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O comportamento anômalo da água
Os sólidos são, geralmente, mais compactos, ou seja, com mais massa específica que os líquidos e os gases. Com o aumento da temperatura da substância, a sua massa específica tende decrescer, em geral. Porém, a água é a única substância que apresenta uma massa específica maior quando se encontra no seu estado líquido e o seu valor máximo obtém-se a 4 ºC, no qual tem o seu valor perto dos 1000 kg/cm³.
A ocorrência deste comportamento da água é explicada pelo tipo de ligação química que a mesma apresenta. Essa ligação é conhecida por pontes ou ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio estabelecem-se pelo fato de as moléculas de água ser polares, isto é, elas apresentam certa polaridade elétrica. Tais ligações permitem a união entre as moléculas de água. Sem as pontes de hidrogênio, a temperatura de ebulição da água poderia chegar a -80ºC, existindo na superfície terrestre somente na forma gasosa. Também é devido às ligações de hidrogênio o elevado calor de vaporização, a forte tensão superficial, o alto calor específico e as propriedades solventes quase universais.
Quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 °C, ocorrem dois efeitos que se opõem:
- quanto maior agitação térmica molecular maior será a distância média entre as moléculas, o que se traduz por um aumento de volume (dilatação);
- as ligações 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).
Pode-se concluir que, de 0 °C a 4 °C, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando contração da água e assim obtêm-se o maior valor da massa específica. No aquecimento acima de 4 °C, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância) e, por isso, ocorre dilatação.