Densidad del hielo:
La DENSIDAD se define de manera cualitativa como la medida de la relativa “pesadez” de los objetos con un volumen constante. Para comprender las propiedades del hielo, necesitamos pensar en términos de un cambio en el volumen con un peso o masa constantes.
Comparación de densidad con el agua: en química, la densidad de muchas sustancias se compara con la densidad del agua. ¿El hielo flota en el agua o se hunde en el agua?
Todo el mundo sabe lo que sucede en el caso de los cubitos de hielo en un vaso de agua.
Mira el gráfico de la izquierda.
¿Por qué flota el hielo?
¿Qué otras observaciones o hechos se conocen?
Debido a que el hielo flota, podemos inferir que el hielo debe ser menos denso que el agua.
Si el agua se congela en un frasco de vidrio, se rompe el frasco de vidrio.
Si un pop se congela, también explotará.
De las dos anteriores deducimos que el volumen del hielo ha aumentado.
Conclusión: el volumen de hielo debe ser mayor que la misma masa de agua líquida. ¿Por qué el volumen aumenta?
Base molecular para el aumento de volumen de hielo:
El patrón normal para la mayoría de los compuestos es que a medida que aumenta la temperatura del líquido, la densidad disminuye a medida que las moléculas se separan unas de otras. A medida que la temperatura disminuye, la densidad aumenta a medida que las moléculas se compactan más de cerca. Este patrón no es válido para el hielo ya que ocurre exactamente lo contrario.
En agua líquida, cada molécula está unida por hidrógeno a aproximadamente otras 3.4 moléculas de agua. En el hielo, cada molécula está unida por hidrógeno a otras 4 moléculas.
Compare las estructuras de Agua líquida y Hielo sólido: gráfico Observe los espacios vacíos dentro de la estructura de hielo, ya que esto se traduce en una estructura más abierta o expandida. La estructura de hielo ocupa más volumen que las moléculas de agua líquida, por lo tanto, el hielo es menos denso que el agua líquida.
Timbre: Hielo / agua – estructuras de Martin Chaplin
Definición Matemática de Densidad
La definición formal de densidad es la masa por unidad de volumen. Por lo general, la densidad se expresa en gramos por ml o cc. Matemáticamente, una declaración “por” se traduce como una división. cc es un centímetro cúbico y es igual a un ml. Por lo tanto,
Densidad =
masa =
g / mL
volumen
¿Cuál es el cambio exacto en el volumen del agua cuando se congela en forma de hielo?
Comparación de:
Agua líquida
Hielo
Masa = 100 g
Masa = 100 g
Volumen = 100 mL
Volumen =? mL
Densidad = 1.0 g / mL Densidad = 0.92 g / mL
Ejemplo: calcule el volumen en un cubo de hielo de 100 g con una densidad de 0.92 g por ml.
Solución: la densidad traducida como factor de conversión es:
0.92 g = 1 mL – “por” es equivalente a un signo igual.
100 g x
1.0 mL =
108.7 mL
0.92 g
El aumento en el volumen de hielo es de aproximadamente 9%. Este aumento causa suficiente fuerza para romper la mayoría de los contenedores rígidos. Esta es la misma fuerza, repetida a diario, que crea “hoyos en el pozo” en las carreteras en el invierno.