¿Cuando se enfría un líquido aumenta o disminuye?

El curioso caso de la contracción térmica: ¿Por qué algunos líquidos se encogen al enfriarse y otros no?

La intuición nos dice que al enfriar un líquido, este se contrae, reduciendo su volumen y, por ende, aumentando su densidad. Esta observación es, en general, correcta y se aplica a la gran mayoría de las sustancias líquidas. Al disminuir la temperatura, la energía cinética de las moléculas disminuye, reduciendo su movimiento y permitiendo que se empaqueten más cerca unas de otras, ocupando un espacio menor. Este fenómeno, conocido como contracción térmica, es la razón por la cual, por ejemplo, el mercurio en un termómetro desciende al enfriarse.

Sin embargo, el mundo de la física siempre está lleno de sorpresas, y el agua es un ejemplo paradigmático de una excepción a esta regla. Mientras la mayoría de los líquidos se comportan de forma “previsible” contrayéndose al enfriarse, el agua presenta un comportamiento anómalo, especialmente en el rango de temperaturas cercano a su punto de congelación. A diferencia de otras sustancias, el agua alcanza su máxima densidad a aproximadamente 4°C. Por debajo de esta temperatura, en lugar de continuar contrayéndose, el agua comienza a expandirse. Esta expansión continúa hasta que el agua se congela a 0°C, momento en el cual su volumen aumenta considerablemente, aproximadamente un 9%.

Esta peculiaridad del agua se debe a la estructura única de sus moléculas y a la forma en que interactúan entre sí a través de enlaces de hidrógeno. A temperaturas más altas, estas interacciones son más débiles y dinámicas, permitiendo una disposición molecular relativamente compacta. Sin embargo, al disminuir la temperatura y acercarse al punto de congelación, los enlaces de hidrógeno se vuelven más estables y forman una estructura cristalina hexagonal más abierta y espaciosa. Esta estructura, responsable de la menor densidad del hielo en comparación con el agua líquida, es la razón por la cual el hielo flota en el agua, un fenómeno con profundas implicaciones para la vida en la Tierra.

En resumen, mientras la mayoría de los líquidos se contraen al enfriarse, aumentando su densidad, el agua se comporta de manera anómala, expandiéndose por debajo de los 4°C y aún más al congelarse. Esta singular propiedad, derivada de la particular estructura molecular del agua y sus enlaces de hidrógeno, es fundamental para la vida en nuestro planeta y demuestra que, en la naturaleza, siempre hay excepciones fascinantes que desafían nuestras intuiciones.