Cómo calcular la densidad del hielo y del agua

La densidad es la concentración de la masa en un volumen determinado y se calcula según la fórmula densidad = masa / volumen. A pesar de que las características del agua son únicas, con esta ecuación y algunas mediciones podrás aprender de forma rápida y divertida cómo calcular experimentalmente la densidad con un método que luego podrás trasladar a cualquier otro material. Y durante el proceso, entenderás por qué el hielo siempre flota en el agua. Para comenzar, debes reunir los siguientes materiales:

• Un cubo de hielo de unos 10 cm de cada lado
• Agua
• Una probeta graduada
• Una balanza (electrónica preferiblemente)
• Una regla
• Una calculadora (opcional)

IMPORTANTE: Una probeta puede medir el volumen en mililitros (ml) en lugar de centímetros cúbicos. Las unidades son equivalentes.

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Cómo calcular la densidad del agua

1. Mide la masa de una probeta graduada en gramos (g), colocándola sobre la balanza. Anota la masa.
   
2. Llena la probeta con agua poco a poco hasta llegar a un volumen deseado. Para hacer tus cálculos más fáciles, llénala hasta un número redondo, como 100 centímetros cúbicos (cm³).
   
3. Determina la masa del agua. Colocar la probeta graduada en la escala. Restarle al peso de la probeta llena con agua que acabas de determinar el peso de la probeta vacía que has registrado previamente. Por ejemplo: si la masa de la probeta llena es de 108g y la masa de la probeta vacía es 8g, entonces la masa del agua es de 100g.
4. Halla la densidad del agua. Divide la masa del agua por su volumen. Si la masa del agua es de 100g, por ejemplo, y su volumen es de 100cm³, entonces la densidad del agua es 1g/cm3.
   

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Cómo calcular la densidad del hielo

1. Mide la altura, la anchura y la profundidad de un trozo de hielo en centímetros. Multiplica la altura, anchura y profundidad para encontrar el volumen del hielo en centímetros cúbicos. Si el hielo tiene una anchura de 8 cm, una altura de 4 cm y una profundidad de 2 cm, entonces el volumen del hielo es de 8 cm x 4 cm x 2 cm = 64 cm3.
   
2. Coloca el hielo en la balanza y mide su masa en gramos.
   
3. Divide la masa del hielo entre su volumen para encontrar la densidad del hielo. Si el volumen del hielo es 64 cm3 y su masa es 58.88 g, por ejemplo, entonces la densidad del hielo es 64 cm3 / 58.88g = 0.92g/cm3. Si tus medidas son precisas, debes terminar con una densidad cercana a 0.92 g/cm3 cada vez.

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Entonces, ¿por qué el hielo flota en el agua?

El hielo flota en el agua debido a que su densidad, 0,92 g/cm3, es menor que la densidad del agua, 1 g/cm3. Lo extraño es que el hielo, a pesar de ser el mismo material en estado sólido, es menos denso que en su estado líquido natural. ¿A qué se debe esto? Esto se debe a que el agua tiene propiedades físicas y químicas únicas e irrepetibles que lo hacen indispensable para la vida y lo convierten en referencia de muchos fenómenos, como el que acabamos de notar.

A medida que el agua se congela se incrementa una fuerza intermolecular conocida como enlaces de hidrógeno que hace que las molécula de H₂O se unan formando redes con espacios hexagonales entre ellas. Dicho espacio intermolecular aumenta el volumen del agua congelada la cual, al mantener su masa intacta, produce una caída de su densidad.

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Puedes notar cómo aumenta el volumen del agua al hacerse hielo colocando en el congelador una botella de plástico llena de agua durante la noche. A la mañana siguiente, la botella estará hinchada o quizá rota ya que su relleno sobrepasó su capacidad.

Advertencias

• Ten cuidado al manipular probetas de vidrio. Si se rompe la probeta, limpia el vidrio roto de inmediato. 
• Deshazte del hielo inmediatamente después del experimento. No consumir. El hielo desatendido puede constituir un peligro de resbalones y caídas.