¿Por qué el volumen de hielo es más que el agua de la misma cantidad?

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”.

La expansión del agua al congelarse

Ver la imagen de abajo.

Fuente de la imagen: Google

Puede ver que las moléculas de agua en estado líquido están mucho más cerca unas de otras y, por lo tanto, la estructura no es tan espaciosa.

Mientras está en hielo, el agua forma una estructura similar a una jaula que es espaciosa.

Entonces, esto implica que, el volumen en caso de hielo es mucho mayor.

Espero que ayude 🙂

La unión del agua líquida implica enlaces de hidrógeno que unen cada molécula de agua a aproximadamente 3.4 otras moléculas de agua. Sin embargo, en la congelación del agua en hielo, la unión exhibida entre las moléculas es de una molécula de hidrógeno a cuatro moléculas. En la formación de hielo, el espacio entre las moléculas aumenta debido a la estructura de la red cristalina.

Otra cosa que es evidente en estas dos sustancias es que el hielo es menos denso que el agua líquida, lo que explica el hielo que flota en un vaso de agua. La densidad de una sustancia viene dada por la ecuación masa por volumen. Si la masa de una sustancia permanece igual y el volumen aumenta, la densidad disminuye.

CORTO Y SIMPLE!

En Ice, se forma una estructura similar a una jaula debido a los enlaces de hidrógeno-hidrógeno (HH) que disminuye su densidad y, en consecuencia, aumenta su volumen en comparación con el agua.

Esta es la razón por la que si se toman hielo y agua de la misma cantidad, el volumen de hielo será mayor que el del agua .

Esta es también la razón por la cual el hielo flota sobre el agua (menos densidad).

En el proceso de formar una red cristalina organizada, el hielo requiere más espacio que el agua.

Para más detalles, Maldwyn Jenkins dio un buen resumen.

¿Por qué el agua se expande cuando se convierte en hielo?

La declaración incluida en la pregunta no es completamente cierta. El agua tiene el mayor volumen a 4 grados centígrados, lo que significa 4 grados centígrados por encima de cero.

Pero la regla general es: que si algo se vuelve más frío, las partículas que lo componen tienen una energía cinética promedio más baja, lo que significa que no se mueven tanto. Y si algo no se mueve tanto, no golpea otras cosas (en este caso, otras partículas) y se aleja; No necesita tanto espacio.

Esto se debe a una propiedad muy interesante del agua, se llama expansión anómala del agua. Debido a esta propiedad del agua, a diferencia de otros líquidos, el agua se expande de 4 ° C a 0 ° C en lugar de contraerse y se contrae de 0 ° C a 4 ° C. El volumen de agua es máximo a 0 ° C, por lo tanto, el hielo ❄ tiene un volumen mayor que el agua líquida

Creo que podemos explicarlo en términos de densidad. El agua líquida es más densa que el hielo . (Esta es la razón por la cual el hielo flota), ahora densidad, ρ = m / v (m & v representa masa y volumen respectivamente). Podemos decir v ∝ 1 / ρ , para masa constante. Entonces, el volumen de hielo menos denso más que el agua.