El agua es un compuesto que existe en tres formas: sólido, líquido y gaseoso. La forma sólida del agua es hielo, la forma líquida es agua y la forma gaseosa se llama vapor o vapor. Típicamente, el hielo flota en la forma líquida del agua, a diferencia de otros sólidos que se hunden cuando se los coloca sobre el agua. El comportamiento único del agua ha sido una discusión en muchos foros, ya que tanto el hielo como el agua son agua.
¿Por qué flota el hielo?
El hielo flota en el agua porque es menos denso que el agua. El Principio de Arquímedes establece que para que un objeto flote en el agua, tiene que desplazar una cantidad igual de agua. Por lo general, los objetos sólidos son más densos que los líquidos. La lógica está respaldada por la química, ya que las moléculas que componen los sólidos están estrechamente unidas entre sí, haciéndolas más compactas. Por lo tanto, son más pesados que los líquidos y los gases. Sin embargo, el hielo es una excepción porque es menos denso que el agua y, por lo tanto, flota en él.
En la mayoría de los casos, el enfriamiento de un líquido conduce a un aumento en su densidad hasta que se vuelve sólido. En ese punto, alcanza su densidad máxima. El agua se comporta de forma ligeramente diferente en comparación con otros líquidos. A medida que continúa enfriando el agua, su densidad aumenta. Sin embargo, en lugar de alcanzar su densidad máxima cuando se congela, alcanza la densidad más alta en 4 grados Celsius. Al enfriar el agua más allá de 4 grados, se reduce su densidad debido a la naturaleza única de los enlaces de hidrógeno. Para cuando el agua se convierte en hielo, tiene una densidad menor que el agua. Más específicamente, el agua es 9% menos densa que el agua, ocupando así un 9% de espacio adicional. En consecuencia, un litro de hielo pesa menos de un litro de agua. La razón de esto es que los enlaces de hidrógeno en el agua son más compactos en forma líquida pero menos compactos en estado sólido.
El hielo también flota debido a las complejidades de la flotabilidad frente a la fuerza gravitacional. La fuerza de flotación es un "empuje hacia arriba" hacia la densidad del líquido. Por otro lado, la gravedad es un "tirón hacia abajo" que se relaciona con la densidad del líquido. Para que un sólido flote en un líquido, el empuje hacia arriba debe ser mayor que el empuje hacia abajo. Por lo tanto, cada vez que se coloca hielo sobre el agua, el empuje hacia arriba es mayor que el tirón hacia abajo.
¿Cuál es la importancia del hielo que flota en el agua?
La propiedad única del agua que flota en el agua hace posible la supervivencia de los peces que viven en cuerpos de agua que se congelan durante el invierno. Los cuerpos de agua se congelan de arriba a abajo permitiendo que los peces vivan en circunstancias normales a pesar de la superficie congelada. Si sucediera lo contrario, el hielo desplazaría el agua hacia la parte superior y también se congelaría. Como resultado, los ríos y lagos congelarían sólidos que llevarían a la muerte de toda la vida marina.
