Cuando una sustancia se calienta, recibe energía de tal manera que sus moléculas se agitan, comenzando a ocupar un volumen mayor, es decir, se expande. Lo contrario ocurre cuando una sustancia se enfría, ya que pierde energía y sus moléculas tienden a estar muy juntas, provocando una contracción de volumen. Esto hace que, normalmente, la materia en estado sólido ocupe menos volumen que cuando está en estado líquido.
Al contrario de lo que ocurre con la mayoría de sustancias, el agua tiene un comportamiento anómalo: cuando se calienta, entre los intervalos de 0 y 4º C, sufre contracción y luego comienza a dilatarse, es decir, cuando el agua está en su estado sólido, tiene un volumen mayor que en el estado líquido en este intervalo de temperatura. Este comportamiento irregular del agua se puede representar con el siguiente gráfico:
El volumen de agua disminuye entre 0 y 4 ° C y luego comienza a aumentar.
Si el volumen de agua disminuye durante este intervalo y su masa se mantiene constante, en consecuencia el
densidad de agua, que es la relación entre masa y volumen, será máxima cuando el agua esté a 4ºC. Mira el gráfico:
Este gráfico muestra que la densidad del agua es máxima cuando la temperatura es de 4 ° C
Pero, ¿cuál es la razón de la dilatación anómala? del agua? Esta explicación se encuentra en su composición molecular. Las moléculas de agua se unen a través de enlaces químicos llamados Enlaces de hidrógeno.
Cuando la temperatura del agua aumenta, por encima de 0ºC, los enlaces de hidrógeno comienzan a romperse, provocando una aproximación entre las moléculas. Este efecto supera la agitación térmica molecular, que hace que las moléculas se separen y las haga ocupar un mayor volumen de tal forma que su volumen se contraiga.
Cuando la temperatura supera los 4ºC, el número de enlaces de hidrógeno ya es muy bajo. De esta forma, comienza a prevalecer el distanciamiento molecular, con, por tanto, un aumento de su volumen.
Este comportamiento irregular del agua explica varios fenómenos naturales, incluido el hecho de que el hielo flota sobre el agua, que es lo que sucede en regiones muy frías, donde la superficie de los lagos se congela mientras que en el fondo queda el agua líquido. Como el agua tiene una densidad máxima a 4ºC, permanece en el fondo, haciendo convección térmica, que es una de intercambio de calor debido a la diferencia de densidad.
Por Mariane Mendes
Licenciada en Física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm
