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El hielo flota, por eso el océano tiene hielo polar e icebergs, y por eso flota el hielo en tu bebida. Si lo piensas, puede parecer un poco extraño porque el hielo es sólido e intuitivamente, debería ser más pesado que un líquido y hundirse. Aunque esto es cierto para la mayoría de las sustancias, el agua es una excepción. Sus enlaces de hidrógeno y su estado sólido en realidad lo hacen más liviano que en estado líquido.

El hielo es menos denso.

El agua es una sustancia asombrosa que básicamente alimenta la vida en la tierra, todos los organismos vivos la necesitan. También tiene algunas propiedades interesantes que permiten que la vida sea como es. Una de las propiedades más importantes es que el agua es más densa a 4 C (40 F). El agua caliente y el hielo son menos densos que el agua fría. Las sustancias menos densas flotan encima de las sustancias más densas. Por ejemplo, cuando haces aderezo para ensaladas, el aceite flota sobre el vinagre porque es menos denso. Lo mismo es cierto para todo. Si tienes una pelota de playa inflable en una piscina, flota, si tienes una roca, se hunde.

Aunque parezca pesado, un iceberg es menos denso que el agua. Créditos de imagen: Servicio Nacional Oceánico de la NOAA.

La razón por la que el hielo es menos denso que el agua tiene que ver con los enlaces de hidrógeno. Como sabes, el agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Están unidos por enlaces covalentes que son muy fuertes. Sin embargo, también se forma otro tipo de enlace entre diferentes moléculas de agua llamado enlace de hidrógeno, que 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 cercanas. Cuando el agua está caliente, las moléculas son muy activas, se mueven mucho y forman y rompen enlaces con otras moléculas de agua rápidamente. Tienen la energía para empujar más cerca uno del otro y moverse rápidamente.

A medida que el agua desciende por debajo de 4 C, la energía cinética disminuye, por lo que las moléculas ya no se mueven tanto. No tienen la energía para moverse, romperse y formar lazos tan fácilmente. 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, hay mucho espacio vacío.

La estructura de las moléculas de agua a medida que forman hielo, observe todo el espacio vacío. Créditos de imagen: NIMSoffice.

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 debe congelar una botella de agua de vidrio y por qué el agua congelada puede crear grietas más grandes en el concreto. Si tiene una botella de litro de hielo y una botella de litro de agua, entonces la botella de agua helada sería más ligera. Las moléculas están más alejadas unas de otras en este punto que cuando el agua está más caliente. Por lo tanto, el hielo es menos denso que el agua y flota.

Cuando el hielo se derrite, la estructura cristalina estable colapsa y de repente se vuelve más densa. A medida que el agua se calienta más de 4 C, gana energía y las moléculas se mueven más rápido y se separan más. Entonces, el agua caliente también ocupa más espacio que el agua más fría y flota sobre el agua más fría porque es menos densa. Es como cuando vas a un lago a nadar y la capa superior es agradable y cálida, pero cuando metes las piernas debajo, de repente hace mucho más frío.

Importante para nuestra Tierra

Entonces, ¿por qué esto importa? La flotabilidad de los hielos tiene consecuencias importantes para la vida en la tierra. Los lagos se congelan en la parte superior durante el invierno en lugares fríos, lo que permite que los peces y otros animales sobrevivan debajo. Si el fondo se congelara, todo el lago podría congelarse y casi nada podría sobrevivir el invierno en el lago. En los océanos del norte o del sur, si el hielo se hundiera, todos los casquetes de hielo estarían en el fondo del océano, impidiendo que cualquier cosa viva allí. El fondo del océano estaría lleno de hielo. Además, el hielo polar es importante porque refleja la luz y evita que nuestro planeta se caliente demasiado.

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