¿Qué son los estados del agua?
Los estados del agua son las tres formas en que el agua se halla presente en la corteza terrestre y en la atmósfera. La hidrosfera consta de exorbitantes masas de agua líquida, salada en su mayoría, que le confieren a la Tierra su característica superficie azulada, y en sus polos blancos, dos regiones heladas donde proliferan el hielo en forma de casquetes polares.
En lo que respecta a sus vapores, su desarrollo final se ve en el condensado de las nubes, cuando ya se agrupan lo suficiente para reflejar la luz del sol en sus típicos colores blanquecinos. Las nubes, coloides gaseosos, liberan su contenido de agua ocasionando las lluvias o precipitaciones, o se congela en diminutos cristales que caen como nieve.
Cuando los vapores de agua se enfrían a bajas altitudes, recubren los objetos o superficies de escarcha, la cual parece nieve pero más brillante y cristalina. Por otro lado, en la neblina o niebla se combinan las partículas de agua en más de un estado, pues consisten de coloides menos densos que empañan y emblanquecen la visión de los espectadores.
De todos sus estados físicos, el más importante es el líquido, ya que compone gran parte del cuerpo humano y de todos los organismos vivos.
Los tres estados del agua
Sólido
Como sólido, el agua puede encontrarse como hielo, nieve o escarcha.
Hielo
La fórmula química del agua es H₂O, y su molécula puede escribirse como H-O-H, cuya geometría es angular (tipo boomerang), capaz de formar tres puentes de hidrógeno en el estado líquido.
Mientras, cuando desciende la temperatura y se enfría el agua, sus moléculas adoptan cuatro de tales puentes, lo cual origina un ordenamiento espacial específico y repetitivo: un cristal de agua. A este cristal se le conoce popularmente como hielo. El hielo es, pues, entonces, el estado sólido del agua.
Ejemplos de hielo están en los cubos de las bebidas, en las botellas de agua que se congelan dentro del refrigerador, en las superficies de las piscinas o fuentes expuestas al invierno, o en las moles de los glaciares.
El hielo puede presentarse como bloques incoloros, pero pueden tornarse blanquecinos dependiendo de sus impurezas o contenido de aire ocluido. Asimismo, puede mostrar tonalidades azuladas pálidas, las cuales representan el modo más natural en cómo la luz interacciona con sus cristales.
Es así que el agua no es del todo incolora o cristalina: tiene un casi imperceptible color azul. Este color se intensifica de acuerdo a la concentración y compactación de las moléculas de agua irradiadas por la luz.
Nieve
La nieve también es hielo, cuyos cristales son más pequeños, ya que se formaron a partir de las gotas microscópicas de agua, congeladas y suspendidas en las nubes. Estos cristales o copos de nieve se aglomeran, caen al vacío y terminan asentando un sólido polvoriento y blanco sobre las superficies.
Ahora bien, la morfología de la nieve y sus tipos escapa al ámbito meteorológico.
Escarcha
La escarcha también es otra de las manifestaciones de hielo más conocidas y admiradas. A diferencia de la nieve, sus cristales se originan a bajas altitudes, producto de la deposición de los vapores de agua sobre las superficies frías; los primeros cristales sirven como núcleos para los segundos, y así sucesivamente, hasta que se forman patrones escamosos o erizados (imagen superior).
Líquido
El agua líquida es la más común en la Tierra, aunque no pueda afirmarse lo mismo en otros planetas. La vemos en las costas, en sus efervescentes olas, y más allá en el horizonte azulado con sus crestas ondulantes.
Los exorbitantes volúmenes de los océanos permiten que exhiban colores azules, cada vez más oscuros mientras se desciende a mayores profundidades, donde la luz se dispersa completamente y sus rayos no alcanzan a iluminar nada.
El agua dulce es el líquido que sustenta todas las formas (que se sepa) de vida, pues sus moléculas se hallan contenidas dentro y fuera de las células.
Los estados energéticos de las moléculas de agua en el líquido son más aleatorios y heterogéneos que los encontrados en el hielo: se crean y rompen puentes de hidrógeno constantemente, debido a que las moléculas del agua líquida se desplazan de un lado a otro.
Del agua líquida se estudia la existencia de regiones de bajas y altas densidades, es decir, zonas del líquido donde las moléculas se hallan más agrupadas que en otras. Incluso, se habla del agua vítrea y superviscosa como transiciones de fase líquidas bajo altas presiones.
Gaseoso
El agua, cuando se evapora, sus moléculas H₂O pasan al estado gaseoso o fase de vapor: vapor de agua. Estos vapores son incoloros, pero si su concentración es alta pueden apreciarse como un humo blanco, característico cuando se hierven calderos con agua, en aguas termales, o en los chorros hirvientes de los géiseres.
Una vez los vapores de agua ascienden al cielo, comienzan a enfriarse, comenzando a formarse microscópicas gotas de agua que permanecen suspendidas en el aire. El conjunto de todas ellas se conoce como nubes, con el tamaño suficiente para reflejar todos los colores de la luz del sol, y mezcladas con otras partículas presentes en la atmósfera.
Otros
Si se calienta un hielo se originará agua líquida, y esta, a su vez, vapor de agua. Esto es así a la presión atmosférica. Sin embargo, dicha presión puede manipularse al igual que la temperatura para someter al agua a condiciones hostiles, como las habidas en el cosmos, en especial en el interior de los planetas helados, como Urano y Neptuno.
El agua, bajo presiones (en el orden de cientos de GPa) y temperaturas abrumadoras (miles de grados Celsius), adquiere estados físicos cuyas características dejan de coincidir con el hielo convencional y sus polimorfos, así como con el líquido y sus vapores.
Por ejemplo, uno de estos estados es el hielo XVIII, que más que un hielo, es un sólido superiónico y de características metálicas, transporta protones en su interior en lugar de electrones. Se cree que de poder obtenerse en cantidades apreciables, luciría como cristales negros y calientes: hielo negro.
Referencias
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning.
- Water. Recuperado de britannica.com.
- Properties of water. Recuperado de en.wikipedia.org.
- Ledesma, R. Scientists have discovered a new state of matter for water. Recuperado de qz.com.
- Helmenstine, A.M. What Is the Difference Between Ice and Snow? Recuperado de thoughtco.com.