15.2: Estructura de Hielo
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El hielo es un material interesante y útil. Se puede utilizar para enfriar los alimentos y mantenerlos frescos. El hielo puede proporcionar recreación, como en el caso del patinaje sobre hielo. Puede causar grandes daños cuando se congela: las carreteras se pueden abrochar, las casas pueden dañarse, las tuberías de agua pueden estallar. Todo esto sucede por una propiedad única del agua: cuando el agua se congela, se expande en volumen a medida que se forma hielo.
Estructura de Hielo
El agua líquida es un fluido. Los enlaces de hidrógeno en el agua líquida se rompen y se reforman constantemente a medida que las moléculas de agua se tambalean unas A medida que el agua se enfría, su movimiento molecular se ralentiza y las moléculas se acercan gradualmente entre sí. La densidad de cualquier líquido aumenta a medida que disminuye su temperatura. Para la mayoría de los líquidos, esto continúa a medida que el líquido se congela; el estado sólido es más denso que el estado líquido. Sin embargo, el agua se comporta de manera diferente. En realidad alcanza su densidad más alta aproximadamente a aproximadamente\(4^\text{o} \text{C}\).
| Temperatura\(\left( ^\text{o} \text{C} \right)\) | Densidad\(\left( \text{g/cm}^3 \right)\) |
|---|---|
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">100 (líquido) | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9584 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">50 | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9881 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">25 | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9971 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">10 | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9997 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">4 | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">1.0000 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0 (líquido) | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9998 |
| \ (\ left (^\ text {o}\ text {C}\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0 (sólido) | \ (\ left (\ text {g/cm} ^3\ right)\)” style="vertical-align:middle; text-align:center; ">0.9168 |
En medio\(4^\text{o} \text{C}\) y\(0^\text{o} \text{C}\), la densidad disminuye gradualmente a medida que los enlaces de hidrógeno comienzan a formar una red caracterizada por una estructura generalmente hexagonal con espacios abiertos en medio de los hexágonos (ver figura a continuación).
El hielo es menos denso que el agua líquida y así flota. Los estanques o lagos comienzan a congelarse en la superficie, más cerca del aire frío. Se forma una capa de hielo, pero no se hunde como lo haría si el agua no tuviera esta estructura única dictada por su forma, polaridad y enlaces de hidrógeno. Si el hielo se hundiera mientras se congelaba, lagos enteros se congelarían sólidos. Como el hielo no se hunde, el agua líquida permanece bajo el hielo durante todo el invierno. Esto es importante, ya que los peces y otros organismos son capaces de sobrevivir durante el invierno. El hielo es uno de los pocos sólidos que es menos denso que su forma líquida.
Resumen
- La densidad de cualquier líquido aumenta a medida que disminuye su temperatura. Como excepción, el hielo es menos denso que el agua líquida.
- La estructura intermolecular del hielo tiene espacios que no están presentes en el agua líquida.