Simulado FUVEST 2027 — questão 80 de Física
Enunciado em texto
Texto para as questões 79 e 80
No início do século XX, exploradores que atravessavam a Antártida observaram um fenômeno intrigante na geleira Taylor: água de cor avermelhada brotava do gelo, lembrando sangue. O fenômeno ficou conhecido como “Cachoeiras de Sangue” (Blood Falls).
Durante muito tempo, acreditou-se que a coloração fosse causada por algas ou microrganismos pigmentados que viviam em reservatórios de água presas abaixo do gelo. Na verdade, análises químicas mostraram que essa água é extremamente rica em íons ferro(II) dissolvidos. Enquanto permanece sob o gelo, em um ambiente sem oxigênio, a água é incolor. No entanto, ao entrar em contato com o ar, ocorre uma reação química rápida, responsável pela coloração vermelha intensa, semelhante à observada na ferrugem e no tom avermelhado do sangue, associado à hemoglobina.
O fluxo de água que dá origem às Blood Falls é fornecido por um lago subglacial de água com cerca de 4 vezes mais sais que a água do mar. Em condições normais, a água pura congela a 0 °C sob pressão atmosférica; no entanto, nesse lago, a água permanece líquida mesmo a temperaturas da ordem de −7 °C. Esse reservatório não congela mesmo em temperaturas abaixo de 0 °C, pois
A a elevada concentração de partículas dissolvidas reduz a temperatura de congelamento da água, dificultando a formação da estrutura cristalina do gelo.
B os íons de ferro presentes reagem quimicamente com a água, liberando calor e impedindo a solidificação.
C o aumento da densidade da água salgada pela concentração de sais dissolvidos eleva seu ponto de congelamento em relação à água pura.
D a pressão exercida pela geleira é suficiente, por si só, para impedir a mudança de fase da água.
E a ausência de oxigênio dissolvido dificulta a formação de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água, dificultando a solidificação da água líquida.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à FUVEST.
Resolução comentada
O que a questão pede: por que um lago com 4 vezes mais sal que o mar continua líquido a .
Passo 1 — o nome do fenômeno. É crioscopia (ou abaixamento crioscópico): dissolver soluto não volátil em um líquido abaixa a temperatura de congelamento dele.
onde é a molalidade e é o fator de van't Hoff — que para sais é maior que 1, porque cada fórmula se dissocia em vários íons.
Passo 2 — por que acontece. Para virar gelo, as moléculas de água precisam se organizar numa rede cristalina bem arrumada. Os íons dissolvidos ficam no meio do caminho atrapalhando esse encaixe. Resultado: é preciso tirar mais energia — ou seja, chegar a uma temperatura mais baixa — para o congelamento acontecer. É isso, em uma frase, a alternativa A.
Passo 3 — a conta de ordem de grandeza. A água do mar (≈ 3,5% de sais) congela por volta de . Com 4 vezes essa concentração, o abaixamento também fica ~4 vezes maior: algo perto de — batendo com os do enunciado. Os números fecham.
Passo 4 — derrubando as outras.
• B (íons de ferro reagem e liberam calor): o próprio texto diz que sob o gelo, sem oxigênio, nada acontece — a reação só ocorre quando a água encontra o ar. Não há calor sendo liberado lá embaixo.
• C (eleva o ponto de congelamento): sinal invertido. Soluto abaixa o ponto de congelamento; quem sobe é o ponto de ebulição (ebulioscopia).
• D (a pressão da geleira, por si só): a pressão de fato abaixa um pouquinho o ponto de fusão da água — mas é da ordem de por atmosfera. Precisaria de quase mil atmosferas para explicar . O "por si só" é o que mata a alternativa.
• E (falta de oxigênio dificulta ligações de hidrogênio): oxigênio dissolvido () não tem nada a ver com as ligações de hidrogênio entre moléculas de água. São coisas diferentes que só compartilham a palavra "oxigênio".
Você já usou isso: é o mesmo motivo de se jogar sal na estrada para derreter neve, e de a salmoura de sorveteria chegar abaixo de zero sem virar bloco.
Resposta: alternativa A.
Resolução em vídeo
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