Gelo e a densidade da água

Por que o gelo flutua sobre a água, em vez de afundar como a maioria dos sólidos? Existem duas partes na resposta a esta pergunta. Primeiro, vamos dar uma olhada no porque alguma coisa flutua. Então, vamos examinar por que o gelo flutua em cima da água líquida, em vez de afundar no fundo.

Uma substância flutua se for menos densa ou tiver menos massa por unidade de volume do que outros componentes de uma mistura. Por exemplo, se você atirar um punhado de pedras em um balde de água, as rochas que são denso comparado com a água, afundará. A água, que é menos densa que as rochas, flutuará. Basicamente, as rochas empurram a água para fora do caminho ou a deslocam. Para que um objeto possa flutuar, ele precisa deslocar um peso de fluido igual ao seu próprio peso.

A água atinge sua densidade máxima a 4 ° C (40 ° F). À medida que esfria ainda mais e congela no gelo, torna-se menos denso. Por outro lado, a maioria das substâncias é mais densa no estado sólido (congelado) do que no estado líquido. A água é diferente por causa de ligação de hidrogênio.

UMA molécula de água é feito de um oxigênio átomo e dois átomos de hidrogênio fortemente unidos um ao outro com ligações covalentes. As moléculas de água também são atraídas umas pelas outras por ligações químicas mais fracas (ligações de hidrogênio) entre o hidrogênio carregado positivamente átomos e o cobrado negativamente átomos de oxigênio de moléculas de água vizinhas. À medida que a água esfria abaixo de 4 ° C, as ligações de hidrogênio se ajustam para manter separados os átomos de oxigênio com carga negativa. Isso produz uma estrutura de cristal conhecida como gelo.

O gelo flutua porque é cerca de 9% menos denso que a água líquida. Em outras palavras, o gelo ocupa cerca de 9% a mais de espaço que a água; portanto, um litro de gelo pesa menos que um litro de água. A água mais pesada desloca o gelo mais leve, então o gelo flutua para o topo. Uma conseqüência disso é que lagos e rios congelam de cima para baixo, permitindo que os peixes sobrevivam mesmo quando a superfície de um lago está congelada. Se o gelo afundasse, a água seria deslocada para o topo e exposta a temperaturas mais baixas, forçando rios e lagos a se encherem de gelo e congelarem sólidos.

No entanto, nem todo gelo de água flutua na água comum. Gelo produzido com água pesada, que contém o isótopo deutério de hidrogênio, pias em água normal. A ligação de hidrogênio ainda ocorre, mas não é suficiente para compensar a diferença de massa entre água normal e água pesada. Gotas de água pesada afundam em água pesada.