DILATACIÓN ANÓMALA DEL AGUA

El agua se comporta de un modo muy particular cuando su temperatura varía.Esta particularidad de la dilatación térmica del agua tiene gran importancia en la vida de seres que viven en el agua.

A temperatura ambiente, el agua se dilata cuando la temperatura sube y se contrae cuando baja. Pero próximo al punto de congelación, a los 0 ºC ocurre lo contrario, lo cual es muy importante para la preservación de la vida.

En invierno el agua se enfría en la superficie, el movimiento del agua fría se prolonga hasta que el agua alcanza su temperatura de 4 ºC.

En los depósitos profundos, cerca del fondo, donde la temperatura del agua es de 4 ºC  los animales que habitan en los ríos y los lagos pueden pasar el invierno; si esto no fuera así, los animales subacuáticos quedarían atrapados dentro del hielo.

Para comprender esta propiedad supóngase que por efecto del calor externo, la masa sólida comienza a fundirse.  En esta transformación, un número relativamente pequeño de moléculas adquiere energía cinética suficiente como para que se rompan sus enlaces de hidrógeno. 

Estas moléculas se liberan de la red cristalina que comienza a desmoronarse y quedan ocupando los huecos hexagonales que forman canales, con lo cual comienza a aumentar la masa por unidad de volumen.  A medida que crece la energía externa aumenta la densidad del agua líquida,  porque se ocupan  mas espacios vacíos hasta llegar al máximo de 4°C.  Esta es la razón por la cual el hielo es menos denso que el agua y por lo tanto flota sobre ella. 

Si la temperatura aumenta desde 0 ºC hasta 4 ºC  como el agua se contrae a a 4 ºC tiene menos volumen, y por lo tanto es más densa que el hielo o el agua a cualquier otra temperatura.

Al mismo tiempo que el agua se calienta, se expande y por lo tanto disminuye su densidad.  Estos dos procesos, ocupado de huecos hexagonales y expansión térmica actúan en sentidos contrarios.  De 0°C a 4°C predomina el proceso de llenado de huecos y el agua se torna más densa.  Sobre 4°C predomina la expansión térmica con la consiguiente disminución de densidad.  

Las variaciones de densidad del agua con la temperatura tienen una profunda repercusión en el medio ambiente.  En cuerpos de agua, como un lago,  el agua a 4°C, que es la más densa, se sumerge hasta el fondo mientras que el agua sobre 4°C, que es menos densa, sube a la parte superior.  

Este desplazamiento de agua, por convección, produce que la casi totalidad del cuerpo alcance los 4°C.  Bajo esta temperatura la densidad disminuye, pero como el agua no es más pesada que la que está a 4°C, no se desplaza hacia el fondo sino que  permanece en la superficie hasta que a 0°C se congela.  

La capa de hielo que se forma,  que es menos densa,  no se sumerge y como queda sobre la superficie del cuerpo de agua  forma una capa aislante que evita que el agua interior se congele.  Si el hielo llegara al fondo, no podría aislar el interior del cuerpo del frío ambiental, por lo que todo el cuerpo se congelaría, y los peces y otros organismos vivos morirían. 

Cuando el agua se congela en los intersticios de las rocas, la expansión del hielo que se produce puede partirlas en trozos más pequeños. Este proceso repetido en años logra la formación de partículas y la consiguiente formación de un suelo fértil.

En siguiente video se demuestra experimentalmente la Dilatación Anómala del Agua

Contesta las siguientes preguntas que serán discutidas en la sesión de clase:

1. Porqué el agua tiene una dilatación anómala?

2. Qué sucede con la densidad y volumen del agua a  0 ºC?

3. Cómo se comporta el agua entre  0 ºC y 4 ºC?

4. Cuál es el beneficio de este comportamiento del agua para los seres acuáticos?

5. Qué procesos a nivel molecular suceden cuando el agua se encuentra 0 ºC y 4 ºC?

6. Porqué el hielo flota sobre el agua?
7. Cuáles serían las consecuencias si el hielo no flotara y se hundiera?