La mayoría de los líquidos se contraen a medida que se enfrían; Debido a que las moléculas se mueven más lentamente, son menos capaces de superar las atractivas fuerzas intermoleculares acercándolas entre sí. Luego se alcanza la temperatura de congelación, y la sustancia se solidifica, se contrae un poco más porque los sólidos cristalinos generalmente están fuertemente empaquetados.
El agua es una de las pocas excepciones a este comportamiento. Cuando el agua líquida se enfría, se contrae como cabría esperar, hasta que se alcanza una temperatura de aproximadamente 4 ° C. Por debajo de esta temperatura, se expande ligeramente hasta que alcanza el punto de congelación, y luego, cuando se congela, se expande aproximadamente un 10%.
Este comportamiento inusual tiene su origen en la estructura de la molécula de agua. Existe una fuerte tendencia a formar una red de enlaces de hidrógeno, donde cada átomo de hidrógeno está en una línea entre dos átomos de oxígeno. Esta tendencia de enlace de hidrógeno se fortalece a medida que la temperatura baja (porque hay menos energía térmica para sacudir los enlaces de hidrógeno fuera de posición). La estructura de hielo está completamente unida por hidrógeno, y estos enlaces forman una red cristalina, que es lo que conocemos como “hielo”.
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La expansión del agua al congelarse