A sublimação do gelo sólido acontece tão rapidamente quanto a evaporação da água líquida

É de se esperar que a água evapore muito mais rapidamente que o gelo. Surpreendentemente, investigadores da Universidade de Amesterdão mostraram agora que, para pequenas gotas de gelo, não é este o caso: as gotas de gelo e de água desaparecem igualmente depressa. Isto explica um facto que os esquiadores sabem bem: a neve recém-caída é muito diferente da neve que tem alguns dias. Os resultados foram publicados na Nature Communications esta semana.

Se colocarmos um copo de água sobre uma mesa e esperarmos muito tempo, esperamos que a água se evapore, mas não o copo em si, ou a mesa. Em nossa experiência, materiais sólidos não evaporam; portanto, esperamos intuitivamente que o gelo, também um sólido, também não evapore significativamente. No entanto, tal processo – conhecido na terminologia da física – acontece: os esquiadores sabem, por exemplo, que mesmo que a temperatura permaneça abaixo do ponto de congelamento, alguns centímetros de neve podem desaparecer em alguns dias.

Um resultado surpreendente

Embora muito menos estudada que a evaporação dos líquidos, a sublimação do gelo sólido tem consequências importantes, uma vez que impacta o clima (uma vez que o gelo reflecte a luz solar), bem como o tamanho e a forma das partículas de gelo nas nuvens (produzindo flocos de neve, granizo e granizo) e é de extrema importância para a formação de padrões complexos de erosão, tais como penitentes de neve em campos de neve a grandes altitudes.

Na pesquisa que foi publicada na Nature Communications esta semana, os físicos Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh e Daniel Bonn da Universidade de Amesterdão estudaram a sublimação de pequenas gotas de gelo e flocos de neve. Surpreendentemente, eles descobriram que nas mesmas condições, a sublimação de uma gota de gelo congelado acontece tão rapidamente quanto a evaporação da mesma gota quando ela é composta de água líquida.

Difusão estabelece o limite

Os pesquisadores mostram que este efeito surpreendente acontece porque tanto para a água líquida quanto para o gelo, a velocidade de evaporação é limitada pelo processo de difusão: a forma pela qual o vapor de água resultante se espalha lentamente através do ar. Esta conclusão vale para as gotas de gelo, mas também para os flocos de neve: estes tornam-se mais arredondados durante a sublimação (ver figura); um processo que era anteriormente atribuído à influência da estrutura cristalina subjacente. Os investigadores argumentam agora que esta estrutura cristalina não é tão importante como se pensava anteriormente: os seus argumentos de difusão são suficientes para explicar quantitativamente a evolução das formas dos flocos de neve observadas em experiências.

Os resultados explicam portanto a diferença entre neve recém-caída e neve de alguns dias de idade. Mas as conclusões não são apenas interessantes para aqueles que gostam de esquiar, pois as aplicações não se limitam a gotas de gelo ou flocos de neve. As conclusões aplicam-se igualmente à dissolução de pequenos cristais, uma vez que a sua dinâmica é governada pela mesma física. Assim, os resultados também podem ser aplicados no controle do tamanho e da forma das nanopartículas e dos cristais de sal ou da taxa de dissolução dos produtos farmacêuticos.