Como a água congela?

Quando a água congela, ela geralmente passa do estado líquido para o estado sólido. Como um líquido, as moléculas de água estão em movimento constante, chocando-se e empurrando-se umas às outras e nunca permanecem no mesmo lugar por muito tempo. Quando a água congela, as moléculas desaceleram e se acomodam no lugar, alinhando-se em formações regulares que você vê como cristais. Para água pura, a temperatura deve cair para 32 graus Fahrenheit (zero graus Celsius) para que isso aconteça. Para qualquer substância, a temperatura na qual ocorre o congelamento depende das forças que fazem suas moléculas se unirem.

Todas as moléculas e átomos têm forças que se atraem. Alguns átomos, como o carbono, prendem-se uns aos outros com muita força; outros, como o hélio, têm muito pouca força atrativa. As substâncias com fortes forças de atração congelam a milhares de graus Fahrenheit, enquanto aquelas cujas forças são fracas, como o nitrogênio, congelam em temperaturas muito frias. A atração entre as moléculas de água é moderada - nem fraca nem poderosa - então a água congela a modestos 32 graus Fahrenheit.

Se você adicionar outras substâncias à água, como açúcar ou sal, a temperatura cai abaixo de 32 graus antes que o gelo comece a se formar. O novo ponto de congelamento depende da substância adicionada e de quanto você mistura com a água, e é por isso que as cidades colocam sal nas estradas em alguns estados para remover o gelo e a neve no inverno. Como outro exemplo, a vodka, uma mistura de água e álcool, permanece líquida por um longo período quando mantida em um freezer. O álcool na vodka diminui significativamente o ponto de congelamento.

A maioria das substâncias se contrai, ou encolhe, de volume à medida que esfria. A água apenas se contrai até baixar para 39 graus; em temperaturas mais frias, ele começa a se expandir. À medida que a água fica mais fria, suas moléculas desaceleram e se organizam de forma que existam lacunas entre os grupos de moléculas. À medida que ficam mais frias, as moléculas formam padrões hexagonais que eventualmente se tornam flocos de neve e cristais relacionados.

Se você encher uma garrafa totalmente cheia de água e selá-la com uma tampa antes de colocá-la no congelador, a água se expande conforme fica mais fria. Eventualmente, o gelo vai estourar a garrafa. Isso é verdade até mesmo para recipientes feitos de materiais fortes, como ferro; a pressão exercida pela água congelada é de até 40.000 psi a menos 7,6 graus Fahrenheit (menos 22 graus Celsius).