Blocos de gelo polar e icebergs flutuam no oceano, e mesmo em bebidas o gelo nunca afunda até o fundo. Pode-se concluir que o gelo não afunda na água. Por quê? Se você pensar bem, essa pergunta pode parecer um pouco estranha, porque o gelo é sólido e - intuitivamente - deve ser mais pesado que o líquido. Embora esta afirmação seja verdadeira para a maioria das substâncias, a água é a exceção à regra. Água e gelo são distinguidos por ligações de hidrogênio, que tornam o gelo mais leve no estado sólido do que quando está no estado líquido.
Questão científica: por que o gelo não afunda na água
Vamos imaginar que estamos em uma aula chamada "The World Around" na 3ª série. “Por que o gelo não afunda na água?”, pergunta a professora às crianças. E as crianças, não tendo profundo conhecimento de física, começam a raciocinar. "Talvez seja mágica?" diz uma das crianças.
De fato, o gelo é extremamente incomum. Praticamente não existem outras substâncias naturais que, no estado sólido, possam flutuar na superfície de um líquido. Esta é uma das propriedades que torna a água uma substância tão incomum e, francamente, é o que muda o caminho da evolução planetária.
Existem alguns planetas que contêm grandes quantidades de hidrocarbonetos líquidos, como a amônia - no entanto, quando congelado, esse material afunda no fundo. A razão pela qual o gelo não afunda na água é que quando a água congela, ela se expande e, com ela, sua densidade diminui. Curiosamente, a expansão do gelo pode quebrar rochas - o processo de glaciação da água é tão incomum.
Cientificamente falando, o processo de congelamento estabelece rápidos ciclos de intemperismo e certos produtos químicos liberados na superfície podem dissolver minerais. Em geral, existem processos e possibilidades associadas ao congelamento da água que as propriedades físicas de outros líquidos não implicam.
Densidade do gelo e da água
Então, a resposta para o porquê de o gelo não afundar na água, mas flutuar na superfície, é que ele tem uma densidade menor do que o líquido - mas essa é uma resposta de primeiro nível. Para entender melhor, você precisa saber por que o gelo tem baixa densidade, por que as coisas flutuam em primeiro lugar, como a densidade leva à flutuação.
Lembre-se do gênio grego Arquimedes, que descobriu que após a imersão de um determinado objeto na água, o volume de água aumenta em um número igual ao volume do objeto imerso. Em outras palavras, se você colocar um prato fundo na superfície da água e depois colocar um objeto pesado nele, o volume de água que será despejado no prato será exatamente igual ao volume do objeto. Não importa se o objeto está completamente submerso ouparcialmente.
Propriedades da água
A água é uma substância incrível que basicamente alimenta a vida na Terra, pois todo organismo vivo precisa dela. Uma das propriedades mais importantes da água é que ela tem a densidade mais alta a 4°C. Assim, a água quente ou o gelo são menos densos que a água fria. Substâncias menos densas flutuam sobre substâncias mais densas.
Por exemplo, ao preparar uma salada, você notará que o óleo está na superfície do vinagre - isso pode ser explicado pelo fato de ele ter uma densidade menor. A mesma lei também é válida para explicar por que o gelo não afunda na água, mas afunda na gasolina e no querosene. É só que essas duas substâncias têm uma densidade menor que o gelo. Então, se você jogar uma bola inflável na piscina, ela flutuará na superfície, mas se você jogar uma pedra na água, ela afundará.
Que mudanças acontecem com a água quando ela congela
A razão pela qual o gelo não afunda na água é devido às ligações de hidrogênio que mudam quando a água congela. Como você sabe, a água consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Eles estão ligados por ligações covalentes que são incrivelmente fortes. No entanto, o outro tipo de ligação que se forma entre moléculas diferentes, chamada de ligação de hidrogênio, é mais fraca. Essas ligações se formam porque os átomos de hidrogênio carregados positivamente são atraídos pelos átomos de oxigênio carregados negativamente das moléculas de água vizinhas.
Quando a água está quente, as moléculas são muito ativas,movimentam-se muito, formam e decompõem rapidamente ligações com outras moléculas de água. Eles têm a energia para se aproximar um do outro e se mover rapidamente. Então, por que o gelo não afunda na água? A química esconde a resposta.
Física do gelo
À medida que a temperatura da água cai abaixo de 4 °C, a energia cinética do líquido diminui, de modo que as moléculas não se movem mais. Eles não têm energia para se mover e são tão fáceis quanto em alta temperatura para quebrar e formar ligações. Em vez disso, eles formam mais ligações de hidrogênio com outras moléculas de água para formar estruturas de rede hexagonais.
Eles formam essas estruturas para manter as moléculas de oxigênio carregadas negativamente separadas. No meio dos hexágonos formados como resultado da atividade das moléculas, há muito vazio.
O gelo afunda na água - razões
O gelo é na verdade 9% menos denso que a água líquida. Portanto, o gelo ocupa mais espaço do que a água. Praticamente, isso faz sentido porque o gelo se expande. É por isso que não é recomendado congelar uma garrafa de vidro com água - a água congelada pode criar grandes rachaduras mesmo no concreto. Se você tiver uma garrafa de litro de gelo e uma garrafa de litro de água, uma garrafa de água gelada será mais fácil. As moléculas estão mais afastadas neste ponto do que quando a substância está no estado líquido. É por isso que o gelo não afunda na água.
Quando o gelo derretea estrutura cristalina estável se decompõe e se torna mais densa. Quando a água aquece até 4°C, ela ganha energia e as moléculas se movem mais rápido e mais longe. Esta é a razão pela qual a água quente ocupa mais espaço do que a água fria e flutua em cima da água fria - tem menos densidade. Lembre-se, quando você está no lago, enquanto nada, a camada superior da água é sempre agradável e quente, mas quando você abaixa os pés, sente a frieza da camada inferior.
A importância do processo de congelamento da água no funcionamento do planeta
Apesar da pergunta "Por que o gelo não afunda na água?" para a 3ª série, é muito importante entender por que esse processo está acontecendo e o que isso significa para o planeta. Assim, a flutuabilidade do gelo tem implicações importantes para a vida na Terra. Os lagos congelam no inverno em lugares frios - isso permite que peixes e outros animais aquáticos sobrevivam sob a camada de gelo. Se o fundo estivesse congelado, há uma grande probabilidade de que todo o lago possa estar congelado.
Nessas condições, nem um único organismo teria sobrevivido.
Se a densidade do gelo fosse maior que a densidade da água, então os oceanos afundariam no gelo, e as calotas polares que estariam no fundo não permitiriam que ninguém vivesse lá. O fundo do oceano estaria cheio de gelo - e no que tudo isso se transformaria? Entre outras coisas, o gelo polar é importante porque reflete a luz e evita que o planeta Terra fique muito quente.
