Cómo Calcular la Densidad del Agua
En términos prácticos, la densidad es el peso de una sustancia en un volumen específico. La densidad del agua es aproximadamente 1 gramo por mililitro, aunque esto cambia según la temperatura o si tiene otras sustancias disueltas.
Curiosamente, el hielo es menos denso que el agua líquida, ¡por eso tus cubitos flotan en el vaso! Como puedes imaginar, la densidad del agua es una medida fundamental en el mundo de la ciencia.
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Densidad del Agua
Si estás en el cole, seguramente habrás oído esa frase en clase de ciencias: "La densidad es la masa por unidad de volumen de una sustancia". En la Tierra, puedes suponer que "masa" es más o menos lo mismo que "peso" (por si así se te hace más fácil).
Ahora, si ya pasaron esos días de escuela, es probable que ni recuerdes que alguna vez escuchaste eso. La definición de densidad tiene un poco más de sentido cuando le damos algo de contexto. Mientras un objeto tenga moléculas, y por ende, tamaño o masa, entonces tiene densidad.
Dicho de otro modo, la densidad es solo el peso en una cantidad determinada (o volumen) del material. En el caso del agua, la densidad comúnmente se mide en gramos por mililitro (1 g/ml) o gramos por centímetro cúbico (1 g/cm³).
Para ser exactos, la densidad del agua no es exactamente 1 g/ml. De hecho, es un pelín menos, unos 0.9998395 g/ml a 4.0 °C (39.2 °F). Pero vamos, el valor redondeado de 1 g/ml es el que encontrarás por todos lados.
La densidad del agua cambia con la temperatura
Crecer con un hermano mayor era una odisea… Sobre todo porque, cada vez que tenía a sus amigos en casa, la actividad favorita de todos era fastidiarme. Pero una vez, la densidad del agua me sirvió para jugarles una buena broma.
Fue en un caluroso día de verano, cuando subieron la colina junto a nuestra casa para hacer un hoyo donde esconder su preciada colección de chapas. Con tanto esfuerzo, se morían de sed y me obligaron a ir a casa a traerles un galón de agua.
Esa agua de grifo a unos 21°C pesaba alrededor de 8.33 libras, ¡lo cual era bastante para un niño de 30 kilos que tenía que subir esa enorme colina! Así que cuando exigieron otro galón, consulté el “Internet” de mi época—mi enciclopedia—y descubrí que un galón de agua al punto de ebullición pesaba solo 7.996 libras.
Entonces, corrí de regreso colina arriba con mi galón, aliviado de que pesara 0.33 libras menos… y luego bajé más rápido, dejando que sus voces furiosas se perdieran en la distancia.
Cómo medir la densidad del agua u otro líquido
Para medir la densidad de un líquido, se utiliza un hidrómetro. Es uno de los instrumentos científicos más sencillos, y hasta se puede hacer uno casero con una pajita de plástico. La versión tradicional suele estar hecha de vidrio y se parece mucho a un termómetro, con un tallo cilíndrico y una base lastrada que lo mantiene flotando en posición vertical.
Para usarlo, se sumerge el hidrómetro en el líquido que se quiere medir hasta que flote libremente. El dispositivo tiene líneas marcadas para ver hasta qué nivel flota. En líquidos menos densos, el hidrómetro se hunde más, mientras que en líquidos más densos, flota más alto. Como el agua es la “referencia” para medir otros líquidos, la marca para el agua suele estar etiquetada como “1.000”; de ahí que la gravedad específica del agua a unos 4°C sea 1.000.
Los hidrómetros tienen múltiples usos. Además de servir en las clases de ciencias para medir la salinidad del agua, se utilizan en la industria láctea para estimar el contenido de grasa de la leche (la leche con más grasa es menos densa).
También son una herramienta popular entre los que fabrican cerveza y vino en casa, pues indican cuánta azúcar hay en el líquido, ayudando al cervecero o vinicultor a saber en qué etapa de fermentación está su creación.
El hielo es menos denso que el agua
Si observas una imagen de un iceberg, verás que una parte está bajo el nivel del agua. Eso no es sorprendente, pero lo cierto es que casi todo el volumen de un iceberg está por debajo de la superficie, no por encima. Esto se debe a que el hielo es menos denso que el agua líquida. Cuando el agua se congela, la densidad del hielo disminuye aproximadamente un 9%.
En la mayoría de los casos, un iceberg muestra casi toda su masa debajo de la línea de flotación. Esto sucede porque, al congelarse, las moléculas de agua se organizan en una estructura de rejilla ordenada, en lugar de la disposición más aleatoria que tienen en su forma líquida. Esa disposición permite que las moléculas de agua en el hielo estén más separadas entre sí que en el agua líquida. Así, el hielo tiene una densidad menor que el agua, y flotará.
Por suerte para nosotros, o no escucharíamos el tintineo tan agradable de los cubitos de hielo en el vaso, ¡porque se hundirían hasta el fondo! La densidad del hielo es más o menos el 90% de la del agua, aunque puede variar porque el hielo puede contener aire. Esto significa que aproximadamente el 10% de un cubito de hielo o iceberg queda por encima del agua.
Esta propiedad del agua es vital para la vida en la Tierra. Como el agua a unos 4°C (39°F) es más densa que el agua a 0°C (32°F), en lagos y otros cuerpos de agua, la capa de agua más fría (y menos densa) queda en la superficie.
Si el agua fuera más densa en su punto de congelación, en invierno el agua fría en la superficie de los lagos se hundiría, congelando el lago de abajo hacia arriba. Y dado que el agua es un buen aislante gracias a su capacidad de retener calor, algunos lagos congelados nunca se derretirían completamente en verano.
¿Y qué pasa con el "hielo pesado"?
Ya dijimos que el hielo flota en el agua porque es menos denso, pero hay un tipo especial de hielo que sí es más denso que el agua normal. Hablamos del "hielo pesado", que es 10.6% más denso que el agua normal porque se forma a partir de "agua pesada".
El agua pesada, D2O en lugar de H2O, es agua en la que los átomos de hidrógeno han sido reemplazados por deuterio, un isótopo de hidrógeno que contiene un protón y un neutrón.
El agua pesada es en efecto más densa que el agua común (aunque, en realidad, el agua natural contiene pequeñas cantidades de moléculas de agua pesada), y por eso el hielo de agua pesada se hunde en el agua normal.
La densidad del agua cambia con lo que se disuelve en ella
La historia de la densidad del agua no termina ahí, ya que también varía según la cantidad de material disuelto en ella. En la naturaleza, el agua contiene minerales, gases, sales e incluso pesticidas y bacterias, algunas de estas sustancias en forma disuelta. Mientras más material esté disuelto en un galón de agua, más pesará ese galón y más denso será: el agua de mar es más densa que el agua pura.
Referencias
The Engineering ToolBox (2003). Water - Density, Specific Weight and Thermal Expansion Coefficients. : https://www.engineeringtoolbox.com/water-density-specific-weight-d_595.html
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