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Por que o gelo flutua na água?

De icebergs gigantes a minúsculos cubos, o gelo – a forma congelada da água – sempre flutua em sua forma líquida. Isso não é estranho?Nós não somos os únicos que pensam que é incomum; o mundo inteiro acha surpreendente que um sólido deva flutuar em sua forma líquida. Faça uma busca rápida no Google e você encontrará dezenas de páginas discutindo essa tendência estranha do gelo.Como se vê, como tudo mais, há uma razão científica por trás desse fenômeno. Mas primeiro, vamos ser claros sobre o que faz as coisas afundarem ou flutuarem.

A regra singular, quando se trata da capacidade de um objeto flutuar na água (ou qualquer outro líquido), diz respeito à densidade do objeto em questão. Você já ouviu falar do Princípio de Arquimedes?

O Princípio de Arquimedesafirma que, para um objeto flutuar na água, ele deve deslocar uma quantidade igual de água. Em outras palavras, você pode dizer que o destino de um objeto em um corpo de água é decidido pelo Princípio de Arquimedes.

É do conhecimento comum que os objetos sólidos têm mais densidade do que seus correspondentes líquidos. Quimicamente, isso também faz sentido. Moléculas são mais intimamente ligadas umas às outras de forma bem definida em um sólido, o que as torna rígidas e lhes dá mais peso. Todas as substâncias comuns que vemos e observamos na vida diária seguem esse princípio básico: objetos sólidos são mais densos e têm mais peso do que líquidos.

Dado isso, por que o gelo – que é um sólido – flutua na água? Não deveria afundar, como um sólido, e de acordo com a convenção geral, também ter mais densidade?

Um pouco de informação da água

A água é um líquido maravilhoso e cheio de comportamentos incomuns e estruturas químicas, razão pela qual apresenta uma exceção interessante ao comportamento geral de sólidos flutuando sobre suas formas líquidas.

Se você mantiver o resfriamento de um líquido, sua densidade continuará a aumentar até se tornar sólida, onde atinge a densidade máxima. No entanto, no caso da água, essa tendência é ligeiramente diferente, o que é a causa raiz de toda essa discussão.

A densidade da água aumenta à medida que você continua a resfriá-la; mas, ao contrário de outros líquidos, que têm sua maior densidade quando congelam, a água alcança a densidade máxima quando sua temperatura atinge 4 graus Celsius (39,2 graus Fahrenheit).

densidade da água contra a temperatura

Um gráfico mostrando como a densidade varia com a mudança de temperatura

Se você continuar a resfriar a água depois dos 4 graus Celsius, sua densidade começará a despencar (você pode ver isso no gráfico). A zero graus, ou seja, a temperatura em que a água se transforma em gelo, a densidade da água é realmente muito baixa.

Acontece que o gelo tem uma densidade menor que a da água, e qualquer objeto que tenha uma densidade menor do que a forma líquida na qual ele é mantido (neste caso, a água) poderá flutuar!

Mas por que a densidade do gelo é menor que a da água?

Para responder a isso, você terá que olhar para a estrutura química da água.

estrutura química da água

Uma molécula de água é feita de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio

Os átomos de oxigênio carregados negativamente ligam-se fortemente aos átomos de hidrogênio, formando uma forte ligação de hidrogênio.

Quando um líquido é resfriado, mais e mais moléculas são aproximadas e precisam ser acomodadas em uma área menor. Isso dá à maioria dos sólidos mais densidade do que sua forma líquida. No entanto, no caso da água, os átomos de oxigênio carregados negativamente se repelem (quando reunidos em um espaço menor) para evitar que o gelo se torne mais denso. Esta é a razão pela qual a densidade realmente diminui à medida que a temperatura continua abaixo de 4 graus Celsius.

Referências:

  1. Por que o gelo flutua? – Universidade de Miami
  2. Colagem virtual de Elmhurst de Chembook
  3. Por que o gelo flutua? – Extensão da Universidade Estadual de Michigan
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