A Água e seu Comportamento Irregular

Pessoas Patinando em um Lago Congelado

Em geral, elevando-se a temperatura de uma substância ocorre um aumento do volume.
A água, por sua vez, não se comporta termicamente como a maioria das substâncias, e isso causa consequências muito importantes na natureza, em virtude da sua abundância em nosso planeta.

Imaginemos que certa quantidade de água a 0 ºC é colocada em um recipiente indilatável. Aumentando sua temperatura, o nível do líquido desce até a temperatura atingir 4º C. A partir daí, se o aquecimento continuar, o nível do líquido passa a se elevar.
A conclusão que se pode tirar desse experimento é a de que, no aquecimento de 0 ºC até 4 ºC, a água sofre uma contração, ou seja, uma diminuição do volume. No aquecimento acima de 4 ºC a água sofre uma dilatação, isto é, um aumento do volume.
Esse comportamento é explicado pela existência de um tipo especial de ligação entre suas moléculas: as chamadas pontes de hidrogênio.

Essa ligação é de natureza elétrica e ocorre entre átomos de hidrogênio de moléculas diferentes. As pontes de hidrogênio estabelecem-se porque as moléculas de água são polares, isto é, apresentam certa polaridade elétrica.
Portanto, quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 ºC, ocorrem dois efeitos que se opõem quanto à sua manifestação macroscópica.

• a maior agitação térmica molecular produz um aumento na distância média entre as moléculas, o que se traduz por um aumento de volume.
• as pontes de hidrogênio se rompem, e em razão desse rompimento, na nova situação de equilíbrio, as moléculas se aproximam umas das outras, o que se traduz por uma diminuição do volume.

Ambos os efeitos estão sempre ocorrendo. A predominância de um ou outro efeito é que vai acarretar na dilatação ou contração da água. Daí podemos concluir que, de 0º C a 4º C, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando a contração da água. No aquecimento acima de 4 ºC, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância entre as moléculas) e, por isso, ocorre a dilatação.
Esse comportamento anômalo da água permite a existência de vida marinha nas regiões onde o inverno é extremamente rigoroso.

Tal fenômeno permite que os lagos tenham suas superfícies congeladas, porém, a água no fundo permanece no estado líquido, com temperaturas entre 0 ºC e 4 ºC.