Comportamento anômalo da água

Comportamento anômalo da água

A água não se comporta termicamente como a maioria dos líquidos. Isto causa conseqüências muito importantes na natureza, em virtude da sua abundância em nosso planeta. Para analisar esse comportamento, imagine que certa quantidade de água a 0 ºC é colocada em um recipiente praticamente indilatável. Aumentando a temperatura, o nível do líquido desce até a temperatura atingir 4 ºC. A partir daí, se o aquecimento continua, o nível do líquido passa a elevar-se. A conclusão que se pode tirar desse efeito é a de que, no aquecimento de 0 ºC a 4 ºC, a água sofre contração. No aquecimento acima de 4 ºC, ocorre dilatação.

Isto pode ser mostrado através do gráfico abaixo:

O comportamento irregular da água, ao ter sua temperatura variada, é explicado pela existência de um tipo especial de ligação entre suas moléculas: pontes de hidrogênio. Essa ligação é de natureza elétrica e ocorre entre átomos de hidrogênios ligados aos elementos do grupo FON (flúor, oxigênio e nitrogênio). As pontes de hidrogênio estabelecem-se pelo fato de as moléculas de água serem polares, isto é, elas apresentam uma certa polaridade elétrica. Então, quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 ºC, ocorre 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 (dilatação);
• 
  as pontes de hidrogênio se rompem e, devido a esse rompimento, na nova situação de equilíbrio as moléculas se aproximam uma das outras, o que se traduz por uma diminuição de volume (contração).

Ambos os efeitos estão sempre ocorrendo. A predominância de um ou outro efeito é que vai acarretar a dilatação ou contração da água. Daí podermos concluir que, de 0 ºC a 4 ºC, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando contração da água. No aquecimento acima de 4 ºC, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância) e , por isso, ocorre dilatação.

Congelamento de lagos e mares

Em regiões muito frias, com invernos rigorosos, observa-se que os lagos têm sua superfície congelada, mas a água no fundo permanece no estado líquido, com temperatura entre 0 ºC e 4 ºC. Essa ocorrência é providencial, no sentido de preservar a vida aquática no fundo dos lagos e mares dessas regiões. Suponhamos que, num dado instante, a temperatura do ar comece a cair (a partir de 18 ºC, por exemplo). A água da superfície, em contato com o ar, esfria-se e fica mais densa que a água do fundo. Essa diferença de densidade provoca a movimentação da água: sobe água "quente" e desce água "fria". No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 ºC, essa movimentação cessa, pois, nessa temperatura, a água tem densidade máxima. Se o esfriamento prosseguir, a água da superfície fica menos densa que a água do fundo, não mais sendo possível a troca de posição. A água superficial pode chegar a se congelar, mas a do fundo mantém-se líquida. O resfriamento da água do fundo ocorre muito lentamente, porque tanto a água líquida quanto o gelo conduzem mal o calor.

1. (Unimep-SP) Quando um frasco completamente cheio de líquido é aquecido, verifica-se um certo volume de líquido transbordado. Esse volume mede:

a) a dilatação absoluta do líquido menos a do frasco

b) a dilatação do frasco

c) a dilatação absoluta do líquido

d) a dilatação aparente do frasco

e) a dilatação do frasco mais a do líquido

2. (U. Mackenzie–SP)

Quando um recipiente totalmente preenchido com um líquido é aquecido, a parte que transborda representa sua dilatação __________ . A dilatação __________ do líquido é dada pela __________ da dilatação do frasco e da dilatação __________ . Com relação à dilatação dos líquidos, assinale a alternativa que, ordenadamente, preenche de modo correto as lacunas do texto acima.

a) aparente — real — soma — aparente 

b) real — aparente — soma — real  

c) aparente — real — diferença — aparente

d) real — aparente — diferença — aparente

e) aparente — real — diferença — real 

3. (ENEM) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos:

I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível.

II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro.

III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. 

Destas considerações, somente:

a) I é correta.      

b) II é correta.

c) III é correta.  

d) I e II são corretas. 

e) II e III são corretas.   

4. (ITA-SP) Um pequeno tanque, completamente preenchido com 20,0 L de gasolina a 0 °F, é logo a seguir transferido para uma garagem mantida à temperatura de 70 °F. Sendo  γ = 0,0012 ºC^-1 o coeficiente de expansão volumétrica da gasolina, a alternativa que melhor expressa o volume de gasolina que vazará em consequência do seu aquecimento até a temperatura da garagem é:

a) 0,507 L         b) 0,940 L        c) 1,68 L        d) 5,07 L         e) 0,17 L 

5. (UFTM) Uma garrafa aberta está quase cheia de um determinado líquido. Sabe-se que se esse líquido sofrer uma dilatação térmica correspondente a 3% de seu volume inicial, a garrafa ficará completamente cheia, sem que tenha havido transbordamento do líquido.

Desconsiderando a dilatação térmica da garrafa e a vaporização do líquido, e sabendo que o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido é igual a 6.10^-4 ºC^-1, a maior variação de temperatura, em ºC, que o líquido pode sofrer, sem que haja transbordamento, é igual a

(A) 35.

(B) 45.

(C) 50.

(D) 30.

(E) 40. 

6. (U. Mackenzie-SP) Diz um ditado popular: "A natureza é sábia". De fato! Ao observarmos os diversos fenômenos da natureza, ficamos encantados com muitos pormenores, sem os quais não poderíamos ter vida na face da Terra, conforme a conhecemos. Um desses pormenores, de extrema importância, é o comportamento anômalo da água, no estado líquido, durante seu aquecimento ou resfriamento sob pressão normal. Se não existisse tal comportamento, a vida subaquática nos lagos e rios, principalmente das regiões mais frias de nosso planeta, não seria possível. Dos gráficos abaixo, o que melhor representa esse comportamento anômalo é

7. (PUC-MG) O tanque de gasolina de um automóvel, de capacidade 60 litros, possui um reservatório auxiliar de retorno com volume de 0,48 litros, que permanece vazio quando o tanque está completamente cheio. Um motorista enche o tanque quando a temperatura máxima que o combustível pode alcançar, desprezando-se a dilatação do tanque, é igual a: γ gasolina = 2,0 x 10^-4 ºC^-1.

a) 60°C
b) 70°C
c) 80°C
d) 90°C
e) 100°C

8. (FUVEST-SP) Um termômetro especial, de líquido dentro de um recipiente de vidro, é constituído de um bulbo de 1cm³ e um tubo com secção transversal de 1mm². À temperatura de 20°C, o líquido preenche o tubo até uma altura de 12mm. Considere desprezíveis os efeitos da dilatação do vidro e da pressão do gás acima da coluna do líquido. Podemos afirmar que o coeficiente de dilatação volumétrica média do líquido vale:

a) 3 × 10^-4 ºC^-1
b) 4 × 10^-4 ºC^-1
c) 12 × 10^-4 ºC^-1
d) 20 × 10^-4 ºC^-1
e) 36 × 10^-4 ºC^-1

9. (UFRG) Quando resfriamos uma determinada quantidade de água de 4ºC até 0ºC, ocorre que

A) o volume aumenta e a densidade diminui.
B) o volume diminui e a densidade aumenta.
C) o volume e a densidade diminuem.
D) o volume permanece constante e a densidade diminui.
E) o volume e a densidade aumentam.

 GABARITO 

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0		A	A	E	B	C	A	A	B	A
1
2

A dilatação anômala da água

Assim como os corpos sólidos, os líquidos também têm seu volume aumentando ao ser aquecidos (dilatação). Com isso, sua densidades diminui. No entanto, a água possui uma dilatação irregular. Por que isso ocorre? Existem outras substâncias que apresentam o mesmo comportamento?

                                                                   Fonte 10

Existem outras substâncias que apresentam em determinadas faixas de temperatura um comportamento irregular em relação com a variação térmica; como por exemplo o ferro.
O que realmente ocorre com a água? A água em uma faixa de temperatura de 0°C a 4°C quando aumentada a temperatura provoca um contração do seu volume, e a partir de 4°C o aumento da temperatura provoca uma dilatação.
Na faixa de 0°C a 4°C o volume da água(H2O) diminui porque pontes de hidrogênio são quebradas. Acima de 4°C, predomina o aumento das distâncias médias entre as moléculas ou seja dilatação térmica.

O que esse comportamento irregular da água pode causar no nosso cotidiano?

Com esse comportamento irregular da água, além de manter o clima mantém a vida nas regiões frias. Já pensou se a água não tivesse esse tipo de comportamento , a vida na terra já teria se extinguindo, se lembramos que a terra já passou por vários períodos glaciais.

Nos países frios essa característica é fundamental, pois a uma gama de animais que vivem nessas regiões e que sem essa característica  da água, não teriam da onde tirar os seu alimentos, veja alguns exemplo de animais que abitam essas regiões.