Porque é que a água expande quando é congelada?

Alguns dos nossos visitantes têm enviado emails com questões interessantes, resolvi começar a ter um espaço para lhes responder. Neste espaço o blog "Mentes Irrequietas" responderá a questões dos irrequietos que passam por aqui, bem como a questões que surgem naturalmente no dia a dia e que ficam por explicar.
Mentes Irrequietas

Vamos começar esta nova aventura de perguntas e respostas tentando responder a uma pergunta sobre a qual a maioria de nós não pensa muito:
"Porque é que  água expande quando é congelada?"

Primeiro a observação:
Se colocarmos uma garrafa fechada dentro do congelador, e nos esquecermos dela, no dia seguinte, provavelmente, ela rebentou... se for de vidro com uma carica o  mais provavél é que esteja partida ou que a carica tenha saltado.
Se colocarmos uma caixa de plástico fechada com sopa no congelador, a caixa vai inchar, e a sopa vai apresentar "um alto" quando a formos buscar.

Então o que acontece?

Basicamente o que acontece normalmente é que com o aumento de temperatura "as coisas" ocupam mais espaço, tal como foi explicado aqui. Mas o gelo mostra um comportamento incomum, quando a água atinge o ponto de congelação, embora as moléculas estejam a vibrar menos e por isso a ocupar menos espaço o gelo expande, isso deve-se à estrutura molécular da água. A molecula de água é constituida por um átomo de Oxigénio, ligeiramente negativo, e 2 átomos de Hidrogénio, ligeiramente positivos, por esta razão, e conforme a figura, as moléculas de água tendem a ficar juntas- próximas- ligadas por pontes de hidrogênio. 
Estas pontes de hidrogénio deixam muito espaço entre as moléculas de água, deixando "grandes buracos" na estrutura. à medida que a temperatura desce as moléculas vibram menos e têm menos espaço o que propicia a formação de mais pontes de hidrogénio, mas a formação deste tipo de ligação ocupa espaço. E assim, a água expande quando é congelada.
A figura resume visualmente o que foi explicado.