O Comportamento Anômalo da Água

Aquecendo certa massa m de água, inicialmente a 0 °C, até a temperatura de 100 °C, verificamos que de 0 °C a 4 °C o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo contração. A partir de 4 °C, continuando o aquecimento, o nível da água sobe, o que significa aumento de volume, ocorrendo dilatação.

Portanto, a água apresenta comportamento excepcional, contraindo-se quando aquecida de 0 °C a 4 °C. O gráfico abaixo mostra aproximadamente como varia o volume da água com o aumento de temperatura.

Observe que a 4 °C a massa m de água apresenta volume mínimo.

A densidade (d = m/V) varia inversamente com o volume V. Então, de 0 °C a 4 °C a densidade da água aumenta, pois o volume diminui,nesse intervalo. Acima de 4 °C, o volume da água aumenta e, portanto, a densidade diminui. Sendo o volume da água mínimo a 4 °C, nessa temperatura ela apresenta sua densidade máxima. O gráfico abaixo mostra como a densidade da água varia com o temperatura: verifica-se que sua densidade máxima (0,99997 g/cm³ @ 1 g/cm³) ocorre rigorosamente à temperatura de 3,98 °C ( 4 °C).

O comportamento particular da água explica por que certos lagos se congelam na superfície, permanecendo líquida a água no fundo. No figura abaixo, está representado o corte de um lago. Quando caí a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção: a água da superfície, mais fria, desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, que, sendo mais quente, sobe.

No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 °C, a movimentação por diferença de densidade não é mais possível, pois a essa temperatura a água tem densidade máxima. Continuando o resfriamento do ambiente, a densidade da água superficial diminui, não podendo mais descer. Assim, chega a se formar gelo na superfície e a água no fundo permanece líquida. Contribui para esse fenômeno o fato de a água e o gelo serem isolantes térmicos. No diagrama abaixo, representa-se uma situação em que o ambiente está a - 5 °C e a água no fundo está a 4 °C.

Fonte:
RAMALHO JUNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os fundamentos da física.Ed.MODERNA