Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?

Introdução:

A densidade é a relação entre a massa de material e o volume ocupado por ele. Pode ser calculada pela expressão:

d = m
       V

No SI, a unidade de densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m3). No entanto, no caso dos líquidos, a unidade mais comum de ser usada é o grama/centímetro cúbico (g/cm3). Quando dizemos que determinado material tem densidade de 9,0 g/cm3 a 25 ºC, por exemplo, significa que o volume de 1 cm3 desse material apresenta massa de 9,0 g.

Se colocarmos um material no estado sólido sobre um líquido, ele poderá flutuar (se for menos denso que o líquido) ou afundar (se for mais denso que o líquido).

Para demonstrar isso, veja a atividade experimental a seguir. O mais interessante sobre ela é que o professor pode realizar com os alunos, pois necessita de materiais de fácil obtenção, que não apresentam nenhum risco evidente para os alunos e o procedimento é muito simples.

Materiais e reagentes:

  • 2 copos transparentes;
  • Cubos de gelo coloridos (com corante alimentício);
  • Álcool;
  • Água.

Procedimento Experimental:

Os cubos de gelo devem ter sido preparados previamente com algumas gotas de corante alimentício, pois assim ficará mais fácil de visualizar o experimento.

1. Encha um copo até a metade com água e o outro, com álcool;

2. Adicione um cubo de gelo em cada copo e observe o que ocorre;

3. Adicione água aos poucos no copo que contém o gelo e o álcool, até que observe alguma mudança na posição do gelo.

Resultados e Discussão:

Praticamente todos os sólidos são mais densos do que quando estão no estado líquido. Mas não é isso o que ocorre com a água. A medida que vai chegando perto do seu ponto de congelamento, as moléculas de água vão se aproximando e começam a formar ligações de hidrogênio, o que resulta numa estrutura com espaços vazios entre as moléculas. Isso faz com que a densidade do gelo seja menor que a da água líquida.

A densidade da água no estado líquido é 1,0 g/cm3, enquanto a do gelo é 0,92 g/cm3. Por isso, no copo em que há água, o gelo flutua.

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Observe que o gelo não fica totalmente acima da superfície da água, mas a maior parte dele fica submersa. Isso ocorre porque relacionando as densidades da água e do gelo, podemos calcular que serão necessários 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele deslocou. Isso quer dizer que 92% do volume do gelo fica abaixo da superfície da água e apenas 8% fica acima da superfície.

Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?

É por isso que os icebergs são tão perigosos. Eles podem parecer grandes sobre a superfície da água, mas o que vemos são somente 8% do seu tamanho total. Abaixo da água, eles são gigantescos e podem causar um enorme estrago em algum navio que bater neles.

Essa característica da água de ficar menos densa quando se solidifica é também vital para a manutenção da vida. Em lugares muito frios, as águas de rios, lagos e oceanos não se congelam totalmente porque a camada de gelo que flutua e fica na superfície age como um isolante térmico natural, preservando a vida animal e vegetal abaixo dela.

A densidade do álcool, por outro lado, é menor que a do gelo, sendo igual a 0,79 g/cm3. Por isso, o gelo afunda no álcool. No dia a dia, isso pode ser visto quando se coloca gelo em bebidas alcoólicas, como o uísque abaixo.

Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?

No entanto, quando se adiciona água ao copo com gelo e álcool, a densidade do álcool vai aumentando e o gelo vai subindo. No momento em que a densidade da mistura atingir o valor de 0,92 g/cm3 , o gelo irá possuir a mesma densidade do líquido e poderá ficar flutuando no meio dele. Se a adição de água continuar, a densidade da mistura continuará a aumentar e o gelo irá flutuar.


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

O estado sólido apresenta menor densidade que o líquido

Postado por o_autor2019 em 10/07/2019 e atualizado pela última vez em 21/09/2020

Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?

Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?

A densidade da água é uma das propriedades mais importantes dessa substância e indica o quanto que ela consegue se compactar. A densidade desse elemento químico é de 0,99 g/cm³ em temperatura ambiente (20° C aproximadamente).  

A água apresenta densidades diferentes para o estado sólido, líquido e gasoso. A maioria das substâncias tem o estado sólido mais denso do que o líquido. Na água, entretanto, essa relação aparece ao contrário, ou seja, a fase líquida é mais densa que a sólida.

Conheça agora as propriedades da água, como calcular a densidade dela e as variações na forma sólida e líquida.

Propriedades da água

A água é um dos recursos naturais mais abundantes do Planeta Terra. Essa substância recobre cerca de 70% da superfície terrestre e é a responsável por criar condições suficientes para que a vida se desenvolvesse.

As propriedades físicas e químicas da água são singulares e não igualadas a outros elementos químicos encontrados. Uma das características mais importantes é a solubilidade, capacidade de dissolver outras substâncias.

Este atributo contribui para que vários nutrientes, como o cálcio, sais minerais e magnésio estejam diluídos em líquidos, o que permite o crescimento dos seres vivos.

Outras três propriedades da água são:

  • Tensão superficial: propriedade interna e da superfície das moléculas de se atraírem;
  • Calor específico: quantidade de calor para elevar a temperatura da substância em 1°C;
  • Calor latente: quantidade de calor necessária para a substância mudar seu estado físico.    

Fórmula da densidade      

A densidade ou massa específica é uma propriedade física da matéria utilizada para identificar uma substância e conhecer o seu nível de compactação. A grandeza é calculada ao realizar a divisão entre a massa e o volume ocupado pelos materiais nos estados líquidos, sólidos e gasosos. 

A unidade de medida utilizada pelo Sistema Internacional de Unidade (SI) é o quilograma por metros cúbicos (kg/m³). No entanto, as unidades mais utilizadas são: gramas por centímetros cúbicos (g/cm³) e gramas por milímetros (g/mL). Os gases ganham uma medida diferente, o grama por litro (g/L). 

A fórmula matemática da densidade é apresentada assim:

Densidade = Massa / Volume ou D = M/V                                                        

Por que a densidade da água sólida e menor do que a densidade da água líquida?
O gelo fica na parte superior, pois a densidade da água em estado sólido é menor.  (Imagem: Pixabay)

Densidade da água

Características física e química mais importante, a densidade da água é diferente para cada estado em que se encontra. Ela será de 0,99 g/cm³ (noventa e nove décimos de grama por centímetros cúbicos) ou, aproximadamente, 1 g/cm³ (um grama por centímetros cúbicos), quando estiver em estado líquido e a temperatura ambiente de 20° C. A água atinge sua densidade máxima, que é de 1,000 g/cm3, a 4° C, ou seja, pouco antes de congelar.

A densidade da água salgada é diferente da água doce e pode variar entre 1,017 até 1,030 g/cm3. Isso porque os sais minerais presentes na substância modificam suas características. Por causa dessa diferença é muito mais fácil boiar em ambientes marítimos do que em lagos e rios.  

Densidade do Gelo

O estado sólido da água (gelo) tem uma densidade menor do que no estado líquido, isto é, 0,92 g/cm³ a uma temperatura de 0° C. Esta é uma característica específica da água, pois a maioria das substâncias tem densidade maior no estado sólido e não no líquido.

Outros materiais que apresentam a mesma propriedade são o gálio, o germânio, o bismuto e o antimônio. A densidade menor nos sólidos é devido a estrutura molecular desse elemento e elasticidade particular. Em razão disso os mares e lagos congelam na parte superior, mas os fundos ficam na forma líquida. 

Tabela da densidade da água

A densidade da água se modifica a depender da temperatura do ambiente ou do estado físico em que se encontra. O gelo, que é menos denso, flutua na água quando está na forma líquida divido a essa diferença. O mesmo não ocorre, por exemplo, quando se insere pedaços de ferro em um recipiente com mesma substância fundida. Isso porque a densidade do ferro é maior em estado sólido.  

Confira agora a tabela com as principais densidades da água em determinadas temperaturas. Os valores abaixo de 0° representam o estado superfundido, quando a matéria é resfriada abaixo do ponto de fusão para que não passe pelo estado sólido.

Temperatura
(°C)

Densidade
(g/cm³)

100

0,9584

80

0,9718

60

0,9832

40

0,9922

30

0,9956502

25

0,9970479

22

0,9977735

20

0,9982071

15

0,9991026

10

0,9997026

4

0,9999720

0

0,9998395

−10

0,998117

−20

0,993547

−30

0,983854

Faça a referência deste conteúdo seguindo as normas da ABNT:

, . Densidade da Água; Guia Estudo. Disponível em

< https://www.guiaestudo.com.br/densidade-da-agua >. Acesso em 23 de setembro de 2020 às 17:34.

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A densidade menor do sólido ocorre porque a sua estrutura molecular e a elasticidade particular do hidrogênio permitem que a água se expanda ao congelar. As águas dos mares e lagos não congelam totalmente por causa dessa diferença de densidade.

O que é mais denso sólido ou líquido?

Densidade = massa Em geral, a densidade dos sólidos é maior que a dos líquidos e esta, por sua vez, é maior que a dos gases. Este fato pode ser explicado pela quantidade de massa em um pequeno volume, como é o caso dos sólidos, que contém uma consistência muito alta o que resulta em uma densidade maior.