Propiedades del agua: Expansión anómala del agua

Propiedades del agua

El agua ocupa un lugar muy común en nuestras vidas y se considera un líquido típico. Tanto es así que la búsqueda de vida extraterrestre comienza con la búsqueda de agua. En realidad, el agua es uno de los líquidos más inusuales que jamás encontrarás. Sabemos que la vida en la Tierra depende de las propiedades únicas del agua. Como gas, el agua es uno de los gases más ligeros que se conocen; es mucho más denso que su forma sólida como líquido. Estas propiedades inusuales del agua tienen una gran influencia para nosotros. En este artículo, analicemos en profundidad la expansión anómala del agua.

Expansión anómala del agua

Una observación común observada en el comportamiento de las sustancias es que se expanden cuando se calientan a medida que disminuye la densidad y viceversa cuando el material se enfría. Así es como reaccionan generalmente las sustancias al calor. Veamos ahora cómo se comporta el agua cuando se calienta.

La tendencia general del agua fría se mantiene sin cambios hasta los 4 o C. La densidad del agua aumenta gradualmente a medida que se enfría. Cuando alcanza los 4 o C, su densidad alcanza un máximo. Lo que hará el agua a continuación te sorprenderá. Cuando la enfrías más para hacer hielo, es decir, 0 o C, el agua se expande con una mayor caída de temperatura, lo que significa que la densidad del agua disminuye cuando la enfrías de 4 o C a 0 o C. El siguiente gráfico explica este comportamiento.

El efecto de esta expansión del agua es que el agua más fría siempre está presente en la superficie. Dado que el agua a 4 o C es la más pesada, esta agua se deposita en el fondo de la masa de agua y la capa más ligera, es decir, la más fría, se acumula en la capa superior. Por eso, en invierno, la superficie del agua siempre es la primera en congelarse. Dado que tanto el hielo como el agua son malos conductores del calor, esta capa superior de hielo aísla el resto del cuerpo de agua del frío del invierno, protegiendo así toda la vida en el cuerpo de agua. Ahora puedes comprender verdaderamente cuán esenciales son las propiedades anómalas del agua para la vida.

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¿Por que sucede?

Como se muestra a continuación, una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno combinado con dos átomos de hidrógeno. A temperatura normal, las moléculas de agua se mantienen juntas en estado líquido debido a la atracción intermolecular de las moléculas de agua. En estado líquido, las moléculas de agua giran constantemente en el recipiente y se reorganizan constantemente.

Tenga en cuenta que el hidrógeno contribuye a la atracción intermolecular. También está presente la atracción entre los átomos de hidrógeno de una molécula de agua y el átomo de oxígeno de otra molécula de agua. La distancia entre los enlaces HO es mayor que la atracción OO en el agua. Al enfriar el agua, la velocidad a la que las moléculas giran disminuye a medida que pierden energía. Las moléculas de agua comienzan a apretarse entre sí al enfriarse más, lo que aumenta su densidad. A 4 o C, la densidad alcanza su máximo y, después de esto, las moléculas de agua ya no pueden apretarse más.

Entonces, el agua que se congela formando hielo se mantiene unida no por la atracción OO sino por la atracción HO. La disposición reticular del hielo impide el movimiento de las moléculas de agua. Pero como el enlace HO no es tan estrecho como el enlace OO, experimenta una pequeña expansión una vez que el enlace HO toma el relevo. Es como gente apiñada en un metro abarrotado. En el metro caben más personas si meten las manos en los bolsillos que si se toman de la mano y se ponen de pie. Esta disposición es más fuerte y también ocupa más espacio. El agua experimenta este mismo efecto.

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