El agua es una de las sustancias más importantes e indispensables para la vida en nuestro planeta. Pero, ¿has escuchado sobre la dilatación anómala del agua? Es uno de los fenómenos más curiosos y únicos que se presentan en la naturaleza. Sigue leyendo para descubrir todo lo que necesitas saber sobre este tema fascinante.
Qué es la dilatación anómala del agua?
La dilatación anómala del agua se refiere al cambio de volumen que experimenta el agua de acuerdo con la temperatura. Si bien la mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían, el agua tiene un comportamiento anómalo y único en comparación con otros líquidos.
A medida que la temperatura del agua se eleva, su volumen se expande siguiendo el comportamiento normal del calor en la mayoría de los líquidos. Por debajo de los 4 grados Celsius, el agua tiene un comportamiento contrario y se contrae a medida que se calienta, lo cual es anómalo. Mientras que su volumen comienza a expandirse a medida que se enfría. Estos cambios son absolutamente fundamentales si estamos hablando de la vida en los ecosistemas acuáticos.
Por qué ocurre la dilatación anómala del agua?
La explicación para este inusual comportamiento del agua se encuentra en su estructura molecular. En el agua, las moléculas se agrupan en forma de hexágonos y se mantienen juntas gracias a los enlaces de hidrógeno. Mientras más bajas sean las temperaturas, las moléculas comienzan a agruparse más firmemente, reduciendo el espacio entre ellas. Lo cual provoca un aumento en su densidad. A pesar de que aumenten las temperaturas, la forma de estos enlaces no se alteran
Por encima de los 4 grados Celsius, los enlaces de hidrógeno comienzan a aflojarse gradualmente, permitiendo que las moléculas se separen y ocupen más espacio, y por lo tanto, aumentando el volumen. A partir de allí, el agua se expande de la misma forma que lo hacen el resto de las sustancias.
Por qué es importante la dilatación anómala del agua?
Aunque pueda parecer extraño lo importante que es la polaridad del agua y su estrutuctura en su impacto en la vida en los cuerpos de agua, la dilatación anómala del agua es esencial para la existencia de la vida en estos ecosistemas. Esta característica les permite a las criaturas acuáticas supervivir en entornos fríos y cercanos a la congelación del agua para mantener un ambiente húmedo y así sobrevivir durante el invierno.
En un lago de montaña, una delgada capa de hielo se forma en la superficie durante el invierno, aislando el agua debajo de él de las temperaturas del exterior. El hielo flota en la superficie del agua debido a su menor densidad con respecto al agua. Si no fuera por la dilatación anómala del agua, el hielo se hundiría en el agua a medida que se formara, en realidad destruyendo la capa de hielo y matando a todas las criaturas vivas en el lago.
Qué otros comportamientos tiene el agua?
- Densidad del agua: El agua tiene su densidad máxima a una temperatura de 4 grados Celsius, a partir de allí comienza a disminuir su densidad. Eso es lo que hace que el agua se comporte de manera única en los cuerpos acuáticos.
- Congelación del agua: Si bien el hielo es menos denso que el agua líquida, este aumento de volumen es realmente sorprendente, tanto que cuando se congela se expande un 9% sus dimensiones. Este fenómeno hace que las tuberías de agua y los objetos que contienen agua se rompan durante el invierno, consiguiendo también que a las personas se les rompa una botella de cristal que contenga líquido y lo meten en el congelador, debido a la dilatación anómala del agua.
- Evaporación: El agua se evapora a diferentes temperaturas según la cantidad de humedad en el aire. Cada grado celcius en la temperatura aumenta el 7% de la cantidad de agua que se evapora.
Aplicaciones de la dilatación anómala del agua
El conocimiento de esta propiedad única del agua ha sido de gran utilidad para la vida cotidiana. Por ejemplo, en los termómetros, como el mercurio y el alcohol que utilizan la dilatación normal del líquido, la dilatación anómala del agua también juega un papel importante en la mayoría de las tinas de vidrio y cantimploras fabricadas para soportar cambios de temperatura extremos.
En los cuerpos acuáticos naturales, la convección del agua es un proceso necesario para mantener el equilibrio en estos sistemas, y la dilatación anómala del agua también es un factor decisivo. Esto se debe a que la mayoría de los cuerpos de agua se comportan como un embudo que puede llevar todo el contenido del agua desde el fondo hasta la superficie y viceversa, refrescando y oxigenando el agua a lo largo de todo el proceso.
Termodinámica en la dilatación anómala del agua
La teoría molecular de la dilatación anómala también se relaciona con los conceptos de calor específico. El calor específico es una medida de cuánto calor se requiere para elevar la temperatura de una sustancia específica. Aunque el calor específico del agua no es muy alto, su capacidad para liberar el calor es más lenta que cualquier otra sustancia en la naturaleza. Esto se debe a que el agua está siempre combinada con otras moléculas a través de sus fuertes puentes de hidrógeno. A medida que la temperatura del agua aumenta, estas moléculas se vuelven más livianas y se mueven más rápidamente, pero no se rompen violentamente a diferencia de otros líquidos. Esto significa que, aunque el agua pueda alcanzar temperaturas elevadas, puede liberar su energía térmica eficazmente, lo que la convierte en un excelente conductor para regular la temperatura del aire y la tierra alrededor de ella.
Ciencia desde la antigua Grecia
La dilatación anómala del agua es tan fascinante que ha atraído la atención de muchos científicos desde hace mucho tiempo. De hecho, algunos de los estudios más interesantes y notables sobre este tema se llevaron a cabo hace siglos. El famoso matemático griego, Arquímedes, trabajó en las propiedades del agua y descubrió la relación entre la densidad y el volumen del agua.
En esa misma época también Herón de Alejandría experimentó con la dilatación normal de los líquidos para crear su famosa máquina de agua, que fue uno de los inventos más importantes de aquel entonces. Hoy en día, las aplicaciones de la dilatación anómala del agua son muchas y muy variadas, desde la creación de flujos de líquidos en los cuerpos acuáticos hasta ser un componente fundamental en la refrigeración refrigerantes. Es necesario explorar la naturaleza con curiosidad y con los conocimientos que poseemos para aprender más sobre este maravilloso fenómeno que nos da el agua.
Conclusión
La dilatación anómala del agua es uno de esos fenómenos astronómicos que se puede encontrar en el mundo natural, y nos demuestra como una característica única en la estructura molecular del agua es importante para nuestras supervivencia. La condición de la dilatación anómala es una herramienta esencial para la existencia de vida en los ecosistemas acuáticos. Desde la antigua Grecia hasta hoy, hemos encontrado aplicación de esta teoría en muchas áreas como el estudio de la thermática que influye en la regulación de la temperatura del aire y la tierra alrededor del agua, en la creación de la máquina de Herón, y la fabricación de productos para el hogar que deben soportar cambios de temperatura extremos. Sin esta propiedad molecular del agua, el mundo simplemente no funcionaría de la manera que lo hace.
