Ya que el agua se expande al convertirse en hielo, ¿qué ocurre si impedimos esta expansión?

fases del agua

Digamos que tengo una esfera hueca o un cilindro hecho de acero. Decido taladrar un agujero, llenar el recipiente con agua sin dejar ningún tipo de burbujas y sellarlo por completo. Si damos por hecho que el recipiente quedó completamente lleno de agua sin posibilidad de derramarse, ¿qué sucedería al congelarlo? ¿Sería suficiente la fuerza del acero para contener el hielo en expansión?

La falta de espacio para expandirse no es lo mismo que “imposibilitar la expansión”. En este caso, el contenedor de acero es tan sólo un método para aplicar presión en el sistema de agua. El agua es uno de los compuestos más anómalos en nuestro planeta. Por lo general los líquidos tienden a encogerse cuando se congelan, el agua se encoge al descongelarse. El diagrama de fases del agua es muy complejo y, como se ve, hay varios tipos de hielo. Así que sí, es posible que el agua se congele sin que ocurra una expansión considerable, pero la estructura interna del hielo que se obtendría sería diferente del hielo hexagonal típico.

En pruebas, empleando secciones de tubería normal, se ha observado que estos materiales no son lo suficientemente fuertes para detener la expansión del agua al congelarse, que es de alrededor del 9% de su volumen, y terminan por agrietarse o explotar. En el laboratorio, en condiciones ideales y controladas, se ha obtenido agua en diferentes fases. Es posible, por ejemplo, comprimir el agua en una forma de hielo (I VII) pero con una temperatura de 100C. Claro, fue necesario ejercer una presión 20 mil veces mayor a la atmosférica. Podríamos contener ese hielo en una celda de yunque de diamante y freír un par de huevos en su superficie.

De hecho, la ciencia ha reconocido hasta ahora 15 fases sólidas del agua, dependiendo de su temperatura y la presión. La mayor parte de los líquidos se congelan bajo presiones altas en temperaturas altas, debido a que la presión ayuda a mantener sus moléculas agrupadas. Sin embargo, debido al enlace fuerte del hidrógeno, el agua funciona de forma diferente. La fase de hielo más abundante en la biosfera de nuestro planeta se conoce como Hielo Ih, que posee una estructura cristalina hexagonal.

En algunas de sus fases sólidas, como el hielo común y corriente, el agua adquiere una estructura cristalina, pero también hay fases de estructura amorfa, que son mucho más abundantes en el espacio exterior. La ciencia ha predicho la existencia de una peculiar fase del agua sólida en forma de metal, que ocurriría a presiones gigantescas.

 

Paráfrasis: IIEH

Fuentes:

r/askscience

¿Qué sucede si no se le permite expandir al agua?