¿Qué pasa cuando una taza de agua va al congelador?

Cuando se coloca una taza de agua en el congelador, se producen varios cambios físicos y químicos a medida que el agua se enfría y se congela. Esto es lo que sucede:

Refrigeración:

Cuando la taza ingresa al congelador, el aire frío del interior comienza a extraer calor del agua. Las moléculas de agua disminuyen su movimiento y su energía cinética disminuye. La temperatura del agua comienza a bajar.

Superenfriamiento:

En algunos casos, el agua puede sufrir un fenómeno llamado "sobreenfriamiento". Cuando el agua se enfría por debajo de su punto de congelación (0 grados Celsius o 32 grados Fahrenheit) sin formar cristales de hielo, se dice que está sobreenfriada. Esto puede suceder si no hay sitios de nucleación, como partículas de polvo o rayones en el recipiente, donde los cristales de hielo pueden comenzar a crecer.

Nucleación:

Con el tiempo, se produce la nucleación y se forman pequeños cristales de hielo alrededor de los sitios de nucleación en el agua. Los cristales de hielo iniciales pueden ser muy pequeños, como agujas o granos microscópicos. Su formación libera calor latente de fusión, que es la energía necesaria para romper los enlaces entre las moléculas de agua en estado líquido.

Crecimiento de cristales:

A medida que se forman más cristales de hielo, continúan creciendo mediante un proceso llamado "crecimiento cristalino". Las moléculas de agua situadas junto a los cristales de hielo son atraídas por su estructura ordenada y se unen a la creciente red de hielo, liberando más calor latente. Este proceso de crecimiento continúa hasta que una porción importante del agua se transforma en hielo sólido.

Transición de Fase:

A medida que se incorporan cada vez más moléculas de agua a los cristales de hielo, avanza la transición de fase de agua líquida a hielo sólido. El punto de congelación del agua puede variar ligeramente según las condiciones ambientales, como la presión del aire y las impurezas, pero normalmente esta transición ocurre alrededor del punto de congelación (0 grados Celsius o 32 grados Fahrenheit).

Expansión:

Una propiedad interesante del agua es que su densidad disminuye a medida que se congela. Esto significa que el hielo es menos denso que el agua líquida. A medida que el agua se convierte en hielo, sufre una ligera expansión de volumen, aproximadamente un 9% más en comparación con su estado líquido. Esta es a menudo la razón por la que las tuberías de agua revientan o los contenedores exteriores se agrietan durante condiciones de congelación.

El estado final del vaso de agua es una mezcla de cristales de hielo y agua líquida restante, si no toda el agua se ha congelado. La cantidad de hielo que se forma depende de cuánto tiempo se deja el agua en el congelador y de los ajustes de temperatura.

Nota:La velocidad de enfriamiento y las condiciones específicas dentro del congelador, como la circulación del aire y la estabilidad de la temperatura del congelador, pueden influir en la apariencia y estructura del hielo formado.