Los misterios del agua: por qué este líquido no sigue las reglas de la química

El agua es la única sustancia que en condiciones ambientales la podemos encontrar en estado sólido, líquido y gaseoso . Como sólido es mucho más ligero de lo que cabría esperar, como líquido es mucho más denso y como gas es uno de los más ligeros que se conocen. Una terna de singularidades que hacen que el agua tenga poco de 'ordinario' y que se deben a los puentes de hidrógeno, los enlaces que unen sus moléculas.

Si un cubito de hielo se hundiera en un vaso de agua, en lugar de flotar, nos dejaría boquiabiertos, sin embargo, eso es lo que debería producirse. A todos nos han enseñado que las sustancias cuando se calientan se dilatan y al enfriarse se contraen. Sin embargo, el agua es una excepción. Cuando está caliente reduce su volumen a medida que se enfría, pero al llegar a los 4ºC –la temperatura con mayor densidad- comienza nuevamente a dilatarse. Esto permite explicar que el hielo tenga una densidad menor que el agua líquida y que, por tanto, flote en ella.

Esta propiedad se conoce como la dilatación anómala del agua y es la responsable de que pueda seguir existiendo vida en la profundidad de un lago después de que se haya congelado su superficie.

Si tiramos de la tabla periódica parecería razonable, al menos en teoría, que el agua (H2O) se comportase de forma similar al sulfuro de hidrógeno (H2S), al seleniuro de hidrógeno (H2Se) o al teluro de hidrógeno (H2Te), los otros elementos que siguen al oxígeno. Si fuera así, el agua debería hervir a -80ºC y congelarse a los -100ºC, en lugar de hacerlo a 100ºC y 0ºC, respectivamente.

Esta elevación del calor latente, entendido como el calor que se necesita para que una sustancia cambie de estado, hace que la franja en estado líquido del agua sea muy amplia, con todo lo que eso conlleva.

Precisamente en el cambio de estado reside otra de sus particularidades. Seguramente si preguntáramos a un auditorio qué se congela antes el agua fría o el agua caliente, la mayoría se inclinaría por el agua fría. Sin embargo, la respuesta sería incorrecta.

Hace casi dos mil quinientos años que el filósofo Aristóteles observó que el agua que ha sido previamente calentada se congela más rápidamente que cuando está fría, un fenómeno que actualmente conocemos como efecto Mpemba . Su nombre hace alusión a una pregunta que planteó Erasto Mpemba , un estudiante tanzano, en 1969.

Este efecto se debe a que el proceso de enfriamiento en el agua fría es más lento ya que cuando la temperatura es más elevada las partículas interactúan mucho más entre ellas y pierden parte de su energía cinética. Eso permite explicar por qué en algunos países de clima muy frío si, en un día con temperaturas bajo cero, se lanza agua hirviendo al aire se transforma rápidamente en nieve.

Se dice que el agua es el solvente universal ya que es el líquido que es capaz de disolver un mayor número de sustancias (solutos). Esto se debe a que al tratarse de una sustancia polar –carga neutra- cuando las moléculas de otra sustancia entran en contacto con ella sus cargas positivas (hidrógeno) rodean a las negativas y sus cargas negativas (oxígeno) hacen lo mismo con las positivas.

Por otra parte, las moléculas que se encuentran en su interior son atraídas de forma similar por las moléculas de su entorno, mientras que las moléculas de la superficie tan sólo son atraídas por las que se encuentran a sus lados y en la parte inferior. Esto genera en la superficie del agua una capa que ejerce cierta resistencia a todo objeto que quiere penetrar en su interior. Esto es lo que se conoce como tensión superficial.

Después del mercurio el agua es el líquido que tiene la tensión superficial más elevada, lo que permite, por ejemplo, que algunos insectos –zapatero o escribanillo del agua- puedan deslizarse en su superficie.

Pedro Gargantilla es médico internista del Hospital de El Escorial (Madrid) y autor de varios libros de divulgación.