Em algum momento da sua vida, na sua casa, numa festa ou em outro lugar, você já deve ter percebido o seguinte fenômeno: uma garrafa contento alguma bebida em seu interior e que estava no congelador, ao ser retirada do congelador com as mãos, a bebida que inicialmente estava líquida e gelada, começou a cristalizar diante dos seus olhos.
Você deve estar se perguntando, então por que isso acontece?
Antes de responder a esta pergunta, você precisa relembrar quais são as mudanças dos estados de agregação da matéria ou simplesmente, mudanças dos estados físicos da matéria.
O esquema abaixo vai te ajudar!
Como você pode perceber pela imagem, nas mudanças de fases de agregação em que há perda de energia térmica, (fenômeno exotérmico), podem acontecer a condensação e a solidificação. Nestes casos, pode ocorrer eventualmente um retardamento neste fenômeno, ou seja, a mudança de fase pode não acontecer na temperatura esperada.
Para você entender os fenômenos descritos até aqui, vou utilizar como exemplo, uma substância muito conhecida, a água. Essa molécula de fórmula H2O, polar e com geometria angular, quando está sob pressão de 1 atm, (pressão ao nível do mar) pode ser resfriada até – 10 °C sem que ocorra a solidificação. Esse fenômeno extraordinário que ocorre com a água é chamado de sistema metaestável ou equilíbrio metaestável.
E o que é sistema metaestável?
É um sistema no qual o equilíbrio nunca é completamente atingido. Esse tipo de sistema é aparentemente estável, em outras palavras, é um sistema “delicado”. Quando ocorre uma perturbação externa o sistema metaestável sofre uma alteração.
De modo geral, quando a temperatura de um líquido diminui abaixo do seu ponto de solidificação, sem que ele mude de fase, forma-se um sistema metaestável, ou seja, o líquido atinge a temperatura para virar sólido, mas continua no estado líquido! Ao ser perturbado, esse tipo de sistema tende, espontaneamente, passar para a fase sólida. Impressionante! Não acha?
Assista o vídeo abaixo!
Como você pode observar no vídeo acima, o sistema metaestável só ocorre quando não existem pontos de nucleação.
Novamente você deve estar se perguntando: o que é isso?
Fácil! Ponto de nucleação é o local sobre o qual são depositados os cristais presentes em uma solução. Por exemplo, em uma garrafa de plástico ou vidro, quando a água atinge a temperatura de 0 °C (ponto de fusão e solidificação) sob pressão de 1 atm, podem existir ranhuras ou sujeiras que permitem os cristais “se apoiarem” e começarem a crescer.
Caso a garrafa não tenha nenhum ponto de nucleação, ao ser colocada no congelador, a temperatura do líquido pode atingir valores abaixo de 0 °C sem que a água presente na bebida se cristalize.
Utilizarei o gráfico abaixo para ajudá-lo a entender esse fenômeno melhor!
Considere que a região 1 do gráfico representa a água presente em qualquer bebida e dentro de uma garrafa sem pontos de nucleação, por exemplo, a garrafa que você viu no vídeo. Na passagem da água do estado líquido para o sólido, a 0°C, o resfriamento ocorreu abaixo desta temperatura e a água não se solidificou, ou seja, permaneceu no estado líquido. Nesta situação, observa-se o equilíbrio metaestável!
O simples fato de pegar a garrafa com a mão ou sacudi-la, faz com que o equilíbrio metaestável sofra uma perturbação, devido à mão fornecer calor ao líquido de forma brusca, o que faz a temperatura subir para 0 °C e a água instantaneamente se cristalizar (região 2 do gráfico).
A região 3 do gráfico apresenta o sistema estável. Neste caso, a passagem do estado líquido para o sólido (solidificação) sem que ocorra o equilíbrio metaestável.
Outro exemplo de sistema em equilíbrio metaestável é o da água quando aquecida no forno micro-ondas. A água pode ultrapassar os 100 °C (ponto de ebulição) e entrar em equilíbrio metaestável, neste caso, ela atinge a temperatura de ebulição, mas permanece líquida. Ao se adicionar qualquer sólido nela, o sistema sofre perturbação e a água pode ferver instantaneamente, aumentando seu volume e vazando para fora do recipiente que a contém, podendo causar sérias queimaduras caso entre em contato com a pele.
Esta situação é mais difícil de ocorrer, porém é bom ficar sempre atento!
REFERÊNCIAS
- Fonseca, Martha. R. M. Química: meio ambiente, cidadania, tecnologia. São Paulo: FTD, 2010. v.1, 29 p.
- Peruzzo, Francisco. M.; Canto, Eduardo. L. Química na abordagem do cotidiano. São Paulo : Moderna, 2006. v.1, 19 p.
- Barrow, Gordon. M. Físico-química. Rio de Janeiro: Reverté, 1982. 365 p.
- Wpclipart. Disponível em: <https://www.wpclipart.com/science/diagrams/metastability.png.html> Acesso em: 08 janeiro 2018.
- Julião, Luis Guilherme. Ferver água no micro-ondas pode causar acidentes? Nós checamos. O Globo, São Paulo, 10 outubro 2017. Disponível em: <https://blogs.oglobo.globo.com/eissomesmo/post/ferver-agua-no-microondas-pode-causar-acidentes-nos-checamos.html> Acesso em: 08 janeiro 2018.
Para usar este texto como referência no seu trabalho escolar ou acadêmico utilize:
Nelo, R. A. Sistema metaestável. Olhar químico. Disponível em: https://olharquimico.com/2018/01/08/sistema-metaestavel/
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