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?
(b) O volume aumenta porque o gelo é formado por moléculas de água arranjadas geometricamente em forma de pirâmides. Quando elas se organizam dessa maneira, deixam mais espaços preenchidos entre os átomos do que no estado líquido.

Passo 1

Vamos lá! A questão pergunta por que a água se comporta de forma anormal quando congela, ou seja, por que o volume dela aumenta ao se solidificar. Isso está relacionado à ligação de hidrogênio, que é um conceito da química que vamos precisar entender para resolver essa questão.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre a ligação de hidrogênio. Ela ocorre quando há uma atração entre uma molécula de água (H₂O) e outra molécula que tenha átomos de hidrogênio ligados a átomos altamente eletronegativos, como oxigênio ou nitrogênio. Essas ligações são mais fortes do que as forças de Van der Waals, mas mais fracas que as ligações covalentes.

Passo 3

Na água líquida, as moléculas estão constantemente se movendo e as ligações de hidrogênio estão se formando e se quebrando rapidamente. Esse movimento permite que as moléculas fiquem mais próximas umas das outras, tornando o líquido denso.

Passo 4

Quando a água começa a congelar, as moléculas de água perdem energia e começam a se organizar de forma mais estável. As ligações de hidrogênio se fixam em posições que formam uma estrutura rígida e ordenada, conhecida como rede cristalina.

Passo 5

Essa rede cristalina do gelo tem uma geometria específica onde as moléculas de água se organizam de forma a maximizar as ligações de hidrogênio. Como resultado, essa estrutura cria espaços vazios entre as moléculas, deixando o gelo menos denso que a água líquida.

Passo 6

Devido a essa organização em rede, o gelo ocupa um volume maior do que a água líquida. É por isso que, quando a água congela, ela expande e o volume aumenta.

Resposta

O volume da água aumenta ao congelar porque, devido às ligações de hidrogênio, as moléculas se organizam em uma estrutura cristalina aberta com mais espaços vazios, fazendo com que o gelo ocupe mais espaço que a água líquida.

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