El agua, espejo de la ciencia

La importancia del agua es tan grande en el universo que los investigadores se sirven de ella como patrón en los sistemas de medida de densidad y temperatura. La densidad o peso especifico de una sustancia en su masa en relación a la unidad de volumen.

La unidad de masa o peso es el gramo, que se define como la masa de un mililitro (0.001 de un litro o exactamente un centímetro cúbico) de agua a la temperatura de 3.98ºC. La temperatura debe consignarse pues la densidad del agua varia al calentarse o enfriarse.

Temperaturas
La temperatura a que se hiela o hierve el agua pura a la presión atmosférica del nivel del mar es la base de nuestra escala termométrica. En la escala Celsio o Centígrada común, en el agua se congela a 0º y hierve a 100º. Si se toma agua pura, completamente desprovista de gas disuelto y se calienta con mucho cuidado, sin agitarla, sube la temperatura hasta los 180ºC y comprobar que permanece en su estado liquido. Cuando el agua esta sometida a temperaturas tan altas parece como si hiciese una explosión, pasando después a convertirse en vapor. Cada partícula de agua se expande rápidamente a unas 1.700 veces su volumen líquido.

De la misma forma si se puede enriar el agua con mucho cuidado, puede alcanzarse una temperatura un poco por debajo de los 0º sin que por este motivo llegue a helarse, pero en seguida se congela y también se expande. Este mismo proceso es el que tiene lugar cuando se dice que las cañerías han explotado en una helada o que las botellas metidas en un congelador se han roto. El motivo es la expansión que sufre el agua al congelarse.

Densidad
A excepción del hielo, cuya densidad es menor que la del agua, la mayor parte de as materias son más densas en su estado sólido que en su estado líquido. El hielo común tiene una densidad de 0.917 comparado con un valor de 1.0 del agua liquida, de ahí que el hielo, de ahí que el hielo, en cierta medida flote. Así, cuando vemos un iceberg, hemos de tener en cuenta que es sólo una mínima parte lo que asoma a la superficie, debajo se oculta una masa ocho o nueve veces mayor.
Como sucede con casi todas las demás sustancias, la densidad del agua disminuye al calentarla, por este motivo, el agua más templada sube a la superficie del mar y la más fría, con más peso se queda debajo. La temperatura en que el agua pura trabaja presenta la máxima densidad es de alrededor de 4ºC (para ser más precisos 3.98ºC) y esto también es un hecho raro, si se la someta a temperaturas más bajas, al enfriarse, su densidad disminuye, al revés de lo que tendría que pasar.

Esta propiedad es muy importante para los animales marinos que viven en las regiones frías, ya que el agua de la superficie, al bajar la temperatura, por estar en contacto con el aire frío, se pone más densa y se hunde lentamente formando una capa con una temperatura de apenas 4ºC que no puede ser desplazada.

El agua que se encuentra en la superficie, es menos densa y es la que primero se congela. En la capa profunda que continua a 4º puede subsistir la vida hasta el deshielo de la primavera.
La densidad media del agua oceánica es de 1.014 pero varía tanto en función de su temperatura como de su salinidad.

Presión
Los investigadores han deducido que hay muchas clases de aguas y diferentes variedades de hielo de mayor densidad que ésta. Se puede hacer hielo comprimiendo el agua a presiones extremas antes de congelarla; incluso después de haberse formado el hielo, puede licuarse comprimiéndolo. Una presión de 15.5 MPa (millones de Pascales o 0.155 toneladas por cm2) reduce el punto de congelación en 1ºC. Para darte un ejemplo: el filo de unos patines realiza presión sobre el hielo que lo funde momentáneamente, permitiendo así que el patinador se deslice fácilmente sobre una delgada capa de hielo.

Si querés tener más datos sobre el agua podes leer el libro “Agua, Ciencia Visión”
Imagen de la escarcha.