Todos nós aprendemos que quanto menor a temperatura de um elemento ou mistura mais suas moléculas tendem a se aproximar, reduzindo assim o volume do corpo, ao passo que quanto maio a temperatura mais suas moléculas se distanciam, logo a substância se expande.
Isso é verdade, exceto no caso da água, que quando se solidifica, sua densidade cai cerca de 9%, ou seja seu volume aumenta porém sua massa continua a mesma, esse fenômeno ocorre apenas na água e em alguns elementos como, o chumbo, o urânio, o neônio e o silício, todas as outra substâncias apresentam comportamento normal com relação à temperatura e densidade, isso ocorre devido à estrutura eletromagnética de seus átomos, unidos pela chamadas pontes de hidrogênio.
Porém a densidade da água não é inversamente proporcional à sua temperatura, isso ocorre apenas abaixo de 4ºC, pois até 4ºC ou 3,98ºC para ser mais preciso, a densidade da água aumenta conforme a temperatura abaixa, só a partir dos 3,98ºC que começa a formação de cristais que causam a expansão.
Porque o gelo se expande quando congela?
Via de regra, a água se expande ao se solidificar devido à sua estrutura molecular em conjunto da elasticidade incomum de suas ligações de hidrogênio, e também à configuração cristalina bastante particular de baixa energia que ela assume em condições normais de pressão.
Ou seja, quando arrefecida a água se organiza na forma de uma rede cristalina que alonga os componentes rotacionais e vibracionais das ligações, de forma que cada molécula de água é afastada das vizinhas. Isso efetivamente reduz a densidade da água quando se forma gelo sob condições normais de pressão. A água compartilha o estado líquido mais denso com apenas alguns outros materiais, como o gálio, o germânio, o bismuto e o antimônio.
Motivo esse pelo qual os icebergs geralmente apresentam na superfície do oceano em média apenas 10% de volume total , tornando-os um perigo para embarcações que não os veem nos mares gelados. Esse fato deu origem à expressão “é só a ponta do iceberg” quando queremos falar que o pior ainda está por vir.
Esse fenômenos também causa a explosão de garrafas completamente cheias de água quando congela, e também o motivo pelo qual os lagos e rios em países mais frios congelam apenas na superfície, enquanto a água mais densa (com temperatura em torno de 4ºC concentra-se no fundo, se isso não ocorresse eles congelariam completamente aniquilando toda vida que neles abita.
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