LABORATORIO COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA MAICOL SEBASTIAN MORA VALENCIA ASIGNATURA FISICA 11-01 INTRODUCCION En este experimento, exploraremos el comportamiento anómalo del agua, un fenómeno que desafía nuestras expectativas convencionales sobre cómo deberían comportarse las sustancias a medida que cambian de estado. El agua, una sustancia esencial para la vida en la Tierra, exhibe propiedades únicas que la distinguen de otras moléculas. Una de estas propiedades es su comportamiento anómalo al congelarse. A diferencia de la mayoría de las sustancias, el agua se expande cuando se congela, lo que resulta en un cambio en su densidad. El comportamiento anómalo del agua se hace evidente al realizar un experimento con un vaso de agua y al echarle un cubo de hielo. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL - Comprender el comportamiento anómalo del agua a través de un experimento simple. - Investigar el comportamiento único del agua durante la transición de líquido a sólido. OBJETIVOS ESPECIFICOS - Demostrar que el hielo (agua congelada) es menos denso que el agua líquida. - Observar cómo el hielo flota en el agua. - Realizar un experimento utilizando hielo, agua y un vaso para ilustrar este comportamiento. - Observar y registrar los resultados del experimento, específicamente la flotación del hielo. - MARCO TEORICO El *comportamiento anómalo del agua* es un fenómeno fascinante que desafía las expectativas normales. En este caso, consideremos un *vaso de agua con hielo*. Veamos el marco teórico detrás de este comportamiento: 1. *Densidad del agua y el hielo*: - A medida que la temperatura disminuye, la densidad del agua aumenta hasta alcanzar su máximo alrededor de *4°C*. A partir de ahí, la densidad disminuye nuevamente. - El hielo (estado sólido del agua) tiene una densidad menor que el agua líquida. Esto es inusual, ya que normalmente esperaríamos que un sólido sea más denso que su forma líquida. - La estructura cristalina hexagonal del hielo crea huecos vacíos, lo que contribuye a su menor densidad⁴⁵. 2. *Flotación del hielo*: - Cuando colocamos un trozo de hielo en un vaso con suficiente agua para que flote libremente, observamos que el hielo flota en lugar de hundirse directamente hasta el fondo. - Esto se debe a que el hielo es menos denso que el agua líquida. Su estructura cristalina y la disposición de las moléculas crean espacios vacíos que le permiten flotar²³. EXPERIMENTO CON VASO DE AGUA Y UN CUBO DE HIELO Este experimento consiste en llenar un vaso de agua hasta la mitad y luego colocar un cubo de hielo en el agua. Es importante observar detenidamente el comportamiento del agua al entrar en contacto con el hielo. Al agregar el cubo de hielo el agua, se observar que, en lugar de hundirse totalmente, una porción permanece en la superficie en forma de hielo flotante. El agua es un compuesto esencial para la vida y posee características únicas. Uno de los fenómenos mas interesantes es su “comportamiento anómalo”, que se manifiesta en situaciones como la dilatación y la expansión térmica EXPLICACION DEL EXPERIMENTO El *comportamiento anómalo del agua* es un fenómeno fascinante que desafía las expectativas comunes de cómo los líquidos deberían comportarse. Permíteme explicarte este curioso comportamiento y cómo se relaciona con el derretimiento de hielo. *¿Qué es el Comportamiento Anómalo del Agua? * - Los líquidos, en general, tienden a expandirse cuando se calientan y a contraerse cuando se enfrían. Sin embargo, el agua es una excepción. - *Cuando el agua cambia de estado líquido a sólido (hielo), su comportamiento es inusual. En lugar de contraerse o reducir su volumen, como la mayoría de los líquidos, **el agua se expande*. Esto significa que las moléculas de agua se organizan en una estructura molecular abierta al congelarse. *El Experimento con Hielo en Agua* - Al colocar dos cubos de hielo en un vaso de agua y esperar a que se derritan, observarás lo siguiente: - El agua alrededor de los cubos de hielo se enfriará debido a la absorción de calor por parte del hielo. - Sin embargo, no verás un cambio significativo en el nivel del agua en el vaso. - Esto se debe a que el hielo flota en el agua debido a su menor densidad en comparación con el agua líquida. - La capa de hielo que se forma en la superficie actúa como un aislante, evitando que el agua interior se congele completamente. FLOTABILIDAD Y PESO DEL EXPERIMENTO Flotabilidad: El hielo flota en el agua líquida debido a su menor densidad. A diferencia de la mayoría de las sustancias puras, el hielo es menos denso que el agua líquida. Esto se debe a la estructura de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua en el hielo. Cuando el hielo se derrite, algunos de estos enlaces se rompen, y la estructura colapsa para formar un líquido que es aproximadamente un 10% más denso. Empuje y peso: El principio de Arquímedes establece que un objeto sumergido en un líquido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado. En este caso, el hielo desplaza una cantidad de agua igual a su propio volumen. Cuando el hielo se derrite, su masa se convierte en agua líquida, pero el volumen desplazado sigue siendo el mismo. Por lo tanto, el empuje que actúa sobre el hielo (cuando flota) es igual al peso del volumen de agua desalojado. Podemos expresar esto matemáticamente utilizando la fórmula del empuje: Donde: (E) es el empuje. (D) es la densidad del agua líquida. (V) es el volumen del agua desplazado por el hielo. (g) es la aceleración debido a la gravedad. PREGUNTA ¿Si se derriten los polos se inundan las zonas costeras? R/ cuando el hielo se derrite o se desprende, el agua fluye hacia los océanos y el nivel del mar aumenta. Esta elevación, en niveles extremos, podría provocar efectos en las costas, daños económicos y hasta cambios en la rotación de la Tierra. CONCLUSIONES Cuando el agua se congela para formar hielo, experimenta una expansión de volumen de alrededor del 9%. Esto se debe a que cuando se forman los cristales de hielo, estas estructuras ocupan más espacio que las moléculas de agua líquida. En un vaso con agua y hielo, se puede observar que el nivel del agua sube a medida que el hielo se derrite. Esto se debe a que el volumen del hielo sólido es menor que el del agua líquida que se forma al derretirse. La capacidad calorífica del agua también es alta, lo que significa que se necesita mucha energía para cambiar su temperatura. Esto ayuda a moderar los cambios de temperatura en sistemas acuáticos como océanos y lagos.
