Aspectos dinâmicos da água versus álcool e acetona por técnicas de congelamento

Water still represents, on its critical properties and phase transitions, a problem of current scientific interest, as a consequence of the countless open questions and of the inadequacy of the existent theoretical models, mainly related to the different solid and liquid phases that this substance possesses. For example, there are 13 known crystalline forms of water, and also amorphous phases. One of them, the amorphous ice of very high density (VHDA), was just recently observed. Other example is the anomalous behavior in the macroscopic density, which presents a maximum at the temperature of 277 K. In order to experimentally investigate the behavior of one of the liquid-solid phase transitions, the anomaly in its density and also the metastability, we used three different cooling techniques and, as comparison systems, we made use of the solvents: acetone and ethyl alcohol. The first studied cooling system employ a Peltier plate, a device recently developed, which makes use of small cubes made up of semiconductors to change heat among two surfaces; the second system is a commercial refrigerator, similar to the residential ones. Finally, the liquid nitrogen technique, which is used to refrigerate the samples in a container, in two ways: a very fast and other one, almost static. In those three systems, three Beckers of aluminum were used (with a volume of 80 ml, each), containing water, alcohol and acetone. They were closed and maintained at atmospheric pressure. Inside of each Becker were installed three thermocouples, disposed along the vertical axis of the Beckers, one close to the inferior surface, other to the medium level and the last one close the superior surface. A system of data acquisition was built via virtual instrumentation using as a central equipment a Data-Acquisition board. The temperature data were collected by the three thermocouples in the three Beckers, simultaneously, in function of freezing time. We will present the behavior of temperature versus freezing time for the three substances. The results show the characterization of the transitions of the liquid

A água ainda representa, em suas propriedades críticas e transições de fase,um problema de interesse científico atual, em conseqüência das inúmeras questões em aberto e da insuficiência dos modelos teóricos existentes, principalmente relacionados às diferentes fases sólidas e líquidas que esta substância possui. Por exemplo, das 13 formas cristalinas conhecidas, a água exibe diferentes fases amorfas, sendo que uma delas, o gelo amorfo de muito alta densidade (VHDA), foi observada apenas recentemente. Outro exemplo é o comportamento anômalo na densidade que apresenta um máximo a 277K. Para investigar experimentalmente o comportamento de uma das transições de fase líquida sólida da água, a anomalia na sua densidade e também a meta estabilidade, usamos três diferentes sistemas de refrigeração e empregamos como sistemas de comparação, os solventes: Acetona e álcool etílico. O primeiro sistema de refrigeração usa uma placa Peltier, um dispositivo relativamente novo, que usa pequenos cubos semicondutores para trocar calor entre duas superfícies; o segundo foi um refrigerador comum, semelhante aos residenciais, uma geladeira. Finalmente o nitrogênio líquido, que é usado para refrigerar as amostras num container de duas maneiras, uma muito rápida e outra, quase estática. Nesses três sistemas foram utilizados três beckers de alumínio (com volume de 80ml, cada), contendo água, álcool e acetona, fechado se mantidos à pressão atmosférica. Dentro de cada becker foram arranjados três termopares, dispostos ao longo do eixo vertical dos beckers, um próximo a superfície inferior, outro ao nível médio e o último próximo a superfície superior. Um sistema de aquisição de dados foi montado via instrumentação virtual usando como equipamento central um Data Acquisitions. Com isso, foram coletados os dados de temperatura pelos três termopares nos três beckers, simultaneamente, em função do tempo de congelamento. Apresentaremos o comportamento de temperatura versus tempo de congelamento para as três substâncias. Os resultados mostram a caracterização de transições das fases líquido sólidas nos três líquidos, com ocorrência da fase meta estável tanto para a água quanto para o álcool e acetona, indicando a dinâmica da água nos diferentes aparatos de medida