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A água, quanto à dilatação, tem um comportamento um pouco diferente do que consideramos normal. Quem já não viu, ou ouviu falar, que uma garrafa de água fechada, completamente cheia, se for colocada na geladeira , pode estourar se água congelar.
Quando resfriamos a água até 4º C, seu volume diminui normalmente, como acontece com os outros líquidos. Mas, continuando o resfriamento, de 4º C a 0º C, seu volume aumenta em vez de diminuir.
O comportamento estranho que se nota pode ser explicado pela modificação que a água sofre em sua estrutura molecular, a partir de 4º C. Somente no estado de vapor são encontradas moléculas de água isoladas; no estado líquido elas estão unidas de duas em duas, mas quando a temperatura desce abaixo de 4º C, elas se unem de três em três, forma com que constituem o gelo.
Em todo líquido, dentro do vaso que o contém, a parte mais quente, sendo menos densa, fica por cima. Com a água isso se verifica somente a temperaturas acima de 4º C. Para temperaturas abaixo, a densidade volta a diminuir (pois o volume aumenta) e a parte mais fria sobe. Assim, a água da superfície (que se congela a 0º C) se congela antes do fundo.
Em um lago, nas regiões frias, ocorre o seguinte:
Inicialmente, a camada superior da água se encontra a uma temperatura maior que 4º C. Em contato com o ar frio, ela começa a resfriar-se e, com isso, seu volume diminui. Como sua densidade aumenta, essa camada desce para o fundo. Ela é então substituída, na superfície do lago, por outras camadas que antes se encontravam mais abaixo. Estabelecem-se dentro do lago correntes ascendentes e descendentes, e esse deslocamento prossegue até que toda a massa de água atinja 4º C.
A seguir, ainda devido ao contato com o ar frio, a temperatura da nova camada superior continua a diminuir. Entretanto, diferentemente do que ocorreu até esse ponto, seu volume agora aumenta. A camada superficial se torna, assim, mais leve que a água que está abaixo, pois sua densidade diminui. Não podendo descer, ela flutua sobre a massa de água e continua a se resfriar até que, ao atingir 0º C, transforma-se em gelo. Esse comportamento da água preserva a vida dos peixes durante os meses de inverno rigoroso.
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