Los bloques de hielo polar y los icebergs flotan en el océano, e incluso en las bebidas, el hielo nunca se hunde hasta el fondo. Se puede concluir que el hielo no se hunde en el agua. ¿Por qué? Si lo piensas bien, esta pregunta puede parecer un poco extraña, porque el hielo es sólido e, intuitivamente, debería ser más pesado que el líquido. Si bien esta afirmación es cierta para la mayoría de las sustancias, el agua es la excepción a la regla. El agua y el hielo se distinguen por enlaces de hidrógeno, que hacen que el hielo sea más ligero en estado sólido que en estado líquido.
Pregunta científica: ¿Por qué el hielo no se hunde en el agua
Imaginemos que estamos en una lección llamada "El mundo que nos rodea" en tercer grado. “¿Por qué el hielo no se hunde en el agua?”, pregunta la maestra a los niños. Y los niños, al no tener un conocimiento profundo de la física, comienzan a razonar. "¿Quizás es magia?" dice uno de los niños.
De hecho, el hielo es extremadamente inusual. Prácticamente no existen otras sustancias naturales que, en estado sólido, puedan flotar en la superficie de un líquido. Esta es una de las propiedades que hace que el agua sea una sustancia tan inusual y, francamente, es lo que cambia el camino de la evolución planetaria.
Hay algunos planetas que contienen grandes cantidades de hidrocarburos líquidos como el amoníaco; sin embargo, cuando se congela, este material se hunde hasta el fondo. La razón por la que el hielo no se hunde en el agua es que cuando el agua se congela, se expande y, con ello, su densidad disminuye. Curiosamente, la expansión del hielo puede romper rocas: el proceso de glaciación del agua es muy inusual.
Científicamente hablando, el proceso de congelación establece ciclos rápidos de meteorización y ciertas sustancias químicas liberadas en la superficie pueden disolver los minerales. En general, existen procesos y posibilidades asociados con la congelación del agua que las propiedades físicas de otros líquidos no implican.
Densidad del hielo y el agua
Entonces, la respuesta a por qué el hielo no se hunde en el agua sino que flota en la superficie es que tiene una densidad más baja que el líquido, pero esa es una respuesta de primer nivel. Para comprender mejor, necesita saber por qué el hielo tiene baja densidad, por qué las cosas flotan en primer lugar, cómo la densidad hace que floten.
Recuerde al genio griego Arquímedes, quien descubrió que después de sumergir cierto objeto en agua, el volumen del agua aumenta en un número igual al volumen del objeto sumergido. En otras palabras, si coloca un plato hondo sobre la superficie del agua y luego coloca un objeto pesado en él, el volumen de agua que se vierte en el plato será exactamente igual al volumen del objeto. No importa si el objeto está completamente sumergido oparcialmente.
Propiedades del agua
El agua es una sustancia asombrosa que básicamente alimenta la vida en la tierra, porque todo organismo vivo la necesita. Una de las propiedades más importantes del agua es que tiene la mayor densidad a 4°C. Así, el agua caliente o el hielo son menos densos que el agua fría. Las sustancias menos densas flotan sobre las sustancias más densas.
Por ejemplo, mientras prepara una ensalada, notará que el aceite está en la superficie del vinagre; esto puede explicarse por el hecho de que tiene una densidad más baja. La misma ley también es válida para explicar por qué el hielo no se hunde en el agua, sino que se hunde en la gasolina y el queroseno. Es solo que estas dos sustancias tienen una densidad más baja que el hielo. Entonces, si arrojas una pelota inflable a la piscina, flotará en la superficie, pero si arrojas una piedra al agua, se hundirá hasta el fondo.
Qué cambios le suceden al agua cuando se congela
La razón por la que el hielo no se hunde en el agua se debe a los enlaces de hidrógeno que cambian cuando el agua se congela. Como sabes, el agua consta de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Están unidos por enlaces covalentes que son increíblemente fuertes. Sin embargo, el otro tipo de enlace que se forma entre diferentes moléculas, llamado enlace de hidrógeno, es más débil. Estos enlaces se forman porque los átomos de hidrógeno cargados positivamente son atraídos por los átomos de oxígeno cargados negativamente de las moléculas de agua vecinas.
Cuando el agua está tibia, las moléculas son muy activas,se mueven mucho, forman y descomponen rápidamente enlaces con otras moléculas de agua. Tienen la energía para acercarse y moverse rápidamente. Entonces, ¿por qué el hielo no se hunde en el agua? La química esconde la respuesta.
Física química del hielo
A medida que la temperatura del agua cae por debajo de los 4 °C, la energía cinética del líquido disminuye, por lo que las moléculas ya no se mueven. No tienen la energía para moverse y son tan fáciles como a altas temperaturas de romperse y formar enlaces. En cambio, forman más enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua para formar estructuras reticulares hexagonales.
Forman estas estructuras para mantener separadas las moléculas de oxígeno cargadas negativamente. En medio de los hexágonos formados como resultado de la actividad de las moléculas, hay mucho vacío.
El hielo se hunde en el agua - razones
El hielo es en realidad un 9% menos denso que el agua líquida. Por lo tanto, el hielo ocupa más espacio que el agua. En la práctica, esto tiene sentido porque el hielo se expande. Es por eso que no se recomienda congelar una botella de vidrio con agua: el agua congelada puede crear grandes grietas incluso en el concreto. Si tiene una botella de litro de hielo y una botella de litro de agua, entonces una botella de agua helada será más fácil. Las moléculas están más separadas en este punto que cuando la sustancia está en estado líquido. Por eso el hielo no se hunde en el agua.
Cuando el hielo se derritela estructura cristalina estable se rompe y se vuelve más densa. Cuando el agua se calienta a 4°C, gana energía y las moléculas se mueven más rápido y más lejos. Esta es la razón por la cual el agua caliente ocupa más espacio que el agua fría y flota sobre el agua fría, tiene menos densidad. Recuerda, cuando estás en el lago, mientras nadas, la capa superior de agua siempre es agradable y cálida, pero cuando bajas los pies, sientes el frío de la capa inferior.
La importancia del proceso de congelación del agua en el funcionamiento del planeta
A pesar de que la pregunta "¿Por qué el hielo no se hunde en el agua?" para el grado 3, es muy importante entender por qué está ocurriendo este proceso y qué significa para el planeta. Por lo tanto, la flotabilidad del hielo tiene implicaciones importantes para la vida en la Tierra. Los lagos se congelan en invierno en lugares fríos; esto permite que los peces y otros animales acuáticos sobrevivan bajo la capa de hielo. Si el fondo estuviera congelado, entonces hay una alta probabilidad de que todo el lago esté congelado.
En tales condiciones, ni un solo organismo habría sobrevivido.
Si la densidad del hielo fuera mayor que la densidad del agua, entonces los océanos se hundirían en el hielo, y las capas de hielo que estarían en el fondo no permitirían que nadie viviera allí. El fondo del océano estaría lleno de hielo, ¿y en qué se convertiría todo? Entre otras cosas, el hielo polar es importante porque refleja la luz y evita que el planeta Tierra se caliente demasiado.
