¿Por qué el hielo tiene menor densidad que el agua?

¿Alguien puede explicarme por qué el hielo es menos denso que el agua?

Como sé, todos los sólidos suelen ser más densos que los líquidos (corríjanme si me equivoco).

Respuestas (4)

Debido a la estructura cristalina de la fase sólida del agua, las moléculas se organizan de manera rígida y ordenada y terminan estando, en promedio, más separadas entre sí (que en la fase líquida) y, por lo tanto, menos densas. Las cosas menos densas flotan debido a la flotabilidad.

Esta "respuesta" solo reitera el hecho de que el agua cristalina (hielo) es menos densa que el agua líquida. No da una explicación y, por lo tanto, no responde la pregunta. ¡En particular, con respecto al comportamiento opuesto de la mayoría de los otros sistemas sólidos líquido-cristalinos!

No creo que esta pregunta aún esté completamente resuelta, ¡el agua es una molécula fascinante! Pero aquí hay algunos pensamientos.

Claramente, si el hielo es más liviano que el agua líquida es porque no se empaqueta tan bien. Es un ejemplo de cómo un empaque aleatorio puede ser más eficiente que un empaque ordenado (empaquetado no cerrado) de una molécula de forma "extraña". Imagínese arrojar LEGOs en una caja, en lugar de colocarlos de manera muy ordenada y ordenada, a dos pulgadas de distancia.

¿Por qué es esto? Para solidificarse, el agua debe entrar en una fase cristalina, pero eso requiere acomodar el extraño ángulo de enlace del agua (que no es del todo tetragonal, que se empaqueta fácilmente. Ver C, Si, ect) de una manera que pueda hacerse infinitamente periódica, lo más compacto posible, y todavía satisface los requisitos de energía. En gran parte debido a este extraño ángulo de unión, el empaque resultante necesita volumen.

Por el contrario, en la fase líquida, las moléculas no tienen por qué estar en sitios específicos. Más bien, hay un intento de maximizar los enlaces de hidrógeno. Esto conduce (por ejemplo) a cadenas de agua. Mientras tanto, la energía térmica intenta revolver todo, lo que rompe estas cadenas (longitud promedio de 7, si mal no recuerdo).

El efecto general es que las moléculas de agua en el líquido pueden colocarse en espacios reducidos y permanecer lo suficiente como para marcar la diferencia, no pueden hacerlo en la fase de hielo.

Voté esto porque es la única respuesta que menciona los enlaces de hidrógeno y el ángulo HOH del agua. Las otras respuestas me parecen tautologías. Prácticamente dicen que la densidad del hielo es más baja porque las moléculas se empaquetan menos densamente. No explican el mecanismo por el cual las moléculas se empaquetan menos densamente.

el hielo es menos denso que el agua porque en el hielo las moléculas se organizan en una estructura tetraédrica rígida debido a que los espacios en forma de jaula permanecen en su enlace. Pero las moléculas de agua permanecen en forma de enlace lineal. A medida que el volumen de hielo se hace mayor, es menos denso.

el hielo es un cristal puro hecho de agua después de congelarse a cierta temperatura, ya que es más liviano que el agua, por lo tanto, su densidad es menor que el agua ... esto se puede tomar como en palabras simples

Esto realmente no responde a la pregunta, ya que la pregunta ya implica que la densidad del hielo sería más baja que la del agua, pero su respuesta no explica por qué la forma cristalina del hielo tendría una densidad más baja.
Esto no responde completamente la pregunta. La pregunta asumida detrás de la pregunta del OP es por qué el agua sólida es menos densa que el agua líquida, lo cual no es cierto para la mayoría de las sustancias.
Solo digo para que conste que esto no califica para la eliminación como una falta de respuesta.
¿Por qué el hielo tiene menor densidad que el agua?
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