El extraño caso del hielo que flotaba en el agua

Todos hemos visto flotar hielos en el agua: icebergs que chocan contra el Titanic, o islas de hielo que sirven de taxis a osos polares:

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Pero, ¿por qué flota el hielo en el agua? Bueno, porque es menos denso que el agua líquida. Tal vez la pregunta correcta sea: ¿por qué es menos denso el hielo que el agua líquida?

Para explicar el concepto de los estados de agregación de la materia (sólido, líquido, gas) se suele emplear el modelo cinético: los átomos son como pelotas, que en el caso de los gases se mueven libremente, en un sólido están unidas mediante muelles y en un líquido el modelo es algo más complicado.

De cualquier manera, parece obvio que estas pelotas que ahora son nuestros átomos, estarán más juntas en estado sólido que en el líquido, y por tanto el sólido ha de ser más denso que el líquido (habrá más átomos en el mismo volumen).

Esto, en general, es válido para muchos materiales; pero hay una sustancia que es bastante abundante que no lo cumple: el agua.

Como hemos dicho antes, el agua es más densa que el hielo. Pero, ¿es esto cierto siempre?

Resulta que siempre, no. El agua es una sustancia polimorfa: la estructura interna del material, la disposición de sus moléculas, varía. Depende de las circunstancias en las que se creó. Un caso de polimorfismo famoso es el del carbono: a presiones y temperaturas normales, el carbono forma grafito, pero a altas presiones y temperaturas los átomos de carbono se ordenan en una estructura de red cúbica, dando lugar al preciado diamante.

En el caso del agua en estado sólido, se conocen hasta el momento hasta 9 tipos de hielo diferentes (en Wikipedia). De estas 9 estructuras de hielo posibles, sólo una (el hielo I), es capaz de formarse en las condiciones de presión y temperatura que se dan en la Tierra. Y es ese tipo de hielo el único cuya densidad es menor que la del agua líquida. Comprendéis ahora el título de esta entrada, ¿verdad?

¿Qué pasaría si esto no fuera así? Es decir, si el hielo fuera más denso que el agua líquida. Visualizad un lago siberiano. Veréis que tiene por encima una capa de hielo. Pero si es hielo fuera unos de los otros 8 tipos, se hundiría, con lo que la capa de agua que queda por encima del hielo se congelaría, hundiéndose a su vez. Así hasta que en vez de lago, tuviéramos un cubito de hielo enorme. Y los peces, encima del cubito helándose de frío. Los animales acuáticos lo tendrían difícil para sobrevivir.

Edito 4/03/10: Para más cosas curiosas sobre hielo y agua, la siguiente entrada de Noxbru’s Lair: supercooled water (o agua superguay)

2 comentarios en “El extraño caso del hielo que flotaba en el agua

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