o mundo, quando uma criança da Tanzânia, Erasto Mpemba, notou este efeito quando fazia um gelado.
Para fazer gelado, Erasto e os seus amigos costumavam ferver leite, misturá-lo com açúcar e esperar que a mistura arrefecesse para depois colocá-la no congelador.
Um dia, porém, o rapaz não quis perder tempo e, em vez de esperar que a mistura arrefecesse, decidiu colocar o leite ainda a ferver no congelador. Para surpresa de todos, o seu gelado foi o primeiro a solidificar. Juntamente com o seu professor de física, Mpemba descreveu este fenómeno num artigo publicado em 1969.
O problema com este efeito é que apesar de ser facilmente observado, físicos não sabem exatamente como funciona. Como é que a água quente atinge o ponto de congelamento mais rápido do que a água fria, quando a segunda já está bem mais próxima de 0ºC?
Em 2012, a Royal Society of Chemistry organizou uma competição entre cientistas para explicar o fenómeno e, apesar de ter recebido 22 mil artigos de todo o mundo, nenhuma das explicações foi suficientemente convincente para chegar a um consenso.
A hipótese mais aceite é a de que a água quente evapora mais rapidamente, perdendo massa e precisando de menos calor para congelar. No entanto, cientistas também conseguiram demonstrar o Efeito Mpemba com recipientes fechados, sem evaporação.
Outra teoria é a de que a água tem correntes de convecção e diferentes temperaturas conforme arrefece. Um copo de água quente que arrefece rapidamente vai apresentar diferenças de temperatura em diferentes pontos, perdendo mais calor na superfície, enquanto um copo de água gelado apresenta menor diferença de temperatura e há menos convecção no processo.
Possível solução
Agora, investigadores das universidades de Southern Methodist, nos Estados Unidos, e de Nanjing, na China, acreditam ter encontrado a solução para este problema: as estranhas propriedades das ligações formadas entre átomos de hidrogénio e oxigénio nas moléculas da água podem ser a chave para explicar o efeito Mpemba.
Simulações de conjuntos de moléculas da água revelaram que a força das ligações de hidrogénio numa molécula de água depende do arranjo das moléculas de água vizinhas.
“Conforme a água é aquecida, as ligações fracas quebram, e grupos de moléculas formam-se em fragmentos que podem realinhar-se para formar a estrutura cristalina do gelo, iniciando o processo de congelamento”, diz a cientista Emily Conover, em entrevista à Science News.
Por outras palavras, encontramos mais ligações de hidrogénio fortes na água quente do que na água fria, já que as mais fracas se quebram durante o aquecimento.
“A análise leva-nos a crer que há uma explicação molecular para o Efeito Mpemba. Na água quente, as ligações de hidrogénio fracas são quebradas, e pequenos conjuntos de água se ligam com ligações fortes, o que acelera o processo que leva à configuração hexagonal do gelo”, diz Conover.
“Assim, a água congela mais rápido do que água gelada, em que a transformação de conjuntos de água arranjados de forma aleatória consome tempo e energia”, acrescenta.
Enquanto isso, outros investigadores não acreditam que este efeito seja real e dizem que o resultado não é observado quando essa experiência é reproduzida.
Um artigo da Imperial College London monitorizou o tempo preciso para água quente e água fria atingir o ponto de congelamento.
“Não importa o que fizemos, não conseguimos observar nada semelhante ao Efeito Mpemba”, afirma um dos investigadores, Henry Burridge.
Sem dúvida que ainda há muitos estudos a serem conduzidos nesta área da física que, apesar de parecer tão simples, não deixa de nos surpreender.
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