¿de qué forma favorece la diferente densidad del agua líquida y el agua solida
Respuestas a la pregunta
Respuesta: El agua se considera como una sustancia con propiedades únicas, inusuales y no esperadas de una molécula tan sencilla. La densidad y la temperatura alrededor del punto de congelación del agua explican como el hielo aparece y desaparece.
El agua es una molécula dipolar formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos mediante sendos enlaces covalentes. Es el medio donde se disuelven casi todas las sustancias y se producen muchas reacciones químicas, debido a su polaridad y conductividad eléctrica, fundamentales para el metabolismo de los seres vivos. Es muy importante en la estabilización del clima dada la gran cantidad de calor que puede almacenar el agua del mar. Dependiendo de la temperatura y presión cambia muy fácilmente de estado, puede aparecer como un líquido que fluye, o un gas por la atmósfera o un sólido en un lago.
En algunas zonas de España las temperaturas negativas son habituales, sin embargo se observa que los lagos y ríos nunca se hielan del todo. En cuanto al mar nunca se congela en nuestras costas. Sus propiedades en las proximidades de la temperatura de cero grados explican algunas situaciones sorprendentes del agua.
Proceso de congelación
La congelación de un líquido puro se produce a una temperatura fija, cero grados para el agua bajo la presión de una atmósfera, que es la habitual en la Tierra. El proceso de congelación tiene una propiedad suplementaria que ilustra el comportamiento de una mezcla de hielo y agua, cuando hay una variación de calor en esa mezcla, su temperatura queda constante e igual a cero grados, variando la cantidad de hielo presente. Por el contrario, a otras temperaturas el agua se calienta al aportarle calor y se enfría cuando se retira calor. Si se aportan 4.2 kJ a un litro de agua, su temperatura se eleva un grado.
El hielo que se encuentra de forma natural es conocido como hielo I, con estructura hexagonal, sin embargo bajo condiciones de laboratorio se han logrado crear hasta otras 11 fases. Fuera de la Tierra el hielo puede existir amorfo, descubierto en 1935.
Es suficiente poner un cuerpo en contacto con hielo para mantener su temperatura a cero grados, cuando se quiere evitar que algo se hiele, se ponen grandes depósitos de agua, de forma que no se convierta en hielo todo su contenido, y la temperatura no descienda por debajo de los cero grados.
Para fundir un kilogramo de hielo son necesarios 334 kJ, (calor latente de fusión), una energía 80 veces superior a la necesaria para hacer pasar este mismo kilogramo (un litro) de agua de cero a un grado. Estas magnitudes explican el que la fusión de un cubo de hielo de tres centímetros de lado (unos 25 gramos), sea suficiente para bajar la temperatura de un vaso de un tercio de litro con bebida, de 20 a 12 grados. Sin embargo si se añaden 25 gramos de agua a cero grados al mismo vaso con bebida, la temperatura no desciende más que grado y medio.
Estructura del agua
El agua tiene uno de los mayores calores latentes conocidos. La causa se debe a su estructura, al formar el hielo las moléculas se ordenan muy regularmente mediante los denominados enlaces de hidrógeno, en continua redistribución. Estos enlaces explican no sólo el gran valor del calor latente del hielo, sino también su gran resistencia mecánica. Lo más sorprendente es que los enlaces de hidrógeno mantienen alejadas las moléculas de agua, de forma que en estado sólido el volumen es mayor, siendo la densidad inferior a la del agua, explicando por qué flota el hielo. Al fundir, sólo el 16% de los enlaces de hidrógeno se rompen y da lugar a que por encima de cero grados la densidad del agua crece con la temperatura al romperse más enlaces de hidrógeno. El fenómeno se produce hasta que la disminución del volumen debido a la agitación térmica contrarresta la densificación del agua debido a las roturas de enlaces, de forma que la máxima densidad del agua líquida se alcanza a los cuatro grados.
En 1930 el famoso químico Linus Pauling (1901-1993) dio origen a una controversia al afirmar que los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua pueden verse afectados por los enlaces sigma dentro de las uniones covalentes de los átomos de agua, dando lugar a unas nubes de electrones indescirnibles.
Esta teoría no se pudo comprobar hasta que un grupo de investigadores de los Laboratorios Bell junto con investigadores europeos diseñaron un experimento clave. Trabajando con el European Synchroton Radiation Facility (ESFR) en Grenoble (Francia) estudiaron los patrones de dispersión cuando los fotones de rayos X rebotaban en los electrones de los enlaces de hidrógeno.
Las investigaciones confirmaron la propuesta de Pauling, lo cual permitió mejorar las teorías del agua y muchas referentes a estructuras biológicas, como el ADN que poseen enlaces de hidrógeno. Estos experimentos también fueron de utilidad en el estudio de semiconductores y superconductores.
Explicación: dame coronita porfa