O que acontece quando um copo d'água vai para o freezer?

Quando um copo d’água é colocado no freezer, diversas mudanças físicas e químicas ocorrem à medida que a água esfria e congela. Aqui está o que acontece:

Resfriamento:
À medida que a xícara entra no freezer, o ar frio de dentro começa a extrair calor da água. As moléculas de água diminuem seu movimento e sua energia cinética diminui. A temperatura da água começa a cair.

Super-resfriamento:
Em alguns casos, a água pode sofrer um fenômeno denominado “super-resfriamento”. Quando a água é resfriada abaixo de seu ponto de congelamento (0 graus Celsius ou 32 graus Fahrenheit) sem formar cristais de gelo, diz-se que ela está super-resfriada. Isto pode acontecer se não houver locais de nucleação, como partículas de poeira ou arranhões no recipiente, onde os cristais de gelo possam começar a crescer.

Nucleação:
Eventualmente, ocorre a nucleação e pequenos cristais de gelo se formam em torno dos locais de nucleação na água. Os cristais de gelo iniciais podem ser muito pequenos, como agulhas ou grãos microscópicos. Sua formação libera calor latente de fusão, que é a energia necessária para quebrar as ligações entre as moléculas de água no estado líquido.

Crescimento do Cristal:
À medida que mais cristais de gelo se formam, eles continuam a crescer através de um processo denominado “crescimento de cristal”. As moléculas de água próximas aos cristais de gelo são atraídas para sua estrutura ordenada e se juntam à crescente rede de gelo, liberando mais calor latente. Este processo de crescimento continua até que uma porção significativa da água se transforme em gelo sólido.

Transição de fase:
À medida que mais e mais moléculas de água são incorporadas aos cristais de gelo, a transição de fase da água líquida para o gelo sólido progride. O ponto de congelamento da água pode variar ligeiramente com base nas condições ambientais, como pressão do ar e impurezas, mas normalmente essa transição ocorre em torno do ponto de congelamento (0 graus Celsius ou 32 graus Fahrenheit).

Expansão:
Uma propriedade interessante da água é que sua densidade diminui à medida que ela congela. Isso significa que o gelo é menos denso que a água líquida. À medida que a água se transforma em gelo, ela sofre uma ligeira expansão de volume, cerca de 9% de aumento em relação ao seu estado líquido. Esta é frequentemente a razão por trás do rompimento de canos de água ou de recipientes externos rachados durante condições de congelamento.

O estado final do copo de água é uma mistura de cristais de gelo e água líquida restante, caso nem toda a água tenha congelado. A quantidade de gelo formada depende de quanto tempo a água permanece no freezer e das configurações de temperatura.

Nota:A taxa de resfriamento e as condições específicas dentro do freezer, como a circulação de ar e a estabilidade da temperatura do freezer, podem influenciar a aparência e a estrutura do gelo formado.