Explique a expansão de volume da água durante o congelamento.

Passo 1

Beleza, então o enunciado pede pra explicar por que a água aumenta de volume quando congela. Isso é conteúdo de Propriedades da Matéria / Física e Química – especificamente densidade e ligações de hidrogênio. Para resolver a gente vai precisar:
  1. Entender o que é densidade e como ela se relaciona com volume.
  2. Ver como a água forma ligações de hidrogênio e monta uma estrutura no gelo.

Passo 2

Antes de tudo, bora lembrar o que é densidade. Densidade (ρ) é definida como:
rho = mV
onde m é a massa e V é o volume. Se a massa permanece a mesma e a densidade cai, o volume tem que aumentar.

Passo 3

Na fase líquida, as moléculas de água ficam bem juntinhas, deslizando umas sobre as outras. Quando a temperatura cai, a energia térmica diminui e as moléculas formam um arranjo mais “organizado” por causa das ligações de hidrogênio.

Passo 4

Essas ligações de hidrogênio fazem com que cada molécula de água se ligue a quatro vizinhas, formando uma estrutura cristalina hexagonal bem aberta. Nesse “hexágono” há mais espaço vazio entre as moléculas do que havia na água líquida.

Passo 5

Resumindo a parte teórica:
  • Água líquida: moléculas próximas, densidade maior.
  • Água sólida (gelo): ligações de hidrogênio fixas em padrão hexagonal, mais espaços vazios → densidade menor.

Resposta

Como a densidade do gelo é menor que a da água líquida, para a mesma massa o seu volume aumenta (cerca de 9% de expansão). É por isso que o gelo “flutua” na água e ocupa mais espaço quando se forma.

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