Quando estamos em casa e queremos tomar um refrigerante bem gelado temos duas possibilidades, a primeira é colocá-lo no freezer e esperar por algum tempo, a outra opção é retirar o gelo das forminhas que estão no congelador da geladeira e acrescentá-los aos copos com o refrigerante. Quando retirarmos o gelo da forma, acrescentamos água para formar novos cubos de gelo, mas se deixarmos a forma por pouco tempo no congelador veremos que só uma pequena camada de gelo se forma na superfície de cada cubo.
Podemos verificar que abaixo de cada camada dos cubos de gelo a água continua em seu estado normal, isto é, continua em estado líquido, porém, se deixarmos por um longo período veremos que toda a água se congelará. Podemos dizer que esse mesmo efeito acontece com quantidade maior de água, isto é, acontece em rios, lagos e mares. O congelamento da água acontece da superfície para o fundo.
Vamos supor que estamos em um dia frio cuja temperatura inicial está em torno de 10ºC, após algum tempo essa temperatura cai abaixo de zero. O fato de a temperatura do ar diminuir muito também acarretará na diminuição da temperatura da água. Então, à medida que a temperatura da superfície da água vai baixando, a densidade da água na superfície tende a aumentar fazendo com que a água mais fria desça para o fundo. Ao mesmo tempo em que a água mais fria desce, a água mais quente sobe pelo fato de sua densidade ser menor do que a densidade da água fria. A tendência, após algum tempo, é toda a água do lago ficar na mesma temperatura.
Quando a temperatura da água da superfície atinge 4ºC, sua densidade começa a diminuir e a água com temperatura menor do que 4ºC começa a flutuar, pelo fato de sua densidade ser menor do que as águas do fundo. A partir dessa temperatura, a água da superfície continua se esfriando.
Conforme ela vai esfriando, vai se formando uma camada fina de gelo na superfície do lago (rio ou mar), essa camada tende a aumentar, isto é, a ficar mais espessa, com o congelamento de novas camadas de água que estão abaixo dela. Como o gelo possui densidade menor do que a água, ele flutua, fazendo com que essa camada sirva de isolante térmico entre o ar que está com temperatura abaixo de 0ºC e a água que está com 4ºC.
Para que toda a água se congele é necessário que as baixas temperaturas se mantenham por longos períodos, isto é, por muitos meses.
Você já se perguntou porque apenas a superfície dos lagos e rios congela? Nossos professores desvendam esse mistério para você!
Esta dúvida não foi apenas minha quando era criança ou adolescente! Imagine você colocando uma tigela de água para congelar para que depois a mesma seja colocada em um isopor para a viagem de amanhã! Para a nossa surpresa ao tentarmos retirar o gelo da tigela, uma fina camada de gelo na superficie se rompe e pronto...só água gelada!
Fora o desespero de ter que comprar o gelo em alguma loja, fica a dúvida: por que isso aconteceu? Esse fenômeno também acontece em lagos e rios e é uma grande armadilha aos aventureiros desavisados, que ao andar sobre esta camada fina a quebra com o peso do corpo, caindo em águas geladas.
Para explicar isso, devemos ter em mente alguns conceitos:
Devido às ligações chamadas pontes de hidrogênio que existem para a molécula de água e, em menor razão, devido à existência de gases dissolvidos e que podem ficar aprisionados, a água tem o que chamamos de “comportamento anômalo”, pois a sua densidade ao contrário do que acontece com outros líquidos tende a se elevar à medida que aumentamos a temperatura. Desta maneira, o GELO É MENOS DENSO DO QUE A ÁGUA E POR ISSO ELE FLUTUA!
Ainda devido ao comportamento anômalo da água: a água mais densa é aquela que está a 4ºC, com isso, ela desce e fica no fundo dos lagos, ao passo a que a água a 0ºC que está menos densa fica na superfície, trocando calor diretamente com o ambiente e com isso facilitando seu congelamento.
Mas existe alguma vantagem nisso? Podemos pensar que não, mas a natureza é sábia! Se por acaso tudo ocorresse a contrário e o gelo fosse mais denso que a água, após a sua formação ele desceria até ao fundo do lago ou do rio, fazendo então com que a água se congelasse de baixo para cima e não de cima para baixo (não esquecendo a chamada Convecção).
Se isso ocorresse, os seres vivos microscópicos, peixes e algas que vivem no fundo seriam os que sofreriam rapidamente a pior conseqüência deste fenômeno: a morte!
Veja então que este comportamento “ANÔMALO” da água foi protege a vida aquática e a terrestre que depende dela.
Porque a camada de gelo funciona como uma espécie de cobertor, impedindo que a água mais profunda congele. “A capa gelada faz o papel de isolante térmico. Como o gelo é um mau condutor, ele evita que o resto da água perca calor para a atmosfera”, afirma o glaciologista Jefferson Cardia Simões, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Há ainda outro fator importante: no inverno, o fundo do lago libera o calor armazenado pelo solo durante o verão, deixando a temperatura um pouco mais quente, perto de 4ºC. Pode não ser nada encorajador para um mergulho, mas é o suficiente para manter a água em estado líquido, garantindo a sobrevivência de várias espécies. Nos lagos que congelam só no inverno, a capa de gelo não costuma ter mais que 1 metro de espessura. Parece pouco, mas, se ela for bem sólida e longa, suporta o peso de um caminhão de 25 toneladas!
A água de lagos e rios congela a 0ºC e nos oceanos a -1,8ºC – porque o sal reduz a temperatura necessária para o congelamento. O “cobertor gelado” dos mares também pode ser mais espesso. Existem regiões no Ártico com mais de 30 metros de gelo, embora a média não ultrapasse 5 metros no Pólo Norte e 1,20 metro no Oceano Antártico.
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Formação de ligação intermoleculares.
O congelamento da água, presente em países frios, compreende um processo que resulta na formação de ligação intermoleculares, por conta do abaixamento da temperatura, mais especificamente entre ligações de hidrogênio presentes na água.
Diante disso, o abaixamento de temperatura torna as moléculas menos agitadas, e mais susceptíveis a ligação intermolecular.