Por qué el hielo flota en el agua

• El agua es un fluido que tiene puentes de hidrógeno que unen a cada molécula que la compone, hecha por dos hidrógenos y un oxígeno. Cuando el agua está en forma líquida, las moléculas están unidas de forma cercana gracias a la temperatura ambiente que proporciona energía cinética. Pero cuando el agua enfría y se congela a los 0 °C, cada molécula de agua se aleja por falta de la energía cinética, o temperatura, quedando como una red más espaciada observada entre las moléculas de agua.
• Durante la congelación es posible distinguir que el agua aumentó de volumen, lo que nos da un indicio en la modificación del estado del agua y en su densidad.
• A partir del cambio en la red del agua es que el hielo y el agua tienen densidades diferentes, siendo el hielo menos denso que el agua y siendo esta la razón por la que flota. El hielo tiene una densidad aproximada de 916,8 kg/m³ y el agua de 1000 kg/m³. El agua es una de las pocas sustancias que tienen la capacidad de ser menos densa en estado sólido que en estado líquido, demostrando nuevamente el sorprendente balance que existe en nuestro planeta.
• Gracias a este fenómeno de flotabilidad en el hielo es que la vida es posible en las capas más inferiores de los cuerpos de agua, porque solamente la superficie se congela, pero las zonas más inferiores no están congeladas. Así, los peces pueden sobrevivir en invierno aun cuando los lagos estén congelados.
• Este punto nos lleva a otra importante ventaja del hielo flotante, y es que forma una película relativamente aislante frente al clima exterior frío. La parte más exterior y en contacto con la atmósfera se congela, pero la parte inferior queda aislada y líquida con un gradiente de temperaturas y, por lo tanto, de densidades. En los lagos se puede observar que en el punto más bajo siempre estará a 4 °C, porque este es el punto de temperatura en el que el agua tiene su máxima densidad.

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Aunque en el mayor de los casos el hielo no se hunde en el agua, también hay algunos tipos de hielos que se hunden. Ahora que comprendemos que la densidad es la que determina si un hielo flota o no, sabemos que el hielo se hunde en el agua porque tiene una densidad mayor a ella. Los hielos que se hunden no son frecuentes en los entornos naturales, pero existen varios tipos que te presentamos ahora.

Al ser el hielo un sólido debe acomodarse de forma ordenada, no como el líquido que se mantiene en forma fluida. Pero este ordenamiento no siempre es igual, sino que su cantidad de lados en los cristales estará determinada por factores externos como la temperatura y presión.

Bajo las presiones habituales

• Hielo Ih: los cristales que los conforman son hexagonales, y es el tipo de hielo más frecuente en la tierra. Su densidad es de 916,8 kg/m³.
• Hielo Ic: tiene forma cúbica, con densidad de 900 kg/m³. Conforma una parte pequeña del hielo en la tierra. Ocurre cuando vapor llega a menos de -130 °C, presentándose frecuentemente en la troposfera.

Son los únicos que existen de forma natural. Estos hielos tienen densidad inferior que la de agua y ambos flotan sobre ella.

Bajo las presiones artificiales

• Hielo II: tiene forma ortorrómbica centrada, se forma a bajas temperaturas, y la densidad es 1200 kg/m³.
• Hielo III: los cristales son tetragonales, se forma a bajas temperaturas, y la densidad es de 1100 kg/m³.
• Hielo V: son de forma monoclínica de base centrada, se forman a condiciones de alta presión y temperatura baja, y la densidad es de 1200 kg/m³.
• Hielo VI: son también tetragonales, pero se forman cuando hay presión alta y baja temperatura, dando como resultado una densidad de 1300 kg/m³.
• Hielo VII: los cristales son cúbicos sencillos, a formarse cuando hay alta temperatura y presión, con densidad de 1700 kg/m³.
• Hielo VIII: la forma es tetragonal centrada, a formarse a alta presión, con densidad 1600 kg/m³.
• Hielo IX: es tetragonal y se forma a altas presiones, y tiene densidad de 1200 kg/m³.
• Hielo XII: también es tetragonal, pero además de necesitar alta presión requiere baja temperatura, a formarse con densidad de aproximadamente 1300 kg/m³.

Estos tipos de hielo no suceden en la tierra, pero la clasificación existe como parte de resultados en laboratorio. Estos son los hielos que se hunden.

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