Com base na ligação de hidrogênio, qual a explicação do comportamento anormal da água quando ela se congela. Isto é, por que existe uma expansão do volume quando ela se solidifica?
(a) O volume aumenta porque o oxigênio tem a capacidade de se reorganizar de forma única quando ligado a átomos de hidrogênio.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A pergunta é sobre por que a água se expande quando congela, e isso tem a ver com as ligações de hidrogênio. Para resolver isso, precisamos entender como as moléculas de água interagem umas com as outras, especialmente através das ligações de hidrogênio, e como isso afeta o volume quando a água muda de líquido para sólido.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre as moléculas de água. Cada molécula de água (H₂O) tem um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio. Essas moléculas são polares, o que significa que há uma distribuição desigual de cargas elétricas: o oxigênio é mais eletronegativo e atrai mais os elétrons, ficando com uma carga ligeiramente negativa, enquanto os hidrogênios ficam com uma carga ligeiramente positiva.

Passo 3

Devido a essa polaridade, as moléculas de água podem formar ligações de hidrogênio entre si. Uma ligação de hidrogênio ocorre quando o hidrogênio de uma molécula é atraído pelo oxigênio de outra molécula. Essas ligações não são tão fortes quanto as ligações covalentes dentro da molécula, mas são suficientes para influenciar a estrutura geral da água.

Passo 4

Agora, quando a água está no estado líquido, as moléculas estão se movendo livremente, e as ligações de hidrogênio estão constantemente se formando e se desfazendo. Isso permite que as moléculas de água estejam relativamente mais próximas umas das outras.

Passo 5

Mas quando a água começa a congelar e virar gelo, as moléculas de água se organizam em uma estrutura cristalina fixa chamada de rede hexagonal. Nessa estrutura, cada molécula de água forma ligações de hidrogênio com quatro outras moléculas, criando uma espécie de “escada” tridimensional que mantém as moléculas mais afastadas umas das outras do que estão no estado líquido.

Passo 6

Essa organização mais espaçada faz com que o gelo ocupe mais espaço do que a água líquida, resultando na expansão do volume. Por isso, o gelo é menos denso que a água e flutua.

Passo 7

Então, voltando à opção (a): “O volume aumenta porque o oxigênio tem a capacidade de se reorganizar de forma única quando ligado a átomos de hidrogênio.” Isso está correto porque descreve a reorganização das moléculas de água através das ligações de hidrogênio, levando à expansão do volume ao formar a estrutura cristalina do gelo.

Resposta

A opção (a) está correta: o volume da água aumenta ao congelar porque o oxigênio nas moléculas de água se reorganiza de forma única quando ligado a átomos de hidrogênio através das ligações de hidrogênio, resultando em uma estrutura cristalina que ocupa mais espaço.

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