Anomalías del agua

 Agua

Para nosotros se trata del líquido más normal, pero la molécula del agua esconde muchos misterios y complejidades.

La molécula del agua es uno de los compuestos químicos más anómalos que conocemos, a pesar de ser uno de los más comunes en nuestro planeta, del cual cubre el 70%, y en nuestro cuerpo, compuesto por agua en un 55% a 78%. Aunque no puede disolverlo todo, se le considera el disolvente universal; en su estado puro y a temperatura ambiente es incolora, inodora y sin sabor. Se puede encontrar en una multitud de fases termodinámicas y es esencial para la vida como la conocemos. La molécula en sí, H2O, es muy simple pero tiene características únicas debido al enlace de hidrógeno intramolecular.  Su forma líquida es muy densa, su forma sólida es la superficie más resbalosa conocida, su forma de gas es una de las más ligeras que conocemos.

La existencia de la vida depende de algunas anomalías del agua

  • El índice alto de cohesión en las moléculas del agua le confiere puntos de fusión (licuefacción) y solidificación (congelamiento) muy altos, de manera que nuestro planeta y nosotros mismos contenemos grandes cantidades de agua líquida.
  • Gracias a la capacidad calorífica y de conductividad térmica del agua, los organismos vivos pueden regular sus temperaturas y evitar fluctuaciones que los desestabilizarían.
  • El calor latente en la evaporación sirve de protección contra la deshidratación, a la vez que la posibilidad de enfriar el organismo.
  • Debido a las propiedades de solubilidad del agua, las macromoléculas orgánicas interactúan de manera muy fuerte con ella, en particular las proteínas y los ácidos nucleicos, adoptando determinadas estructuras tridimensionales.
  • La molécula del agua se disocia para formar iones de hidrógeno (H3O+), proceso que permite el fácil intercambio de protones entre otras moléculas y contribuye a la enorme diversidad de interacciones iónicas en la biología.
  • A los 4 grados centígrados, el agua se expande ante tanto el frío como el calor. Esto provoca que los cuerpos de agua en el planeta, desde ríos y lagos hasta el océano, se congelen de arriba para abajo, lo que permite la supervivencia de los ecosistemas en el fondo, aislando el agua líquida del frío, de su posible congelamiento y reflejando los rayos solares a la atmósfera, lo que propicia el deshielo.
  • La enorme capacidad calorífica de los océanos les da la función de depósitos de calor; las temperaturas del mar sólo varían una tercera parte de las variaciones encontradas en tierra. Esto, aunado a las corrientes marinas, modera las temperaturas del mundo.
  • La alta tensión superficial del agua y su expansión al congelarse causan la erosión de rocas, lo que ha provisto de innumerables hábitats a la vida (además del suelo para la agricultura).

Tres estados del agua 

Anomalías en las fases termodinámicas y la densidad del agua

  • El agua tiene un punto de fusión inusualmente alto: 273.15 K o 0 grados C.
  • El agua tiene un punto de ebullición inusualmente alto: 100 grados C.
  • El agua tiene un punto crítico (cuando las densidades del líquido y el vapor son iguales) inusualmente alto: 374 grados C.
  • El agua se puede encontrar en una multitud de estados (más allá de los tradicionales tres: agua líquida, hielo y vapor). Solamente en su estado sólido tiene más de 15 formas conocidas, dependiendo de la presión y la temperatura.
  • Hay una fase anómala de agua líquida por sobrefusión que existe entre los -123 y -149 grados centígrados. Se trata de agua líquida ultraviscosa que, de ser calentada, se congelaría.
  • El Hielo VII, producido de manera artificial en la máquina Z del Laboratorio Nacional Sandia, existe a una temperatura mayor a los 100 grados centígrados. Se requirieron presiones de hasta 120 mil atmósferas para convertir agua líquida en este tipo de hielo, en un tiempo de 100 nanosegundos.
  • La estructura del agua líquida cambia a presiones altas.
  • Resulta muy fácil supercalentar el agua (es decir, retardar el punto de ebullición). El horno de microondas, por ejemplo, lo hace.
  • El agua caliente puede congelarse más rápido que agua más fría (el llamado efecto Mpemba).
  • Las moléculas de agua se dilatan o “encogen” cuando la temperatura aumenta y se expanden cuando la presión aumenta.
  • El agua se dilata en la fusión.
  • La presión reduce el punto de fusión del hielo.
  • El cambio en volumen cuando el agua se convierte en gas es muy grande.
  • La velocidad del sonido en agua aumenta conforme sube su temperatura.

Las anomalías del agua son mucho más numerosas que las hasta aquí descritas. Incluyen anormalidades físicas, de conductividad eléctrica  y de materiales. El hielo, por ejemplo, la sustancia más resbalosa conocida aunque en otras fases, el agua puede tener una viscosidad extraordinaria. En fin, el agua y sus características hacen nuestro mundo y nuestros cuerpos. Y como en el caso de éstos, aún quedan muchos misterios que solucionar respecto al agua. En la actualidad varios laboratorios en todo el mundo desarrollan proyectos fascinantes sobre la molécula del agua, sus diferentes fases y su comportamiento cuántico.

 

Traducción: IIEH

Fuente:

Propiedades anormales del agua

Un límite metaestable para la compresión de agua líquida

Convirtiendo el agua en hielo muy caliento, muy muy rápido