El fenómeno anómalo del agua

También conocido como el comportamiento anómalo del agua.

Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos.

Sin embargo, el líquido más común, el agua, no se comporta como los otros líquidos. La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, donde su valor es de      1000 kg/m³. A cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este comportamiento del agua es la razón por la que en los lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacuática.

A temperatura ambiente, el agua se dilata cuando la temperatura sube y se contrae cuando baja. Pero próximo al punto de congelación, a los 0 ºC, ocurre lo contrario, lo cual es muy importante para la preservación de la vida.

Según esta curva, la densidad máxima del agua es a 4°C, es decir, en estado líquido, mientras que a 0°C, en estado sólido, es menor.  Para comprender esta propiedad, podemos suponer que por efecto del calor externo la masa sólida comienza a fundirse.  En esta transformación, un número relativamente pequeño de moléculas adquiere energía cinética suficiente como para que se rompan sus enlaces de hidrógeno (enlaces que establecen unas moléculas de agua con otras). Estas moléculas se liberan de la red cristalina que comienza a desmoronarse y quedan ocupando los huecos hexagonales que forman canales, con lo cual comienza a aumentar la masa por unidad de volumen.  A medida que crece la energía externa aumenta la densidad del agua líquida,  porque se ocupan  más espacios vacíos hasta llegar al máximo de 4°C.  Esta es la razón por la cual el hielo es menos denso que el agua, y por lo tanto flota sobre ella. 

Al mismo tiempo que el agua se calienta, se expande y por lo tanto disminuye su densidad.  Estos dos procesos (la ocupación de huecos hexagonales y la expansión térmica) actúan en sentidos contrarios.  De 0°C a 4°C predomina el proceso de llenado de huecos y el agua se torna más densa.  Sobre 4°C predomina la expansión térmica con la consiguiente disminución de densidad.  Las variaciones de densidad del agua con la temperatura tienen una profunda repercusión en el medio ambiente.  En cuerpos de agua, como un lago,  el agua a 4°C, que es la más densa, se sumerge hasta el fondo mientras que el agua sobre 4°C, que es menos densa, sube a la parte superior.  Este desplazamiento de agua, por convección, produce que la casi totalidad del cuerpo alcance los 4°C.  Bajo esta temperatura la densidad disminuye, pero como el agua no es más pesada que la que está a 4°C, no se desplaza hacia el fondo sino que  permanece en la superficie hasta que a 0°C se congela.  La capa de hielo que se forma,  que es menos densa,  no se sumerge y como queda sobre la superficie del cuerpo de agua  forma una capa aislante que evita que el agua interior se congele.  Si el hielo llegara al fondo, no podría aislar el interior del cuerpo del frío ambiental, por lo que todo el cuerpo se congelaría, y los  peces y otros organismos vivos morirían. 

Presentación Prezi de este fenomeno