Los peligros ocultos de congelar agua

Durante el invierno, el poder de congelación del Agua puede causar todo tipo de problemas para los materiales. Creas o no, el HIELO puede romper vidrio, agrietar concreto y arruinar tu recipiente favorito de jugo. Esto pasa incluso si el agua no está llena, pero el hielo encuentra una forma ingeniosa de causar estragos.

#El Experimento de Congelación

Para entender cómo funciona esto, los científicos hicieron pruebas de congelación usando frascos de vidrio cilíndricos. Llenaron estos frascos con diferentes cantidades de agua y también usaron un tinte para ayudar a visualizar la congelación. El tinte solo coloreó el líquido, lo que facilitó ver dónde se estaba formando el hielo. Este truco les permitió a los científicos observar cómo se forma y crece el hielo.

Lo que encontraron fue sorprendente: puede haber daños si el hielo atrapa un pequeño bolsillo de agua líquida en su interior mientras se congela. Cuando esta agua oculta se convierte en hielo, se expande, creando una Presión enorme. Esta presión puede romper fácilmente tanto el frasco de vidrio como el hielo circundante. En general, la presión por cristalización no depende de cuánta agua líquida esté atrapada, ¡lo cual es un poco loco!

#¿Por Qué Importa Esto?

La mayoría de nosotros hemos estado ahí, ¿verdad? Olvidas una botella de soda en el congelador y explota en un lío espumoso. La formación de hielo en espacios reducidos es un verdadero dolor de cabeza para muchas industrias, como la construcción, la agricultura e incluso la preservación del arte.

La creencia común es que el hielo se expande al congelarse, y esa expansión causa daños. Aunque eso tiene sentido, no explica todo. Por ejemplo, el hielo puede causar daños incluso si hay espacio para expandirse. Piensa en una botella de agua medio llena: debería haber suficiente espacio para que el hielo crezca sin romper nada. Pero de alguna manera, aún se agrieta.

#Mirando Más Profundo

Para llegar al fondo de las cosas, los investigadores han estado estudiando las primeras etapas de formación de hielo en pequeñas gotas de agua. También observaron cómo superficies especiales pueden retrasar la congelación o promover formaciones de hielo desordenadas. Sin embargo, la mayoría de este trabajo se centra en gotas diminutas y no cuenta toda la historia sobre los daños del hielo a mayor escala.

#Observando el Proceso de Congelación

Para realmente entender qué está pasando, los científicos observaron momentos clave en la congelación a una temperatura fría. Notaron dónde comienza la formación de hielo y cómo crece. Al tomar muchas fotos rápidamente, pudieron ver cuán rápido se forma el hielo y cómo interactúa con el vidrio. Incluso calcularon la velocidad de formación del hielo, que coincidió con estudios anteriores.

Experimentar con diferentes tamaños y tipos de frascos de vidrio mostró cuán importante es controlar el ambiente. Los resultados destacaron claramente que el agua atrapada dentro del hielo en crecimiento es una de las principales causas de daños. Si el hielo comienza a formarse en el borde de un menisco de agua (la curva en la parte superior del agua), puede congelarse antes que el resto del agua, atrapando líquido en el hielo.

#Cómo Evitar Quebraduras

Curiosamente, tratar el vidrio para que sea menos amigable con el agua ayuda mucho. Un tratamiento hidrofóbico aplana el menisco, lo que hace que el punto de inicio de la formación de hielo descienda. Esto significa menos posibilidad de que se forme un bolsillo de líquido en el hielo, lo cual puede prevenir daños.

#El Papel de la Temperatura

La temperatura también juega un papel importante. Al enfriar el hielo desde el exterior, puede congelarse en etapas. Primero, hay un rápido crecimiento dendrítico (piensa en el hielo formándose en formas raras) y luego hay una formación masiva de hielo. Si ocurre la primera etapa, puedes atrapar más burbujas de aire dentro del hielo. Estas burbujas pueden actuar como liberadores de tensión, ayudando a reducir la posibilidad de rotura.

#Observando las Dinámicas de Congelación

En experimentos con dos grupos de contenedores de vidrio, los investigadores vieron una gran diferencia en cómo la congelación los afectaba. Un grupo se enfrío de manera normal mientras que el otro estuvo sobreenfriado. Cuando el menisco se congeló por completo, el agua atrapada se convirtió en hielo, y ahí fue cuando comenzaron a aparecer las fracturas.

Rastrearon cómo se movía la frente de hielo durante el proceso de congelación para aprender más sobre la formación de inclusiones líquidas. Esto se hizo observando cómo el líquido atrapado por el hielo se encoge con el tiempo. Los investigadores notaron que cuando el hielo se agrietaba, a menudo era precedido por una gran acumulación de presión, lo que llevaba a una caída repentina de estrés una vez que el contenedor de vidrio se rompía.

#Diferentes Tipos de Contenedores

El tipo de vidrio también jugó un papel. Por ejemplo, la dureza del vidrio ayuda a soportar mejor las presiones que el hielo mismo. En los experimentos, las fracturas en el hielo a menudo aparecieron antes de que hubiera daños en el vidrio.

Otra cosa interesante fue cómo la forma del recipiente afectaba todo. Los recipientes más pequeños llevaron a un mayor crecimiento dendrítico debido a su mayor relación superficie-volumen, lo que condujo a formaciones de hielo más caóticas.

#Entendiendo la Acumulación de Presión

Para entender las presiones involucradas, los científicos hicieron referencia a investigaciones anteriores sobre derretimiento y cristalización. Cuando el hielo se congela, puede crear presiones lo suficientemente altas como para romper vidrio, un verdadero peligro en espacios restringidos. Trabajos anteriores ayudan a explicar por qué las cosas se rompen tan fácilmente y apuntan a la relación entre presión y cambios de volumen.

#La Importancia de los Recubrimientos Hidrofóbicos

Los científicos también experimentaron con tratar las superficies de vidrio para ver si ayudaría. Usar recubrimientos hidrofóbicos redujo significativamente las posibilidades de que se formaran inclusiones líquidas, lo que significa menos riesgos de rotura. Este simple truco de cambiar la superficie puede salvar tu bebida favorita de un final helado en el congelador.

#Conclusión: Consejos para Evitar Catástrofes en el Congelador

Entonces, ¿qué podemos aprender de todo esto? Si quieres evitar desastres en el congelador, quizás quieras usar recipientes de vidrio más pequeños y asegurarte de que sean hidrofóbicos. El tamaño más pequeño ayuda a limitar la formación de hielo, y los recubrimientos mantienen a raya el crecimiento de cristales.

En resumen, aunque congelar agua parece inofensivo, puede llevar a sorpresas, especialmente si no prestas atención. Cada vez que llega el invierno, es bueno recordar que nuestros líquidos favoritos pueden convertirse en hielo dañino si no tenemos cuidado. ¡Solo mantén tus botellas bajo control, y tal vez, solo tal vez, tu jugo se mantenga intacto!