¿Por qué flota el hielo?
Esta es la explicación común de por qué flota el hielo: al congelarse, las moléculas de agua se organizan en una estructura cristalina, lo que deja espacio extra entre ellas y hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida. Pero esta explicación simplifica demasiado la verdad, afirma el físico Russo, de la Universidad La Sapienza (Italia). La verdadera razón reside en las propiedades únicas de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. En el hielo, estos enlaces forman una red estructurada y rígida que mantiene las moléculas en una disposición muy específica. Sin embargo, en el agua líquida, los enlaces de hidrógeno pueden flexionarse y distorsionarse sin romperse. Esta flexibilidad facilita que las moléculas de agua estén más juntas. «Si los enlaces de hidrógeno fueran un poco más rígidos, el agua líquida perdería esta eficiencia de disposición molecular y se volvería menos densa que el hielo, un cambio que alteraría los ecosistemas, remodelaría los climas y dejaría la Tierra irreconocible», explica Russo. Para ilustrarlo, piense en apretar un cilindro lleno de agua líquida y de hielo. Según la ecuación de Clausius-Clapeyron, un principio termodinámico fundamental, la aplicación de presión favorece la transición a la fase que puede empaquetar las moléculas de forma más compacta. Para la mayoría de las sustancias, esa fase es la sólida, que da una estructura compacta y ordenada con un espacio vacío mínimo. Como al apilar balas de cañón o naranjas, al organizarlas en un patrón regular y compacto, llenan el espacio de la forma más eficiente con huecos mínimos. Por lo general, este principio se aplica a los sólidos, donde las disposiciones fijas y estructuradas crean una densidad máxima. Sin embargo, el agua se comporta de otra manera. «El agua no es un líquido normal», afirma Russo. Pertenece a una categoría denominada «líquidos vacíos». La flexibilidad del enlace de hidrógeno y el espacio vacío de la estructura líquida hacen que la disposición desordenada permita a las moléculas de agua empaquetarse más densamente de lo que lo harían en el entramado estructurado del hielo. Por lo tanto, bajo presión, el contenido de nuestro granizado se volvería más líquido. Con el trabajo de Russo en el proyecto SOFTWATER, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se desentrañaron más de las propiedades fascinantes que hacen única al agua. Esto incluyó el desarrollo de modelos computacionales de los enlaces de hidrógeno flexibles del agua, lo que permitió a Russo y su equipo imaginar formas nuevas de agua. El agua es tan misteriosa como vital. La capacidad del hielo para flotar en el agua contribuye a modelar nuestro clima y permite que la vida acuática sobreviva bajo los lagos y océanos congelados. Algo en lo que pensar la próxima vez que revuelvas los cubitos que flotan en tu bebida. Haga clic aquí para obtener más información sobre la investigación de John Russo: Descubrir los secretos de la singularidad del agua
Palabras clave
SOFTWATER, agua, hielo, flotar, densidad, termodinámica, estructura, misteriosa, océano, clima