Com base na ligação de hidrogênio, explicar o comportamento anormal da água quando ela congela. Isto é, por que existe uma expansão do volume quando e

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.o 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.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. 

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 calorem razão da diferença de densidade.

Olá!

Este comportamento anômalo da água quando ela congela se dá ao seguinte fato: a expansão volumétrica se dá devido à agitação molecular, que é um parâmetro proporcionalmente direto com a temperatura. Assim, é de se esperar que os materiais diminuam seu volume com a diminuição da temperatura, continuamente.

A ligação de hidrogênio no caso da água é diferente: quando a água, inicialmente na forma de gelo, começa a se tornar líquida, as ligações de hidrogênio são mais fortes que a vibração térmica, e, então, ocorre uma aproximação das moléculas e diminuição do volume, que possui um valor mínimo em 4 ºC. Após 4 ºC a agitação térmica dos átomos começa a aumentar, provocando a expansão do volume.

Vale lembrar que o gelo possui mais volume do que a água líquida, pois no gelo ocorrem estruturas menos compactas, com vazios, que fazem seu volume aumentar.

Bons estudos