Por que o gelo boia na água? - George Zaidan e Charles Morton

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/why-does-ice-float-in-water-george-zaidan-and-charles-morton

A água é uma substância especial por diversas razões, e talvez você tenha percebido uma razão importante dentro de sua bebida gelada: o gelo. O gelo, que é sólido, boia em água líquida, o que não acontece com a maioria das substâncias. Mas por quê? George Zaidan e Charles Morton explicam a ciência por trás de como as ligações de hidrogênio mantêm o gelo boiando em seu copo (e as calotas polares também).

Lição de George Zaidan e Charles Morton, animação de Powerhouse Animation Studios Inc.

A água é o líquido da vida.

Nós a bebemos,

tomamos banho com ela,

cultivamos,

cozinhamos,

e limpamos com ela.

É a molécula mais abundante
em nosso corpo.

Na verdade, toda forma de vida
que conhecemos

morreria sem ela.

Mas, principalmente, sem a água,

não teríamos

o chá gelado.

Hummm... chá gelado.

Por que esses cubos
de gelo boiam?

Se fossem cubos de argônio sólido

em um copo com argônio líquido,

eles afundariam.

O mesmo vale para a maioria
das outras substâncias.

Mas a água sólida,
também conhecida como gelo,

é, por alguma razão,
menos densa que a água líquida.

Como isso é possível?

Você já sabe
que cada molécula de água

é composta de dois átomos
de hidrogênio,

ligados a um átomo de oxigênio.

Vajamos algumas das moléculas

em uma gota de água,

e digamos que a temperatura
seja de 25°C.

As moléculas estão se dobrando,

esticando-se,

girando

e se movendo pelo espaço.

Agora, vamos baixar a temperatura,

o que vai reduzir a energia cinética

que cada uma dessas
moléculas possui,

fazendo-as se dobrar,
esticar, girar e mover menos.

E isso significa que, em média,

elas ocuparão menos espaço.

Mas você pensaria que,
conforme a água líquida

começa a congelar,

as moléculas se amontoariam,

cada vez mais próximas
uma da outra,

mas não é isso o que acontece.

A água tem um tipo especial

de interação molecular

que a maioria das outras
substâncias não têm,

que é chamada
de ligação de hidrogênio.

Mas lembre-se de que
em uma ligação covalente

dois elétrons são compartilhados,

geralmente de forma desigual,

entre os átomos.

Em uma ligação de hidrogênio,

um átomo de hidrogênio é compartilhado,
também de forma desigual,

entre os átomos.

Uma ligação de hidrogênio é assim.

Duas são assim.

Aqui são três,

quatro,

cinco,

seis,

sete,

oito,

nove,

dez,

onze,

doze,

eu poderia continuar.

Em uma única gota de água,

as ligações de hidrogênio
formam extensas redes

entre centenas, milhares, milhões,

bilhões, trilhões de moléculas,

e essas ligações constantemente
se quebram e se restauram.

Bom, voltemos à nossa água,
enquanto ela se resfria.

Acima dos 4°C,

a energia cinética
das moléculas de água

mantém curtas suas interações
umas com as outras.

As ligações de hidrogênio
se formam e se quebram

como relacionamentos de escola,

ou seja, rapidamente.

Mas, abaixo de 4°C,

a energia cinética
das moléculas de água

começa a cair, abaixo da energia

das ligações de hidrogênio.

Então, as ligações de hidrogênio
se formam com muito mais frequência

do que se quebram,

e belas estruturas começam a surgir

a partir do caos.

É assim que a água sólida, o gelo,

fica em nível molecular.

Note que a estrutura hexagonal,
ordenada,

é menos densa que
a estrutura desordenada

da água líquida.

E você sabe que,
se um objeto for menos denso

que o fluido onde estiver,

ele vai boiar.

Então, o gelo boia na água,

e daí?

Bem, vamos imaginar
o mundo sem o gelo boiando.

A parte mais fria do oceano

seria o leito escuro do oceano.

Uma vez congelado,
sempre congelado.

Esqueça os sanduíches de lagosta,

já que os crustáceos
perderiam seus habitats,

ou o sushi, já que as florestas
de algas não cresceriam.

O que as crianças canadenses
fariam no inverno

sem o hóquei no lago
ou a pesca no gelo?

E esqueça o Oscar de James Cameron,

porque o Titanic jamais teria afundado.

Diga adeus às brancas calotas polares,

que refletem a luz do Sol;

esta, do contrário,
cozinharia o planeta.

Na verdade, esqueça os oceanos
como os conhecemos,

os quais, ocupando mais
de 70% da superfície da Terra,

regulam a atmosfera
de todo o planeta.

Mas, pior que tudo isso,

não existiria o chá gelado.

Hummm, chá gelado.