Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

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

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2013-10-22 ・ TED-Ed


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

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TED-Ed


Por favor, clique duas vezes nas legendas em inglês abaixo para reproduzir o vídeo.

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Wanderley Jesus
00:06
Water is the liquid of life.
0
6608
2062
A água é o líquido da vida.
00:08
We drink it,
1
8670
722
Nós a bebemos,
00:09
we bathe in it,
2
9392
853
tomamos banho com ela,
00:10
we farm,
3
10245
619
00:10
cook,
4
10864
332
cultivamos,
cozinhamos,
00:11
and clean with it.
5
11196
1109
e limpamos com ela.
00:12
It's the most abundant molecule in our bodies.
6
12305
2442
É a molécula mais abundante em nosso corpo.
00:14
In fact, every life form we know of
7
14747
1784
Na verdade, toda forma de vida que conhecemos
00:16
would die without it.
8
16531
1750
morreria sem ela.
00:18
But most importantly, without water,
9
18281
2096
Mas, principalmente, sem a água,
00:20
we wouldn't have
10
20377
2103
não teríamos
00:22
iced tea.
11
22480
946
o chá gelado.
00:23
Mmmm, iced tea.
12
23426
2647
Hummm... chá gelado.
00:27
Why do these ice cubes float?
13
27749
2122
Por que esses cubos de gelo boiam?
00:29
If these were cubes of solid argon
14
29871
2049
Se fossem cubos de argônio sólido
00:31
in a cup of liquid argon,
15
31920
1904
em um copo com argônio líquido,
00:33
they would sink.
16
33824
1161
eles afundariam.
00:34
And the same goes for most other substances.
17
34985
2652
O mesmo vale para a maioria das outras substâncias.
00:37
But solid water, a.k.a. ice,
18
37637
2847
Mas a água sólida, também conhecida como gelo,
00:40
is somehow less dense than liquid water.
19
40484
2910
é, por alguma razão, menos densa que a água líquida.
00:43
How's that possible?
20
43394
1828
Como isso é possível?
00:45
You already know that every water molecule
21
45222
1705
Você já sabe que cada molécula de água
00:46
is made up of two hydrogen atoms
22
46927
2043
é composta de dois átomos de hidrogênio,
00:48
bonded to one oxygen atom.
23
48970
2344
ligados a um átomo de oxigênio.
00:51
Let's look at a few of the molecules
24
51314
1368
Vajamos algumas das moléculas
00:52
in a drop of water,
25
52682
1491
em uma gota de água,
00:54
and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.
26
54173
3601
e digamos que a temperatura seja de 25°C.
00:57
The molecules are bending,
27
57774
1597
As moléculas estão se dobrando,
00:59
stretching,
28
59371
704
esticando-se,
01:00
spinning,
29
60075
624
01:00
and moving through space.
30
60699
1837
girando
e se movendo pelo espaço.
01:02
Now, let's lower the temperature,
31
62536
2206
Agora, vamos baixar a temperatura,
01:04
which will reduce the amount of kinetic energy
32
64742
1872
o que vai reduzir a energia cinética
01:06
each of these molecules has
33
66614
2168
que cada uma dessas moléculas possui,
01:08
so they'll bend, stretch, spin, and move less.
34
68782
2883
fazendo-as se dobrar, esticar, girar e mover menos.
01:11
And that means that on average,
35
71665
1635
E isso significa que, em média,
01:13
they'll take up less space.
36
73300
2161
elas ocuparão menos espaço.
01:15
Now, you'd think that as the liquid water
37
75461
1631
Mas você pensaria que, conforme a água líquida
01:17
starts to freeze,
38
77092
1441
começa a congelar,
01:18
the molecules would just pack together
39
78533
1610
as moléculas se amontoariam,
01:20
more and more closely,
40
80143
1589
cada vez mais próximas uma da outra,
01:21
but that's not what happens.
41
81732
2011
mas não é isso o que acontece.
01:23
Water has a special kind
42
83743
1344
A água tem um tipo especial
01:25
of interaction between molecules
43
85087
1518
de interação molecular
01:26
that most other substances don't have,
44
86605
2494
que a maioria das outras substâncias não têm,
01:29
and it's called a hydrogen bond.
45
89099
1884
que é chamada de ligação de hidrogênio.
01:30
Now, remember that in a covalent bond
46
90983
1951
Mas lembre-se de que em uma ligação covalente
01:32
two electrons are shared,
47
92934
2253
dois elétrons são compartilhados,
01:35
usually unequally,
48
95187
1212
geralmente de forma desigual,
01:36
between atoms.
49
96399
1210
entre os átomos.
01:37
In a hydrogen bond,
50
97609
1167
Em uma ligação de hidrogênio,
01:38
a hydrogen atom is shared, also unequally,
51
98776
2998
um átomo de hidrogênio é compartilhado, também de forma desigual,
01:41
between atoms.
52
101774
1616
entre os átomos.
01:43
One hydrogen bond looks like this.
53
103390
2734
Uma ligação de hidrogênio é assim.
01:46
Two look like this.
54
106124
1754
Duas são assim.
01:47
Here's three
55
107878
906
Aqui são três,
01:48
and four
56
108784
941
quatro,
01:49
and five,
57
109725
990
cinco,
01:50
six,
58
110715
705
seis,
01:51
seven,
59
111420
544
01:51
eight,
60
111964
475
sete,
oito,
01:52
nine,
61
112439
481
01:52
ten,
62
112920
311
nove,
dez,
01:53
eleven,
63
113231
320
01:53
twelve,
64
113551
755
onze,
doze,
01:54
I could go on.
65
114306
2085
eu poderia continuar.
01:56
In a single drop of water,
66
116391
1385
Em uma única gota de água,
01:57
hydrogen bonds form extended networks
67
117776
2370
as ligações de hidrogênio formam extensas redes
02:00
between hundreds, thousands, millions,
68
120146
1888
entre centenas, milhares, milhões,
02:02
billions, trillions of molecules,
69
122034
2167
bilhões, trilhões de moléculas,
02:04
and these bonds are constantly breaking and reforming.
70
124201
3412
e essas ligações constantemente se quebram e se restauram.
02:07
Now, back to our water as it cools down.
71
127613
2203
Bom, voltemos à nossa água, enquanto ela se resfria.
02:09
Above 4 degrees Celcius,
72
129816
2057
Acima dos 4°C,
02:11
the kinetic energy of the water molecules
73
131873
1651
a energia cinética das moléculas de água
02:13
keeps their interactions with each other short.
74
133524
3005
mantém curtas suas interações umas com as outras.
02:16
Hydrogen bonds form and break
75
136529
1921
As ligações de hidrogênio se formam e se quebram
02:18
like high school relationships,
76
138450
1825
como relacionamentos de escola,
02:20
that is to say, quickly.
77
140275
2313
ou seja, rapidamente.
02:22
But below 4 degrees,
78
142588
1194
Mas, abaixo de 4°C,
02:23
the kinetic energy of the water molecules
79
143782
1931
a energia cinética das moléculas de água
02:25
starts to fall below the energy
80
145713
2063
começa a cair, abaixo da energia
02:27
of the hydrogen bonds.
81
147776
1895
das ligações de hidrogênio.
02:29
So, hydrogen bonds form much more frequently
82
149671
2631
Então, as ligações de hidrogênio se formam com muito mais frequência
02:32
than they break
83
152302
1325
do que se quebram,
02:33
and beautiful structures start to emerge
84
153627
1852
e belas estruturas começam a surgir
02:35
from the chaos.
85
155479
1634
a partir do caos.
02:37
This is what solid water, ice,
86
157113
2339
É assim que a água sólida, o gelo,
02:39
looks like on the molecular level.
87
159452
2494
fica em nível molecular.
02:41
Notice that the ordered, hexagonal structure
88
161946
2357
Note que a estrutura hexagonal, ordenada,
02:44
is less dense than the disordered structure
89
164303
2700
é menos densa que a estrutura desordenada
02:47
of liquid water.
90
167003
1736
da água líquida.
02:48
And you know that if an object is less dense
91
168739
2202
E você sabe que, se um objeto for menos denso
02:50
than the fluid it's in,
92
170941
1429
que o fluido onde estiver,
02:52
it will float.
93
172370
1276
ele vai boiar.
02:53
So, ice floats on water,
94
173646
1883
Então, o gelo boia na água,
02:55
so what?
95
175529
1198
e daí?
02:56
Well, let's consider a world without floating ice.
96
176727
2913
Bem, vamos imaginar o mundo sem o gelo boiando.
02:59
The coldest part of the ocean
97
179640
1359
A parte mais fria do oceano
03:00
would be the pitch-black ocean floor,
98
180999
2238
seria o leito escuro do oceano.
03:03
once frozen, always frozen.
99
183237
1925
Uma vez congelado, sempre congelado.
03:05
Forget lobster rolls
100
185162
1407
Esqueça os sanduíches de lagosta,
03:06
since crustaceans would lose their habitats,
101
186569
1923
já que os crustáceos perderiam seus habitats,
03:08
or sushi since kelp forests wouldn't grow.
102
188492
2652
ou o sushi, já que as florestas de algas não cresceriam.
03:11
What would Canadian kids do in winter
103
191144
2117
O que as crianças canadenses fariam no inverno
03:13
without pond hockey or ice fishing?
104
193261
2087
sem o hóquei no lago ou a pesca no gelo?
03:15
And forget James Cameron's Oscar
105
195348
1786
E esqueça o Oscar de James Cameron,
03:17
because the Titanic totally would have made it.
106
197134
3128
porque o Titanic jamais teria afundado.
03:20
Say goodbye to the white polar ice caps
107
200262
1826
Diga adeus às brancas calotas polares,
03:22
reflecting sunlight
108
202088
1074
que refletem a luz do Sol;
03:23
that would otherwise bake the planet.
109
203162
1937
esta, do contrário, cozinharia o planeta.
03:25
In fact, forget the oceans as we know them,
110
205099
2193
Na verdade, esqueça os oceanos como os conhecemos,
03:27
which at over 70% of the Earth's surface area,
111
207292
2400
os quais, ocupando mais de 70% da superfície da Terra,
03:29
regulate the atmosphere of the whole planet.
112
209692
2418
regulam a atmosfera de todo o planeta.
03:32
But worst of all,
113
212524
1338
Mas, pior que tudo isso,
03:33
there would be no iced tea.
114
213862
3384
não existiria o chá gelado.
03:37
Mmmmm, iced tea.
115
217246
3138
Hummm, chá gelado.
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