Por Ann Johnson, actualizado el 24 de marzo de 2022
Cuando el agua pasa de líquido a sólido, sus moléculas pasan de una danza caótica y constante a una red altamente ordenada. En estado líquido, las moléculas chocan, se deslizan unas sobre otras y nunca permanecen en el mismo lugar por mucho tiempo. A medida que la temperatura desciende a 0 °C (32 °F), el movimiento se ralentiza y las moléculas se unen en una disposición cristalina repetitiva que vemos como hielo.
Cada molécula experimenta fuerzas que la atraen hacia sus vecinas. Las atracciones fuertes, como las del carbono, pueden mantener unidos los átomos incluso a miles de grados, mientras que las fuerzas débiles en el helio significan que permanece gaseoso hasta un frío extremo. Las fuerzas intermoleculares del agua son moderadas:lo suficientemente fuertes como para mantener juntas las moléculas a 32 °F, pero lo suficientemente débiles como para que se derrita nuevamente a 32 °F (0 °C). Este equilibrio le da al agua su temperatura de congelación única.
Agregar sustancias como azúcar, sal o alcohol reduce la temperatura a la que se congela el agua. Cuanto más soluto agregues, mayor será la caída. Es por eso que los equipos de carretera esparcen sal sobre los pavimentos helados:la sal reduce el punto de congelación y convierte el hielo en agua líquida incluso cuando las temperaturas rondan los 32 °F. De manera similar, el vodka, que contiene aproximadamente un 40 % de etanol, permanece líquido en un congelador estándar porque la presencia del alcohol reduce el punto de congelación varios grados.
La mayoría de los materiales se contraen cuando se enfrían, pero el agua se comporta de manera diferente. Alcanza su densidad máxima a aproximadamente 39°F (4°C). Debajo de eso, el agua se expande a medida que sus moléculas adoptan una red hexagonal, creando espacios que hacen que el hielo sea menos denso que el agua líquida. Esta expansión es la razón por la que se forman los copos de nieve, ya que la disposición hexagonal continúa creciendo hasta convertirse en delicados cristales.
Debido a que el hielo se expande, un recipiente de agua sellado puede romperse cuando se congela. La presión ejercida por el hielo en expansión puede alcanzar hasta 40.000 psi a –7,6°F (–22°C). Incluso los contenedores robustos, como los de acero o hierro, pueden fallar bajo esta tensión, por lo que a menudo verás botellas explotar en el congelador.
