¿Qué es la Dilatación Irregular del Agua?
La dilatación irregular del agua es una propiedad física que ocasiona que el agua sufra un proceso de expansión cuando se congela. Se considera que es una propiedad irregular, porque la mayoría de elementos se expanden con el calor y se contraen con el frío. Sin embargo, en el agua ocurre el proceso de expansión en cualquiera de los dos cambios de temperatura.
Usualmente, el agua es considerada como el líquido más común por su abundancia en la Tierra. Pero en realidad es todo lo contrario: sus propiedades anómalas hacen que sea el líquido más atípico.
Sin embargo, son justamente sus propiedades irregulares las que han permitido el desarrollo de la vida sobre la Tierra.
La dilatación térmica y la densidad de los cuerpos
La dilatación o expansión térmica es un fenómeno que ocurre cuando el tamaño de un objeto aumenta a causa de un cambio en la temperatura del mismo.
Cuando aumenta la temperatura de un cuerpo, esto hace que sus moléculas se muevan con mayor velocidad. Este movimiento hace que exista un mayor espacio entre dichas moléculas y este nuevo espacio ocasiona que aumente el tamaño del objeto.
Es importante tener en cuenta que no todos los cuerpos se expanden igual. Por ejemplo, los metales como el aluminio y el acero, son elementos que al calentarse alcanzan mayor expansión que el vidrio.
Cuando un cuerpo sufre la dilatación térmica, no sólo cambia su tamaño sino también su densidad.
La densidad es la cantidad de materia contenida en una unidad de volumen. Esto, en otras palabras, es el total de moléculas que tiene un elemento en un espacio determinado.
Por ejemplo, el acero tiene una mayor densidad que las plumas. Por eso un kilo de acero ocupa menos espacio que un kilo de plumas.
Cuando un cuerpo se expande, conserva la misma masa pero aumenta el espacio que ocupa. Por lo tanto, cuando aumenta la temperatura, aumenta también el tamaño pero la densidad disminuye.
La dilatación irregular del agua
La dilatación térmica en el agua presenta unas características especiales que son fundamentales para la preservación de la vida.
Por una parte, cuando el agua se calienta sufre el mismo proceso de dilatación que la mayoría de los cuerpos. Sus moléculas se separan y se expanden transformándose en vapor de agua.
Sin embargo, cuando se enfría ocurre un proceso único: a medida que su temperatura desciende, este líquido comienza a comprimirse.
Pero cuando alcanza los 4°C, se expande. Finalmente, cuando alcanza los 0°C, temperatura necesaria para su congelación, su volumen aumenta hasta un 9%.
Esto se debe a que las moléculas del agua congelada se agrupan en estructuras diferentes a las de otros materiales, las cuales dejan grandes espacios entre sí. Por lo tanto ocupan un mayor volumen que el agua en estado líquido.
Un ejemplo cotidiano en el que se puede observar este fenómeno es la preparación de hielo en cubiteras. Cuando se llenan las cubiteras con agua en estado líquido, es imposible llenarlas por encima del borde porque obviamente se derramaría.
Sin embargo, al retirar el hielo es posible observar cómo este sobresale de las cubiteras. Demostrando así que el volumen de éste ha aumentado durante el proceso de congelación.
Obviamente, cuando las moléculas del agua convertida en hielo se expanden, su densidad también disminuye. Por lo tanto el agua congelada es menos densa que el agua líquida, lo cual le da al hielo la propiedad de flotar.
Esto se puede observar en ejemplos muy sencillos como cuando flotan en el vaso los hielos que se le han puesto a una bebida.
Pero también se puede observar en grandes fenómenos naturales como la capa de hielo que se forma sobre el agua en inverno e inclusive en la existencia de los icebergs.
La importancia de la dilatación irregular del agua
La dilatación irregular del agua, no sólo es una curiosidad científica. También es un fenómeno que ha jugado un papel fundamental en el desarrollo de la vida en la Tierra, tanto dentro del agua como fuera de ella.
En la vida acuática
En cuerpos de agua como los lagos, es posible observar que cuando llega el invierno la capa superior del agua se congela. Sin embargo, el agua que se encuentra por debajo se mantiene en estado líquido.
Si el hielo fuera más denso que el agua, esta capa helada se hundiría. Esto haría que una nueva capa líquida quedara expuesta al frío de la atmósfera y se congelara hasta hundirse. De esta manera, toda el agua de los lagos se congelaría, poniendo en peligro la vida submarina.
Sin embargo, gracias a las propiedades irregulares del agua ocurre un fenómeno diferente. Cuando la capa superficial se congela, el agua que está por debajo de ella se conserva a una temperatura de 4°C.
Esto ocurre gracias a que el agua alcanza su mayor densidad a los 4°C, es decir que el agua del fondo siempre estará máximo a esta temperatura.
Si eventualmente aumentara, la densidad la empujaría hacia la superficie donde la capa de hielo la congelaría nuevamente.
Gracias a este fenómeno, la temperatura de los cuerpos de agua se mantiene estable y protegida del frío de la atmósfera. Esto garantiza la supervivencia de las especies animales y vegetales que viven dentro del agua.
Esos 4 grados, son los que marcan la diferencia para todas las criaturas que viven en las aguas de los polos como las orcas y las focas cangrejeras.
En la vida fuera del agua
La vida humana y en general todas formas de vida que existen en la Tierra, también se benefician de las cualidades anómalas del agua.
Por una parte, es necesario considerar que la mayor parte del oxígeno proviene de las diferentes especies que componen al fitoplancton. Esta forma de vida no sobreviviría si los océanos pudieran congelarse y esto dificultaría el desarrollo de la vida humana y animal.
Por otra parte, la dilatación irregular del agua también afecta las corrientes oceánicas. Por lo tanto, también tiene efectos en las condiciones climáticas del planeta.
Referencias
- Chaplin, M. (S.F.). Explanation of the Density Anomalies of Water. Recuperado de: lsbu.ac.uk
- Helmenstine, A. (2017). Why Does Ice Float? Recuperado de: thoughtco.com
- Kids & Science. (S.F.). The Anomaly of Water. Recuperado de: vias.org
- Meier, M. (2016). Ice. Recuperado de: britannica.com
- Study.com. (S.F.). Thermal Expansion: Definition, Equation & Examples. Recuperado de: study.com.