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Comportamento irregular da água

Física

O comportamento irregular da água entre as temperaturas de 0 e 4ºC ocorre porque suas moléculas realizam ligações de hidrogênio.
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Quando uma substância é aquecida, ela recebe energia de forma que suas moléculas ficam agitadas, passando a ocupar um maior volume, ou seja, sofre dilatação. O oposto ocorre quando uma substância é resfriada, pois ela perde energia e suas moléculas tendem a ficar bem próximas umas das outras, causando uma contração no volume. Isso faz com que, normalmente, a matéria no estado sólido ocupe menos volume do que quando está no estado líquido.

Ao contrário do que acontece com a maioria das substâncias, a água possui um comportamento anômalo: quando é aquecida, entre os intervalos de 0 e 4º C, ela sofre contração e depois começa a dilatar-se, ou seja, quando a água está em seu estado sólido, ela tem volume maior do que no estado líquido nesse intervalo de temperatura. Esse comportamento irregular da água pode ser representado com o seguinte gráfico:

O volume da água diminui entre 0 e 4ºC e depois começa a aumentar
O volume da água diminui entre 0 e 4ºC e depois começa a aumentar

Se o volume da água diminui durante esse intervalo e sua massa é mantida constante, consequentemente a densidade da água, que é a razão entre a massa e o volume, será máxima quando a água estiver a 4ºC. Observe o gráfico:

Esse gráfico mostra que a densidade da água é máxima quando a temperatura é 4ºC
Esse gráfico mostra que a densidade da água é máxima quando a temperatura é 4ºC

Mas qual é a razão para a dilatação anômala da água? Essa explicação é encontrada em sua constituição molecular. As moléculas da água são unidas por meio de ligações químicas denominadas Ligações de hidrogênio.

Quando a temperatura da água aumenta, acima de 0ºC, as ligações de hidrogênio começam a romper-se, ocorrendo uma aproximação entre as moléculas. Esse efeito supera a agitação térmica molecular, que causa o afastamento das moléculas e faz com que elas ocupem volume maior de tal forma que ocorre contração em seu volume.

Quando a temperatura supera os 4ºC, o número de ligações de hidrogênio já é bem reduzido. Dessa forma, começa a prevalecer o afastamento molecular, havendo, portanto, aumento em seu volume.

Esse comportamento irregular da água explica vários fenômenos naturais, entre eles o fato de o gelo flutuar na água, que é o que ocorre nas regiões muito frias, onde a superfície dos lagos fica congelada enquanto no fundo a água permanece líquida. Como a água tem densidade máxima a 4ºC, ela permanece no fundo, impossibilitando a convecção térmica, que é uma troca de calor em razão da diferença de densidade.


Por Mariane Mendes
Graduada em Física

DEIXE SEU COMENTÁRIO
  • Breno Leopoldodomingo | 10/05/2015 10:54Hs
    Estou me sentino orgulhoso, após estudar a densidade já me perguntei "porque o gelo flutua?", e acabei procurando essa matéria!
  • OCIONE PEREIRA DOS SANTOSdomingo | 22/02/2015 23:58Hs
    MUITO BOM SEU TEXTO. Parabéns Mariane Mendes!!!
  • Giovanna Villanovasegunda-feira | 14/07/2014 13:00Hs
    "Quando a temperatura supera os 4 ºC, o número de ligações de hidrogênio já é bem reduzido. Dessa forma, começa a prevalecer o afastamento molecular, havendo, portanto, aumento em seu volume." Vi um texto que dizia "Até 4 ºC, o resfriamento da água é acompanhado pela diminuição do volume. A partir daí até o congelamento total, a 0 ºC, a água aumenta de volume aproximadamente 9% e fica menos densa." Quando vocês usaram "supera os 4 ºC" queriam dizer quando a temperatura abaixa ou aumenta? Porque parecer ser quando fica acima disso e, no entanto, a água aumenta de volume daí para baixo, isso que eu achei confuso...
    • Mariane Mendes Teixeirasexta-feira | 01/08/2014 13:25Hs
      Olá Giovanna! O termo "supera os 4ºC" quer dizer que a temperatura aumenta até atingir valor maior do que 4ºC. Sendo assim, tanto o trecho que você destacou do nosso texto como o que você cita abaixo dizem tem o mesmo significado. Obrigada pelo seu comentário!
      Equipe Brasil Escola
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