Divulgación Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

[nature]

La duda comienza en una discusión acerca de la contradicción lógica que supone el hecho de que un envase lleno con agua se expande al congelarse el agua dentro de él. No se si para algunos no sea una contradicción ni sea lógica pero a mi me parece que al ser el hielo algo mas solido que el liquido debería ocupar menos volumen.

Ya he leído algo sobre el tema (en wikipedia) y ahora mi duda, que es en principio el titulo del hilo, se reduce a una declaración casi axiomática que hacen en la wiki, cito:

"El hecho de que el hielo es menos denso que el agua líquida se debe a una estructura cristalina estabilizada por enlaces de hidrógeno."

[Sheldoniano]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

Esa frase es la que lo aclara. El agua al congelarse forma una estructura en la que sus moléculas se disponen de una forma determinada (hexagonal creo que era) de manera que quedan muchos "huecos". Estos huecos son los que hacen que ocupe más volumen que el agua líquida pero, al pesar lo mismo, su densidad es menor

[nature]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

Gracias Sheldoniano pero sigo vuelto un rollo, si los enlaces por puente de hidrogeno entre moleculas de H2O ya existen en su estado liquido, que es lo que cambia al congelarse? y la duda principal es que como es posible que un liquido este mas "comprimido" molecularmente que un solido (hablando de la misma cantidad de moleculas del mismo elemento en ambos estados). Eso es lo que veo como ilógico?? claro que mi lógica no es muy lógica que digamos...

[angel relativamente]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

A mi profesora le gustaba hacer la siguiente analogía: El estado sólido es como una clase con el profesor explicando: Los alumnos se mueven en su sitio, pero sin levantarse del pupitre; el estado líquido es como una clase cuando el profesor sale: los alumnos tienen libertad de movimiento por toda la clase; y el estado gaseoso es como cuando toca la sirena.
Tu lógica está basada en que casi todas las sustancias son más densas en estado sólido (creo que aparte del agua hay alguna rarísima excepción). Pero no hay ninguna ley que no permita que esto ocurra. Termodinámicamente sabemos que el agua en estado líquido tiene más libertad de movimiento ya que las moléculas tienen uniones más débiles y poseen mayor energía cinética. Esta es la razón por la cual la mayoría de los líquidos son menos densos que los sólidos. No obstante, esta ley solo habla de que las partículas tienen más libertad de movimiento, pero este movimiento puede estar limitado a un espacio MENOR que el de las posiciones semifijas que tienen las moléculas en estado sólido (caso del hielo). Siguiendo con la analogía: No es lo mismo que los alumnos estén sin profesor en un aula a que estén con profesor en un salón de actos. Aunque en el primer caso tienen mayor libertad de movimiento, el espacio es considerablemente más pequeño y por tanto la densidad mayor.

Un saludo,

[natanael]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

me imagino que también debe influir la presión que el ambiente genera sobre el agua que se esté estudiando, imagino que si la presión atmosférica fuera una fracción menor que la actual, el agua, al estar en estado líquido, ocuparía un volumen considerablemente mayor, a diferencia del estado sólido cuya diferencia debería ser casi despreciable

[arivasm]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

No, no es una cuestión de presión del ambiente. "Simplemente" tiene que ver con la regularidad de la red cristalina (determinada por una condición de mínima energía) y la mayor longitud del enlace de hidrógeno con respecto de los covalentes. Así, en substancias no moleculares, las longitudes medias de enlace son menores y comparables o incluso menores en el sólido que en el líquido correspondiente; en las moleculares que no forman enlaces de hidrógeno, las fuerzas intermoleculares son de longitud comparable a las propias de un enlace covalente, con lo que la situación es semejante. Por otra parte, en el caso del agua líquida el número medio de enlaces de hidrógeno que se establece por molécula es menor que en el sólido, debido a la mayor agitación térmica. La consecuencia es una estructura más compacta.

[nature]

Re: Por qué el Hielo es menos denso que el agua líquida

No obstante, esta ley solo habla de que las partículas tienen más libertad de movimiento, pero este movimiento puede estar limitado a un espacio MENOR que el de las posiciones semifijas que tienen las moléculas en estado sólido (caso del hielo).

Por otra parte, en el caso del agua líquida el número medio de enlaces de hidrógeno que se establece por molécula es menor que en el sólido, debido a la mayor agitación térmica. La consecuencia es una estructura más compacta.

Con esto ya se han disipado mis dudas, Gracias muchachos! Un saludo. .