¿por qué el agua se expande cuando se congela?¿Por qué el agua líquida tiene una densidad máxima?
La mayoría de los líquidos tienen un comportamiento bastante simple cuando se enfrían (a una presión fija): se encogen.El líquido se contrae a medida que se enfría; debido a que las moléculas se mueven más lentamente, son menos capaces de superar las fuerzas intermoleculares atractivas que los acercan entre sí.Luego se alcanza la temperatura de congelación,y la sustancia se solidifica, lo que hace que se contraiga más porque los sólidos cristalinos generalmente están apretados.,
el Agua es una de las pocas excepciones a este comportamiento.Cuando el agua líquida se enfría, se contrae como uno esperaría hasta que se alcance una temperatura de aproximadamente 4 grados Celsius.Después de eso, se expande ligeramente hasta que alcanza el punto de congelación, y luego cuando se congela se expande en aproximadamente un 9%.
Este comportamiento inusual tiene su origen en la estructura de la watermolecule.Hay una fuerte tendencia a formar una red de hidrógenos, donde cada átomo de hidrógeno está en una línea entre dos oxigenatos., Esta tendencia de enlace de hidrógeno se hace más fuerte a medida que la temperatura disminuye (porque hay menos energía térmica para sacudir los hidrogenosbonds fuera de posición). La estructura del hielo está completamente unida a hidrógeno, y estos enlaces fuerzan la estructura cristalina a «abrirse», como se muestra en la siguiente imagen:
Las imágenes de esta página son cortesía del proyecto theMathMol en el laboratorio de Visualización Científica de NYU/ACF.
La información sobre MathMol se puede encontrar aquí.,
en las siguientes dos imágenes, la primera muestra una estructura típica de agua líquida, mientras que la segunda es una estructura de hielo; tenga en cuenta el espacio abierto adicional en el hielo.
es esta estructura sólida abierta la que hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida. Es por eso que el hielo flota sobre el agua, por lo cual todos deberíamos estar agradecidos porque si el agua se comportara «normalmente» muchos cuerpos de agua se congelarían sólidos en el invierno, matando toda la vida dentro de ellos.
la «densidad máxima» del agua es un producto del mismo fenómeno.,Cerca del punto de congelación, las moléculas de agua comienzan a arreglarse localmente en estructuras similares al hielo. Esto crea cierta «apertura»en el agua líquida, que tiende a disminuir su densidad.A esto se opone la tendencia normal de enfriamiento para aumentar la densidad; es a aproximadamente 4 grados Celsius que estas tendencias opuestas se equilibran, produciendo la densidad máxima.
actualizado el 3 de diciembre de 2013
