Densidad y agua

La densidad es un concepto bastante conocido y adquirido por la gente, decimos que algo es más denso que otra cosa cuando en un mismo volumen (o capacidad) existe mayor masa. La densidad esta relacionada entonces con la masa y el volumen de los cuerpos. Analíticamente: 

D=M / V

Todos los elementos en la naturaleza tienen una densidad distinta, y ésta es constante en condiciones normales, es decir a una presión atmosférica ideal de 1 atm y a una temperatura de 20 ºC. En otras condiciones la densidad de los cuerpos varía, por ejemplo, al aumentarle la temperatura a un cuerpo, su densidad disminuye, y si le aumentamos su presión, la densidad aumenta. En los líquidos esta variación casi no se nota, y menos aún en los sólidos. En los gases, en cambio, la densidad depende en demasía de su presión y temperatura.

Esta variación de densidad se hace más notoria aún, en los cambios de fase, es decir, cuando un elemento pasa del estado sólido al líquido o del líquido al gaseoso. En el estado sólido un elemento es mucho más denso que cuando está en estado líquido, y mucho más aún que cuando está en estado gaseoso.

Estas leyes físicas se cumplen para la gran mayoría de los elementos, a excepción de 2, y uno de éstos es el más conocido por todos: el agua.

Este vital elemento se presenta en la naturaleza en tres estados, gaseoso (vapor), líquido (agua) y sólido (hielo). Como en la mayoría de los elementos, en su estado gaseoso, presenta una densidad muy pequeña, a medida que disminuye su temperatura y se condensa (cambia de gaseoso a líquido), aumenta su densidad, si seguimos bajando su temperatura, seguimos aumentando su densidad hasta alcanzar su densidad máxima que se produce a los 4 ºC (aún en estado líquido). Aquí viene lo curioso, si seguimos bajando la temperatura (menos de 4 ºC), la curva de densidad vs temperatura sufre un punto de inflexión, es decir, por alguna extraña razón, el agua se comporta de manera distinta al resto de los elementos, bajo esta temperatura, ¡¡¡la densidad empieza a bajar!!! y una vez que se congela el agua, su densidad es aún menor, es por esto, por ejemplo que el hielo flota en un vaso de agua, el lector se habrá dado cuenta que cuando congela agua, éste aumenta su volumen, ya que al mantener la masa y disminuir su densidad, el volumen debe aumentar; este fenómeno NO ocurre en el resto de los elementos.

Es difícil explicar porqué ocurre esto en el agua, lo que si podemos hacer es dar algunas razones de porqué esto DEBE ocurrir.

Si nos trasladamos al ártico, nos encontramos con un continente que se encuentra sobre el hielo, las temperaturas caen ampliamente bajo los -20 ºC, mucha gente piensa que esta temperatura tan baja se repite debajo de la capa de hielo y nos preguntamos ¿cómo pueden vivir las focas a tan baja temperatura?, la verdad es que el agua es imposible que se manifieste a temperaturas bajo 0 ºC, porque si no sería hielo, y entonces ¿Por qué no se congela toda el agua? El agua para congelarse, necesita disminuir su densidad, y para aquello debe aumentar su volumen y para aumentar el volumen, no debe estar sometida a grandes presiones que impidan que aumente el volumen. El agua empieza a congelarse de arriba hacia abajo, ya que es arriba donde tiene menor presión, al congelarse aumenta su volumen, lo que hace que se genere un aumento de la presión hacia abajo, y esta presión es tal que impide que el agua de más abajo se congele y por ende se mantenga a la temperatura donde su densidad es mayor, ¡¡¡es decir a 4 ºC!!!.

Si el agua se comportara como la mayoría de los elementos no existiría vida en el ártico ya que el agua se congelaría totalmente, lo que impediría vida en el mar, tampoco sobre la superficie habría vida porque los osos polares no tendrían de donde sacar agua ni alimento. ¿Será esto producto de la casualidad?