Por Ann Johnson, atualizado em 24 de março de 2022
Movimento molecular durante o congelamento
Quando a água passa do estado líquido para o sólido, suas moléculas passam de uma dança constante e caótica para uma rede altamente ordenada. No estado líquido, as moléculas colidem, deslizam umas sobre as outras e nunca permanecem no mesmo lugar por muito tempo. À medida que a temperatura cai para 32°F (0°C), o movimento fica mais lento e as moléculas se fixam em um arranjo cristalino e repetitivo que vemos como gelo.
Atração Molecular e Ponto de Congelamento
Cada molécula experimenta forças que a puxam em direção aos seus vizinhos. Atracções fortes, como as do carbono, podem manter os átomos unidos mesmo a milhares de graus, enquanto forças fracas no hélio significam que este permanece gasoso até ao frio extremo. As forças intermoleculares da água são moderadas – fortes o suficiente para manter as moléculas unidas a 32°F, mas fracas o suficiente para derreter novamente a 32°F (0°C). Este equilíbrio dá à água a sua temperatura de congelamento única.
Depressão do ponto de congelamento com solutos
A adição de substâncias como açúcar, sal ou álcool reduz a temperatura na qual a água congela. Quanto mais soluto você adicionar, maior será a queda. É por isso que as equipes rodoviárias espalham sal nas calçadas geladas – o sal reduz o ponto de congelamento, transformando o gelo em água líquida mesmo quando as temperaturas oscilam abaixo de 32°F. Da mesma forma, a vodca, que contém cerca de 40% de etanol, permanece líquida num congelador padrão porque a presença do álcool diminui o ponto de congelamento em vários graus.
Formação de gelo, expansão e estruturas cristalinas
A maioria dos materiais se contrai quando resfriados, mas a água se comporta de maneira diferente. Atinge a densidade máxima em cerca de 39°F (4°C). Abaixo disso, a água se expande à medida que suas moléculas adotam uma rede hexagonal, criando lacunas que tornam o gelo menos denso que a água líquida. Essa expansão é a razão pela qual os flocos de neve se formam, à medida que o arranjo hexagonal continua a crescer em delicados cristais.
A pressão da expansão do gelo
Como o gelo se expande, um recipiente selado com água pode romper quando congelado. A pressão exercida pela expansão do gelo pode atingir até 40.000 psi a –7,6°F (–22°C). Mesmo recipientes robustos, como aço ou ferro, podem falhar sob esse estresse, e é por isso que você verá frequentemente garrafas estourando no congelador.
