Em termos práticos, densidade é o peso de uma substância para um volume específico. A densidade da água é de aproximadamente 1 grama por mililitro (1 g/ml ou g/cm3), mas isso muda com a temperatura ou se houver substâncias dissolvidas nela. O gelo é menos denso que a água líquida e é por isso que os cubos de gelo flutuam no copo. Como você pode esperar, a densidade da água é uma medida importante da água.
Densidade da água
Se você ainda está na escola, provavelmente já ouviu em sua aula de ciências: “Densidade é a massa por unidade de volume de uma substância”. Na Terra, você pode assumir que a massa é o mesmo que o peso, se isso facilitar.
Se você ainda não está na escola, provavelmente esqueceu que já ouviu. A definição de densidade, faz muito mais sentido com um pouco de explicação. Enquanto um objeto é composto de moléculas e, portanto, tem tamanho ou massa, ele tem densidade. A densidade é apenas o peso para uma quantidade escolhida (volume) do material. Uma unidade comum de medida para a densidade da água é grama por mililitro (1 g/ml) ou 1 grama por centímetro cúbico (1 g/cm3).
Na verdade, a densidade exata da água não é realmente 1 g/ml, mas um pouco menos (muito, muito pouco menos), a 0,9998395 g/ml a 4,0° Celsius. O valor arredondado de 1 g/ml é o que você verá com mais frequência.
A densidade da água varia com a temperatura
A densidade de água varia de acordo com a temperatura. Geralmente, maior a temperatura, menor densidade da água. A exceção é quando a temperatura chega a 0 Celsius, e a água vira gelo, a sua densidade é menor que água.
Então, podemos dizer que, quando a temperatura fica em torno de 4.0°C, a densidade da água fica 1 grama/cm3. Veja a tabela completa seguinte:
| Temperatura (°C) | Densidade (gramas/cm3) |
|---|---|
| 0°C | 0,99987 |
| 4,0°C | 1,00000 |
| 4,4°C | 0,99999 |
| 10°C | 0,99975 |
| 15,6°C | 0,99907 |
| 21°C | 0,99802 |
| 26,7°C | 0,99669 |
| 32,2°C | 0.99510 |
| 37,8°C | 0,99318 |
| 48,9°C | 0,98870 |
| 60°C | 0,98338 |
| 71,1°C | 0,97729 |
| 82,2°C | 0,97056 |
| 93,3°C | 0,96333 |
| 100°C | 0,95865 |
O gelo é menos denso que a água
Se você olhar para esta foto acima, poderá ver que parte do iceberg está abaixo do nível da água. Isso não é uma surpresa, mas na verdade quase todo o volume de um iceberg está abaixo da linha d’água, não acima dela. Isso se deve à densidade do gelo ser menor que a densidade da água líquida. Após o congelamento, a densidade do gelo diminui em cerca de 9%.
Então, parte do iceberg flutua acima da água devido à densidade do gelo ser menor que a da água.
A densidade do gelo é cerca de 90% da da água
A melhor maneira de visualizar como a água pode ter diferentes densidades é observar a forma congelada da água. O gelo, na verdade, tem uma estrutura muito diferente da água líquida, pois as moléculas se alinham em uma rede regular, e não mais aleatoriamente, como na forma líquida.
Como as moléculas de água se espalhem mais do que em um líquido e, portanto, o gelo é menos denso que a água.
A densidade do gelo é cerca de 90% da da água, mas isso pode variar porque o gelo também pode conter ar. Isso significa que cerca de 10% de um cubo de gelo (ou iceberg) estará acima da linha d’água.
Exemplo 1:
Quando colocamos um cubo de gelo no copo de agua, podemos ouvir o som de cubo de gelo tilintar com o vidro do copo.
Exemplo 2:
Esta propriedade da água é fundamental para toda a vida na Terra. Como a água a cerca de 4°C é mais densa do que a água a 0°C, em lagos a água mais densa afunda abaixo da água menos densa. Se a água fosse mais densa no ponto de congelamento, no inverno a água muito fria na superfície dos lagos afundaria, o lago poderia congelar de baixo para cima. E, com a água sendo um isolante tão bom (devido à sua capacidade de calor), alguns lagos congelados podem não descongelar totalmente no verão.
Água do oceano é mais densa que a água doce
A explicação da densidade da água no mundo real é realmente mais complicada, pois a densidade da água também varia com a quantidade de material dissolvido nela. A água na natureza contém minerais, gases, sais e até pesticidas e bactérias, alguns dos quais são dissolvidos. À medida que mais material é dissolvido em um galão de água, esse galão pesará mais e será mais denso. Portanto, a água do oceano é mais densa que a água doce ou pura.
O que é gelo pesado
Já mencionamos acima que o gelo flutua na água porque é menos denso, mas um tipo especial de gelo pode ser mais denso que a água normal. O “gelo pesado” é 10,6% mais denso que a água normal porque o gelo é feito de “água pesada”.
A água pesada, D2O em vez de H2O, é água na qual ambos os átomos de hidrogênio foram substituídos por deutério, o isótopo do hidrogênio contendo um próton e um nêutron. A água pesada é de fato mais pesada que a água normal (que contém uma pequena quantidade de moléculas de água pesada naturalmente), e o gelo de água pesada afundará na água normal.
Como medir densidade da água
O instrumento para medir a densidade de um líquido é chamado de hidrômetro. É um dos dispositivos de medição científica mais simples, e você pode até fazer o seu próprio com canudos de plástico. Mais frequentemente, porém, é feito de vidro e se parece muito com um termômetro. Consiste em uma haste cilíndrica e um bulbo ponderado na parte inferior para fazê-lo flutuar na vertical. O densímetro é suavemente abaixado no líquido a ser medido até que o densímetro flutue livremente. Existem linhas gravadas ou marcadas no dispositivo para que o usuário possa ver quão alto ou baixo o hidrômetro está flutuando. Em líquidos menos densos o hidrômetro flutuará mais baixo, enquanto em líquidos mais densos flutuará mais alto. Como a água é o “padrão” pelo qual outros líquidos são medidos, a marca para água provavelmente é rotulada como “1,000”; portanto, a gravidade específica da água a cerca de 4°C é 1,000.
Uso de hidrômetro
Os hidrômetros têm muitos usos, inclusive para medir a salinidade da água para aulas de ciências nas escolas. Eles também são usados na indústria de laticínios para obter estimativas do teor de gordura do leite, pois o leite com maior teor de gordura será menos denso que o leite com baixo teor de gordura. Os densímetros são frequentemente usados por pessoas que fazem cerveja e vinho em casa, pois oferecem uma indicação de quanto açúcar está no líquido e permitem que o cervejeiro saiba até que ponto o processo de fermentação foi.
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