Por que a água quente congela mais rápido do que a água fria?

Parece sensato supor que uma temperatura inicial mais baixa forneceria uma vantagem insuperável para atingir o ponto de congelamento. Na simples execução do termômetro, um objeto quente teria primeiro que atingir a temperatura original do objeto com uma temperatura mais baixa e, em seguida, continuar a descer, sugerindo que ele deveria passar mais tempo esfriando para congelar. Mas não é o que acontece na realidade.

Esse fenômeno ilógico foi observado pelo próprio Aristóteles, que escreveu sobre os habitantes da atual Turquia borrifando as estacas de suas paliçadas com água quente para protegê-las, porque assim eles congelariam antes. Mas foi só na década de 1970 que o fenômeno recebeu uma explicação pouco clara e questionável, recebendo o nome de "efeito Mpemba". Foi nos últimos anos que se popularizou quando centenas de pessoas aproveitaram as temperaturas do inverno para lançar ao ar litros de água fervente que nunca mais voltaram à superfície.

Várias foram as teorias que tentaram explicar o porquê desse efeito: umas eram sobre a dissolução dos gases nas gotas, outras sobre as propriedades das ligações moleculares e outras que a água quente evapora mais rápido, perde massa e precisa perder menos energia. No entanto, todas essas teorias foram descartadas e o efeito tem sido difícil de provar, em parte devido ao tempo que leva para resfriar grandes volumes de água e porque a água é um meio muito mais complexo do que parece à primeira vista.

Um novo experimento

Experimentos que tentam esclarecer esse fenômeno foram "nublados" pela complexidade da água e do processo de congelamento, dificultando a reprodução dos resultados e deixando os cientistas em desacordo sobre o que causa o efeito, como defini-lo e até mesmo se é real. Agora, dois físicos da Simon Fraser University desenvolveram um experimento pela primeira vez para demonstrar o "efeito Mpemba" em um ambiente controlado.

Em seu artigo publicado na revista Nature, Avinash Kumar e John Bechhoefer descrevem uma maneira de acelerar o processo de resfriamento inserindo microesferas de vidro na água e, em seguida, submetendo-as a forças cuidadosamente projetadas. No experimento, cada microesfera representa uma única molécula de água, e as medições foram feitas 1.000 vezes sob um conjunto de condições controladas para produzir uma coleção de "moléculas", enquanto um laser exercia forças sobre cada uma.

A dupla determinou que, com base na variação das forças na esfera de vidro da água, algumas delas poderiam resfriar muito mais rápido do que o normal se a forma como essas forças eram aplicadas fosse projetada "corretamente". Sob certas condições, as esferas que começaram mais quentes esfriaram mais rápido, e às vezes exponencialmente, do que as mais frias.

Para as microesferas, dependendo da distribuição das forçantes externas, iniciar com uma temperatura mais alta significava que elas poderiam se reorganizar mais facilmente em uma configuração que coincidisse com uma temperatura mais baixa. Seria como, quando uma pessoa caminhando ter a possibilidade de chegar ao destino desejado mais rápido começando mais longe, se esse ponto de partida permitir que ele evite um caminho mais complicado ou que gaste mais energia.