Por que quando adicionamos gelo em um copo contendo água à temperatura ambiente ela fica gelada?

O dia está quente e você chega em casa cheio de vontade de tomar uma bebida gelada, mas não tem nada na geladeira. O que fazer?

O físico Wil Namen, ensina que é possível reduzir o tempo para gelar uma bebida usando apenas três ingredientes que estão em qualquer cozinha: água, gelo e sal.

A receita não é mágica. Para a ciência, resfriar significa perder energia, neste caso, perder calor.

A adição do sal diminui a temperatura de fusão do gelo (temperatura em que o gelo derrete). 

Assim, ele passa a derreter bem mais rápido e, para isso, usa energia do ambiente (e da latinha também). Perdendo energia, que é o mesmo que calor, a temperatura da lata diminui.

Por exemplo, uma solução com 10% de sal, o ponto de congelamento cairá para -6°C e com 20%, para -16°C.

Jogar sal no gelo faz com que ele derreta, porque a temperatura de fusão (passagem da água do estado sólido para o líquido) diminui. 

A temperatura de fusão da água é de 0°C, mas, quando se joga sal no gelo, a fusão ocorre a uma temperatura inferior a essa.

Segundo o Departamento de Bioquímica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), essa descoberta foi feita por Farenheit, que concluiu que a temperatura necessária para congelar uma mistura de água, gelo e sal era de -32°C.

O efeito do sal em diminuir a temperatura de fusão da água é usado nos países onde costuma nevar. O sal é jogado nas ruas e calçadas para derreter o gelo.

Esse mesmo efeito pode ser usado para tornar as bebidas mais geladas. A água líquida conduz melhor o calor do que o gelo. 

Além disso, o líquido resultante da mistura de gelo e sal está a uma temperatura abaixo de 0°C. Tudo isso faz com que a energia térmica da bebida seja removida com maior velocidade, tornando a bebida mais gelada em menos tempo.

Por que se coloca sal no gelo para esfriar mais rápido a cerveja em lata?

Ao adicionar sal ao gelo, seu ponto de solidificação diminui porque ocorre uma forte interação entre as moléculas destas duas substâncias, dificultado a organização dos cristais de gelo. 

Na Química este processo é fonte de estudo da Criometria.

Normalmente, quando se faz um churrasco, a maioria das pessoas gosta de ter como acompanhamento uma cerveja bem gelada. 

Para acelerar seu resfriamento é colocado sal no gelo ao redor da bebida. Isto faz com que o gelo derreta e a salmoura fique a uma temperatura inferior a que estava quando havia apenas o gelo.

Para entender exatamente porque isso acontece, vamos analisar o que faz uma substância passar do estado líquido para o sólido. 

Para que isso ocorra, as moléculas precisam perder energia cinética; e existem alguns fatores que influenciam nesta liberação. 

Entre estes está o tipo de forças intermoleculares de cada substância. Quanto menores ou mais fracas forem as forças de atração das moléculas, menor será o ponto de congelamento.

Assim, o ponto de solidificação (temperatura de congelamento) da água é 0°C no nível do mar, no entanto, ao se adicionar algum composto não volátil (como o sal), as moléculas deste atraem fortemente as moléculas de água, dificultando a organização dos cristais de gelo e, consequentemente, diminuindo seu ponto de congelamento. Para questão de comparação, numa solução com 10% de sal, o ponto de congelamento cairá para -6°C e com 20%, para -16°C.

Desse modo, experimentalmente fica comprovado que a adição de um soluto não volátil a um solvente dá origem a uma solução que tem o ponto de solidificação menor que o solvente puro. 

• Este é o objeto de estudo da Crioscopia ou Criometria.

Este mesmo princípio é usado em regiões onde neva muito. Para derreter o gelo das estradas, o departamento responsável espalha sal nas ruas. 

Também para evitar que a água do radiador dos automóveis congele são colocados aditivos que funcionam como anticongelante. O mais comum é o etilenoglicol (C6H6O2).

É por isso também que a água dos oceanos, que contém diversos solutos não voláteis como o sal (Cloreto de Sódio), permanece líquida, apesar de a temperatura nestas regiões ser inferior a 0°C.

Em 5 minutos seu isopor será capaz de fazer por sua latinha de cerveja o que o freezer faria em 15 minutos.

Porque, em contato com a água, o sal tende a se dissolver – mesmo se a água estiver em sua forma sólida. 

E essa dissolução é um processo endotérmico, ou seja, exige uma quantidade de energia para se concretizar.

Em contato direto com o gelo, o sal não tem outra opção: puxa calor das pedras, que ficam ainda mais frias.

A temperatura da mistura pode chegar a -18°C.

Essa mistura é chamada de frigorífica: quando o resultado final tem uma temperatura menor do que os seus componentes tinham isoladamente. 

A experiência também funciona com açúcar ou qualquer substância que seja solúvel em água. Se você tem pressa, triture as pedras. 

Quanto maior for a superfície de contato do gelo, mais rápido é o resfriamento, explica Valdir Bindilatti, professor do Instituto de Física da USP.

Praticamente todo mundo sabe que se adicionarmos sal de cozinha (cloreto de sódio, em sua maioria) ao gelo, acabamos derretendo o mesmo, se as temperaturas não estiverem muito baixas (abaixo de 25°C negativos, por exemplo) e a pressão seja ambiente. Mas porque isso acontece?

O gelo da neve em alguns países é derretido com sal

É muito comum vermos as pessoas de países frios jogando sal em montes de neve para facilitar sua retirada de casas e estradas e a explicação para este fenômeno é muitas vezes confundida até mesmo pelos professores de ensino médio. 

Vocês talvez já ouviram que isto ocorre porque as interações entre as moléculas de água no gelo são quebradas pela presença do cloreto de sódio, por causa da sua grande afinidade polar com a água. E isto é totalmente errado. 

O abaixamento do ponto de fusão (temperatura onde o sólido transforma-se em líquido) causado pela adição de um soluto (no caso aqui, o cloreto de sódio) ocorre por causa do aumento de entropia (desordem) no sistema e não depende em quase nada das interações entre soluto e solvente. 

Ou seja, se você adicionar açúcar, terá o mesmo resultado do que o sal de cozinha!

Além de abaixar o ponto de fusão, o aumento de entropia aumenta o ponto de ebulição (passagem rápida do líquido para a fase gasosa), a pressão de vapor (volatilidade da solução) e a pressão osmótica. 

A água, com a adição de qualquer soluto, passa a congelar em uma temperatura mais baixa do que o normal, e, por isso, a mistura entre gelo e sal produz a solução líquida dos dois, já que não era para ter estado sólido naquela temperatura com a presença do cloreto de sódio, considerando uma pressão ambiente. 

Da mesma forma, todo mundo já percebeu que, quando colocamos sal ou açúcar em uma água fervendo (ebulindo) no fogão, a mesma para na hora o processo de fervura, porque a entropia aumenta e com ela o ponto de ebulição.

Agora, outro ponto interessante é o uso de sal e gelo para congelar mais rapidamente bebidas e outros alimentos frios. 

A explicação é a mesma e envolve também outro fator termodinâmico. Como foi dito, o sal, em contato com o gelo, liquefaz este último, mas por que sua cerveja congela rapidinho em contato com essa mistura? 

Para passar para o estado líquido, é necessário fornecer calor para as interações intermoleculares do gelo se quebrarem. 

O sal (soluto) força a passagem para a fase líquida e o calor requerido acaba vindo da própria água (sistema)! 

Com isso, a temperatura na solução cai muito, atingindo marcas de até 21°C negativos, o que faz sua cerveja, e todo o ambiente ali próximo, esfriar violentamente!

Essa técnica é muito utilizada em laboratórios de química quando se quer obter temperaturas muito baixas de forma rápida e barata. 

A solução, neste caso, é chamada mistura congelante. Muitos inconsequentes gostam de desafiar os amigos a segurarem ou pressionarem gelo e sal de cozinha contra a pele e ver quanto tempo suportam a dor sentida pela exposição às temperaturas baixíssimas alcançadas no processo. 

Além da dor, essa brincadeira imbecil pode causar sérias queimaduras de frio e até mesmo danificar permanentemente nervos na pele.

Depois de ter lido tudo isso, você pode estar se perguntando agora: Mas se essa mistura precisa de calor externo para chegar à fase líquida, esse processo não deveria ser espontâneo, não é mesmo?  

Esse é outro erro também muito propagado no ensino médio. A espontaneidade de uma reação química ou mudança física de estado não depende do valor da entalpia.

No ensino médio, aprendemos que a entalpia negativa de um fenômeno envolve a liberação de energia (calor) e entalpia positiva envolve a absorção de energia do ambiente. 

Isso está correto, mas professores menos preparados tendem a afirmar que entalpia negativa significa reação espontânea e entalpia positiva demanda um trabalho exterior extra para o processo ocorrer. 

Mas, nesse pensamento, esquece-se da entropia relacionada em uma das mais famosas expressões da termodinâmica, mostrada na figura abaixo. 

A espontaneidade de um processo químico/físico depende da energia livre de Gibbs, e esta dependerá da variação de entropia concomitante com a variação de entalpia.

Se a variação positiva da entropia for muito grande (maior desorganização do sistema), independente do valor da variação de entalpia (se não for muito grande no sentido positivo, claro), a variação de Gibbs será negativa, e, portanto, o processo será espontâneo. 

Assim, o sal derrete o gelo, em um processo endotérmico e de forma espontânea.

Outra pergunta relacionada ao derretimento do gelo com sal de cozinha: Por que não usam outro soluto sem ser o sal, se a natureza química deste último não influencia no fenômeno aqui descrito? 

A resposta é simples: ele é barato e não faria uma meleca como ocorreria se usássemos, por exemplo, açúcar. 

Imagina limpar a rua cheia de neve usando açúcar! O gelo sumiria, mas todos teriam que se preparar para um exército de formigas e outras tropas famintas logo depois, além disso provocar um aumento absurdo no preço do etanol.

Desejo aos meus leitores uma ótima tarde de Sábado!! 

Porque quando adicionamos gelo em um copo contendo água à temperatura ambiente ela fica gelada?

Porque o copo de água gelada fica suado?

Quando um copo de vidro cheio de água gelada é colocado à temperatura ambiente?

Por que a água fica mais gelada no copo de alumínio?