Hielo

Hielo 260px Concepto: Hielo del latín (gelum), el hielo es el agua convertida en un cuerpo sólido y cristalino.

Hielo: Del latín gelum, el hielo es el agua convertida en un cuerpo sólido y cristalino. Este estado es posible a través de un descenso suficiente de la temperatura. El agua pura que se encuentra al nivel del mar se congela a los 0ºC. Esto quiere decir que, al llegar a dicha temperatura, se transforma en un sólido cristalizado.

El agua tiene una particularidad que comparte con pocas sustancias: al congelarse, disminuye su densidad, por lo que aumenta su volumen. Esta característica permite que los océanos polares no se congelen en todo su volumen, ya que el hielo flota en el agua y queda sometido a los cambios de temperatura de la atmósfera. Por lo tanto, terminan derritiéndose o generando un iceberg.

El hielo seco, también conocido como nieve carbónica, es el estado sólido del dióxido de carbono. Cuando se evapora o sublima, no deja residuos de humedad (por eso lo de hielo seco). Como su punto de sublimación es muy bajo y además no deja residuos líquidos, el hielo seco es un refrigerante muy utilizado.

Por otra parte, se denomina hielo azul al resultado del fenómeno que ocurre cuando nieva sobre un glaciar. La temperatura hace que la nieve se comprima, pase a formar parte del glaciar y sea arrastrada por éste hacia algún cuerpo de agua, como un río o lago. En el recorrido, las burbujas de aire que se encontraban en el hielo son expulsadas y el tamaño de los cristales de hielo aumenta, por lo que se vuelve más claro.

¿Funciones que tiene?

• Uno de los tres estados del agua, es decir, estado sólido, que se logra a temperatura de 0 grados sobre la superficie del mar (los otros estados del agua en la naturaleza son, el liquido y gaseoso).
• Posee una de las características mas singulares de una sustancia, que cuando se solidifica aumenta su volumen, a diferencia de la gran mayoría, que lo reducen, por ello el agua que penetra en las grietas de las rocas, al congelarse, producen fuertes presiones sobre estas y son capaces de romperlas, como un cristal al caer al suelo.
• Su densidad, decrece con la disminución de la temperatura (0,9168 g/cms3), haciéndose menor que el agua liquida , lo que le permite " flotar" en ella.
• Tiene una estructura cristalina, en forma mayoritariamente hexagonal ( la mas común en la naturaleza) y atendiendo a factores de temperatura y presión ,estas estructuras, cambian, determinando diferentes tipos de hielo (1,2,3,4,5,6,7,8,), que podrían ser comunes en otros planetas, donde puedan existir estas condiciones .A grandes presiones el hielo se "compacta " y aumenta su densidad , permitiendo ciertas facilidades a las grandes masas de hielo (glaciales témpanos etc.) que erosionan la superficie por donde se deslizan.
• Fusión del hielo , es cuando se mezcla con cloruro de sodio y esto hace que se cree una interfase (eutectica) en su superficie a cierta concentración de esta sal y a una temperatura determinada , aunque es imposible calculando concentraciones diferentes, lograr que se fusione totalmente el mismo (esta propiedad impide que el agua de los océanos de zonas glacidas se solidifique completamente)
• El color azulado del hielo , se debe a que como sabemos la luz solar esta compuesta de diferentes colores y es el azul, el que mas energía posee, al cruzar estos rayos grandes masas de hielo , donde además hay burbujas de aire "encerradas" , las otras ondas de los colores (amarillo , rojo) lo atraviesan, pero las azules quedan "atrapadas", es decir no se reflejan, dando entonces ese color azulado, que percibimos.

Tipos De Hielo

El hielo es agua liquida congelada. Es uno de los tres estados naturales del agua. El agua pura se congela a la altitud del nivel del mar a 0°C. El agua, junto con el galio, bismuto, ácido acético, antimonio y el silicio, es una de las pocas sustancias que al congelarse aumentan de volumen (es decir, que disminuye su densidad); la mayoría de las otras sustancias se contraen al congelarse. Esta propiedad evita que los océanos de las regiones polares de la Tierra se congelen en todo su volumen, puesto que el hielo flota en el agua y es lo que queda expuesto a los cambios de temperatura de la atmósfera. La densidad típica del hielo a 0 °C suele tomarse como 916,8 kg/m3 o como 0,9168 g/cm3. Aumento del volumen y decrecimiento de la densidad al solidificarse El agua tiene un comportamiento diferente a la mayoría de líquidos: cuando pasa a estado sólido aumenta de volumen. Esto es así porque la densidad del hielo es menor que la del agua. Como consecuencia de este fenómeno, el hielo flota en el agua. Si se llena completamente de agua un recipiente y se lo cierra herméticamente para luego congelarlo, al solidificarse el agua generará una enorme presión que si no es soportada por el recipiente, éste se deformaría o estallaría. Cuando el agua líquida baja de temperatura y llega a 0 °C, su densidad es de 999,9 kg/m3 (permaneciendo en estado líquido). Si se retira del líquido un poco más de calor, pasa al estado sólido y sufre una intempestiva disminución de densidad (y un consiguiente aumento de volumen), pasando a tener una densidad de 916,8 kg/m3 (a la misma temperatura, vale decir 0 °C) Una consecuencia de todo ello es que el agua se congela de arriba hacia abajo. En lugares donde la temperatura es menor de 0 °C el agua del mar y de los lagos se enfría. Cuando empieza a congelarse, el agua en lugar de precipitarse al fondo queda en la superficie y flota. Todo esto permite que el agua y los seres vivos del fondo queden resguardados de las temperaturas...

El color del hielo

¿Por qué el hielo es azul en contraste con el color blanco de la nieve?

• La luz blanca del sol está realmente formada por una mezcla de colores, desde el rojo al violeta, como se comprueba cuando se hace pasar un rayo de luz a través de un prisma de vidrio, o en los arco iris.

Las ondas de luz -o “fotones” si consideramos que la luz también se comporta como un flujo de partículas- más azuladas tienen más energía que las amarillas o las rojas.

• La nieve es blanca porque toda la luz que le llega es reflejada en una capa muy delgada que se encuentra en su superficie. El color blanco de la espuma de una cerveza oscura tiene el mismo origen. Las pequeñas burbujas de aire que están atrapadas en el hielo (o en la espuma) reflejan la luz múltiples veces y todos los colores, desde el rojo al violeta, escapan, de modo que la luz que recibimos es luz blanca.
• El hielo aparece azul cuando tiene una consistencia muy alta y las burbujas de aire no impiden el paso de la luz a través de él. Sin el efecto “dispersivo” de las burbujas, la luz puede penetrar en el hielo siendo absorbida paulatinamente en su camino hacia las partes más profundas. Los fotones rojos, que tienen menor energía que los azules, penetran menos distancia y son absorbidos antes. En promedio, la absorción de luz roja en el hielo es seis veces más eficiente que la absorción de luz azul, por tanto cuanto más distancia viaje un haz de luz blanca, en su camino va perdiendo más y más fotones rojos, amarillos, verdes… y son los azules los que “sobreviven”.
• En contraste con el hielo de los glaciares y de los icebergs, también encontramos flotando pequeños trozos de hielo de una pureza y consistencia extraordinarias, prácticamente sin ningún aire en su interior. Os puedo asegurar que el cristal de roca no es ni de lejos tan bonito como uno de esos trozos de hielo. Al ser pequeños, la luz los atraviesa sin quedar absorbida y se ven totalmente transparentes.

Estructura cristalina

La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo.

• Estructura cristalina de los materiales

Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con que los átomos o iones están ordenados uno con respecto al otro. Un material cristalino es aquel en que los átomos se encuentran situados en un arreglo repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las estructuras solidificadas, los átomos se posicionarán de una manera repetitiva tridimensional en el cual cada átomo está enlazado al átomo vecino más cercano. Todos los metales, muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras cristalinas bajo condiciones normales de solidificación.

• Celda Unitaria.- es el agrupamiento más pequeño de átomos que conserva la geometría de la estructura cristalina, y que al apilarse en unidades repetitivas forma un cristal con dicha estructura.

Una celda unitaria se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones independientes del paralelepípedo. Esto se traduce en siete parámetros de red, que son los módulos, a, b y c, de los tres vectores, y los ángulos a, ß y ? que forman entre sí. Estos tres vectores forman una base del espacio tridimensional, de tal manera que las coordenadas de cada uno de los puntos de la red se pueden obtener a partir de ellos por combinación lineal con los coeficientes enteros.

• La estructura cristalina de un sólido depende del tipo de enlace atómico, del tamaño de los átomos (o iones), y la carga eléctrica de los iones en su caso).

Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre sí por la longitud de sus aristas de la celda (llamados constantes o parámetros de la celda) y los ángulos entre los bordes de ésta. Estos sistemas son: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrica (o trigonal), hexagonal, monoclínico y triclínico.

• Los diferentes sistemas cristalinos se forman por el apilamiento de capas de átomos siguiendo un patrón particular.

Un sólido cristalino la CAPA en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos: a=b=c ; a=b=g=90º a=b¹c; a=b=g=90º a¹b¹c; a=b=g=90º a1=a2=a3 a=b ¹ c; a=b=90º ; g =120º a¹b¹c; a = g = 90º ñb90º

a¹b¹c; a, g, b ¹ 90º

Fases Del Hielo

El hielo presenta 12 estructuras o fases cristalinas diferentes. A las presiones habituales en el medio terrestre (en el entorno de la presión atmosférica), la fase estable suele denotarse como fase I según la terminología de Tamman. Dicha fase I presenta dos variantes relacionadas entre sí: el hielo hexagonal, denotado Ih, y el hielo cúbico, Ic. El hielo hexagonal es la fase más común, y la mejor conocida: su estructura hexagonal puede verse reflejada en los cristales de hielo, que siempre tienen una base hexagonal. El hielo cúbico Ic se obtiene por deposición de vapor de agua a temperaturas inferiores a -130 °C, por lo que no es tan común; aún así, a unos -38 °C y 200MPa de presión, situación esperable en los casquetes polares, ambas estructuras están en equilibrio termodinámico. Los tipos de hielo conocidos son los siguientes:

• Hielo lc (baja temperatura, cúbica centrada en las caras, densidad aproximadamente 900 kg/m3).
• Hielo II (baja temperatura, ortorrómbica centrado, densidad aproximadamente 1.200 kg/m3).
• Hielo III ó Iii (baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.100 kg/m3).
• Hielo V (alta presión, baja temperatura, monoclínica de base centrada, densidad aproximadamente 1.200 kg/m3).
• Hielo VI (alta presión, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300 kg/m3).
• Hielo VII (alta temperatura, alta presión, cúbico sencilla, densidad aproximadamente 1.700 kg/m3).
• Hielo VIII (alta presión, tetragonal centrada, densidad aproximadamente 1.600 kg/m3).
• Hielo IX (alta presión, tetragonal, densidad aproximadamente 1.200 kg/m3).
• Hielo XII (alta presión, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300 kg/m3).

Vease también

• Agua

Fuentes

• Marinés Hernández Godínez
• PARK, Chris (2007). A dictionary of environment and conservation. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198609957.
  
• Colaboración del JCCE Colombia III