Realizado em Teresina/PI, de 28 a 30 de Julho de 2013.
ISBN: 978-85-85905-05-7
TÍTULO: PODE A ÁGUA QUENTE CONGELAR MAIS RAPIDAMENTE DO QUE A ÁGUA EM TEMPERATURA AMBIENTE?
AUTORES: Soares da Silva, K. (IFAL) ; Duarte de Freitas, A.J. (IFAL) ; Duarte de Freitas, J. (IFAL)
RESUMO: Este trabalho objetiva incentivar a pesquisa e apresentar explicações, baseadas em
análises experimentais, para o fato de a água quente, em determinadas condições,
congelar mais rapidamente do que a água em temperatura ambiente. A esse fenômeno
dá-se o nome de Efeito Mpemba. Os alunos realizaram a experiência e expuseram os
resultados e explicações em rede social, onde puderam trocar informações e
discutir os resultados. Dos 10 testes realizados, seis tiveram a água aquecida
congelada mais rapidamente. As explicações que envolvem questões como a evaporação
e formação da corrente de convecção foram as mais recorrentes. O estudo teve
caráter de pesquisa científica e estimulou os alunos a irem à busca da construção
do próprio conhecimento.
PALAVRAS CHAVES: Efeito Mpemba; Pesquisa Científica; Ensino de Química
INTRODUÇÃO: O efeito Mpemba ou paradoxo de Mpemba é o fenômeno físico que consiste no fato
de, sob certas condições, a água quente congelar mais rapidamente do que a água
fria. A descoberta deste efeito foi feita por um estudante do ensino secundário
chamado Erasto Barthlomeo Mpemba na Tanzânia, África em 1969, quando fabricava
sorvetes para um trabalho da escola [1]. O efeito Mpemba é observado quando dois
volumes de água, em recipientes idênticos, mas com temperaturas distintas, são
submetidos ao congelador ao mesmo tempo e o volume de água inicialmente quente
congela primeiro. Embora de acordo com a termodinâmica a água quente deva ter
seu processo de solidificação retardado, há muitas evidências experimentais
desse efeito, que foi observado há muito tempo por Erasmo Mpemba (1969), mas que
também já se tinha ouvido falar sobre o fenômeno na antiguidade, por
Aristóteles, e na idade moderna, por René Descartes e Francis Bacon [2]. No dia
10 de janeiro de 2013, Nikola Bregovic, assistente de pesquisa na área de
Físico-Química do Departamento de Química da Universidade de Zagreb, na Croácia,
recebeu da Royal Society of Chemistry a premiação de 1000 euros por apresentar a
explicação mais criativa para o efeito Mpemba. Ele frisou que o processo de
convecção influencia significativamente para o acontecimento do efeito [3].
Portanto, o objetivo deste trabalho é apresentar algumas explicações para o
efeito, pautadas nas observações dos resultados experimentais, e incentivar a
pesquisa para alunos do ensino médio.
MATERIAL E MÉTODOS: O estudo foi realizado com 10 alunos do ensino médio, sendo 5 de escola pública
e 5 de escola privada. Por questão de viabilidade, os alunos fizeram os
experimentos individualmente em suas residências e tiveram um prazo de 15 dias
para apresentarem os resultados. Para proporcionar interação e discussão dos
experimentos, os procedimentos e resultados foram postados na rede social
Facebook®, em grupo intitulado “Curiosidades Experimentais: Pesquisa e
Interação”. As instruções que os alunos receberam para a realização dos testes
foram postadas como segue: 1 - Colocar água quente em um recipiente e água
"normal" em outro idêntico - de preferência transparente; 2 - Levar os dois
recipientes ao mesmo tempo para o congelador; 3 - Verificar depois de 1 ou 2
horas - vai depender do tamanho do recipiente - qual recipiente contém água mais
congelada; 4 – Apresentar explicações próprias sobre o que ocorreu e outras
explicações pesquisadas na internet; 5 - Postar o resultado aqui no grupo
dizendo como foi feito, quais explicações encontrou e a foto inicial dos
recipientes e a foto final da observação do início ou fim do congelamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: De acordo com a literatura, em sua maioria escrita em inglês, experiências
mostram que a água quente (por exemplo, 90 °C) muitas vezes (mas nem sempre)
congela mais rapidamente do que a mesma quantidade de água fria (por exemplo, 18
°C) sob condições idênticas [4]. Mesmo sabendo que o efeito nem sempre ocorre,
ainda não se sabe os motivos para explicar a não ocorrência em alguns casos,
embora alguns estudos apontem que as impurezas da água podem influenciar na
ocorrência ou não do efeito Mpemba. As explicações que alicerçam este estudo
estão baseadas em vários fatores, a saber: 1-EVAPORAÇÃO: durante o arrefecimento
a água perde massa por evaporação. Com menor massa, o líquido tem de perder
menos calor para congelar, e por isso congela mais rapidamente. 2-GASES
DISSOLVIDOS: o gás dissolvido geralmente presente em água é diminuído durante o
aquecimento da água quente, o que altera as propriedades da água e que contribui
para explicar o efeito. 3-CONVECÇÃO: à medida que a água congela, desenvolve as
correntes de convecção e uma distribuição de temperatura não uniforme. A
densidade diminui com o aumento da temperatura, assim a superfície da água vai
ser mais quente do que o fundo, onde terá o congelamento acelerado. 4-
ENVOLVENTE: se o recipiente está sentado sobre uma camada de gelo que conduz o
calor mal, a água quente pode derreter a camada de gelo, e assim estabelecer um
melhor sistema de refrigeração. Além disso, a formação de uma camada de gelo
isolante no topo da água fria retarda o seu congelamento, sendo assim, a água
quente congela mais rápido. Contudo, seis alunos conseguiram observar o efeito e
concluíram que a evaporação da água quente e consequentemente perda de massa,
explica o fenômeno observado.
Tabela 1
Condições dos testes realizados pelos alunos.
CONCLUSÕES: Os resultados revelaram a existência das características apresentadas na
explicação quanto à evaporação, pois as paredes dos recipientes ficaram
completamente preenchidas com água condensada, proveniente da evaporação da água
quente. A explicação que trata do ambiente, a questão do envolvente, é plausível,
pois a área onde os recipientes inicialmente com água quente estavam posicionados
descongelou e facilitou o resfriamento, devido o bom contato estabelecido. Dessa
forma, mais estudos precisam ser feitos e novas técnicas para o monitoramento da
temperatura necessitam ser utilizadas.
AGRADECIMENTOS: À CAPES pela concessão das bolsas do PIBID, ao IFAL e às Escolas pública e privada
pela boa recepção para realização das atividades.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] Monwhea Jeng, "The Mpemba effect: When can hot water freeze faster than cold?" American Journal of Physics, volume 74, number 6, page 514 (2006).
[2] Mpemba effect, http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect, acessado em 25/12/2012.
[3] Royal Society of Chemistry. Mpemba Competition. Available in: http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp. Accessed in 02TH june of 2013.
[4] CHAPLIN, M. Walter structure and science. http://www.lsbu.ac.uk/water/explan.html#mpemba. Acesso em 12 de fevereiro de 2013.