Los distintos estados del agua y sus propiedades.

Agua sólida

El agua, al solidificarse, puede ser amorfa o estar cristalizada de forma regular. La forma cristalina del agua sólida es la de un prisma hexaédrico de 120°, o la de un dodecaedro isósceles. Estos cristales poseen doble refracción y pertenecen al sistema romboédrico.

Según Scoresby y Dufrenoy, la nieve adopta a menudo la forma de estrellas de seis radios, siendo cada radio un prisma regular de seis caras; a veces, incluso el centro de la estrella está ocupado por una pequeña lámina hexagonal brillante, y los radios de la estrella divergen desde cada uno de sus ángulos.

Al pasar del estado líquido al estado sólido, el agua aumenta de volumen. Su densidad pasa a ser de 0,916 o 0,918 según el Sr. Brunner, siendo la del agua a + 4 °C de 1,000.

Este aumento de volumen que experimenta el agua al solidificarse explica:

Por qué el hielo se mantiene constantemente en la superficie de las aguas tranquilas,
Por qué el agua contenida en el tejido celular de las plantas o de los frutos, que se solidifica con una fuerte helada, provoca por su aumento de volumen la rotura de los vasos capilares, hace morir a los vegetales en poco tiempo y se convierte en la causa de la rápida descomposición de los frutos congelados,
Por qué las fuentes y las jarras llenas de agua se rompen a menudo durante los fríos del invierno, cuando el agua que contienen se solidifica: las tuberías de conducción de agua que no están enterradas a gran profundidad también se rompen cuando el agua que circula por ellas llega a congelarse,
Por qué las piedras que se denominan heladizas, que pueden condensar una cantidad considerable de agua, se rompen en invierno debido a la dilatación que experimenta al congelarse el agua contenida en sus poros,
Por qué el agua, al solidificarse, provoca a veces la rotura de los metales y las aleaciones más resistentes.

Así es como se pueden romper cañones de fusil, e incluso cañones de bronce, llenándolos de agua y exponiéndolos, tras haberlos cerrado herméticamente, a una temperatura que provoque la solidificación del agua que contienen.

El hielo, durante su fusión, conserva una temperatura constante que se toma como punto de partida de los termómetros, y que sirve para fijar el cero de su escala. El punto en el que el agua se congela, al presentar a menudo grandes variaciones, no se adopta para fijar el cero de los termómetros. Cuando el agua no se agita, se puede, según Gay-Lussac, bajar su temperatura hasta -42° sin solidificarla; si se agita, se congela de inmediato y se observa una liberación de calor que hace que su temperatura vuelva a subir rápidamente a cero.

La congelación del agua presenta, por tanto, dos fenómenos destacables: una liberación de calor y un aumento de volumen.

El agua que contiene sales disueltas se congela más lentamente que el agua pura. Cuando una disolución salina experimenta una congelación parcial, es el agua pura la que se solidifica en primer lugar, mientras que las sales permanecen en las aguas madres. Esta propiedad se ha aplicado a la concentración de determinadas aguas saladas.

El hielo, al fundirse, absorbe una cantidad considerable de calor. La cantidad de calor que un peso determinado de hielo a cero necesita para cambiar de estado es igual a la que bastaría para elevar el mismo peso de agua líquida de 0 a 79°, como demostraron los experimentos de Provostoye y Desains. Así, cuando se mezclan pesos iguales de nieve a 0° y de agua a 79°, la mezcla entra en fusión y la temperatura permanece a 0°.

Agua líquida

El agua es inodora, insípida e incolora, pero, en masas considerables, presenta una tonalidad verdosa. Cuando se somete a la acción del calor el agua que se encuentra a cero, su volumen disminuye hasta + 4°, y después aumenta de forma constante hasta alcanzar su temperatura de ebullición.

A 8 °C, el volumen del agua es aproximadamente el mismo que a 0°. Su densidad máxima se alcanza a 4°, según Despretz.

El agua, considerada como disolvente, interesa tanto a las artes como a la industria y al análisis químico. Por ello, entre las distintas propiedades de un cuerpo, se sitúa en primer lugar su grado de solubilidad o de insolubilidad en el agua.

Agua en estado de vapor

El punto de ebullición de un líquido es siempre el mismo bajo la misma presión. El agua entra en ebullición a una temperatura invariable, que sirve para fijar la centésima de grado de la escala termométrica.

El agua, a 100 °C, al convertirse en vapor, aumenta unas 1700 veces su volumen.

La temperatura de ebullición del agua varía con la presión. Al encerrar el agua en una envoltura suficientemente resistente, se puede llevar el agua a una temperatura muy elevada e impedir que hierva. Este experimento se realiza en un aparato denominado marmita de Papin.

Cagniard-Matour encerró agua en tubos de vidrio muy gruesos, purgados de aire y cerrados a la lámpara. Al calentar estos tubos hasta el rojo incipiente, comprobó que el agua puede convertirse en vapor en un espacio que solo es cuatro veces mayor que su propio volumen.

El vapor acuoso es inodoro, incoloro y transparente; su densidad es de 0,662.

El agua, como todos los cuerpos volátiles, emite vapores a las temperaturas más bajas. Esta evaporación aumenta con la temperatura.

El vapor de agua sometido a enfriamiento se condensa y pasa al estado de agua líquida. Esta condensación se produce en el aire atmosférico cuando contiene una cantidad de vapor mayor que la que puede conservar en estado de saturación. Así se forman el rocío, la escarcha, la niebla, la lluvia o la nieve. El vapor de agua condensado en la atmósfera recibe el nombre de niebla cuando está en la superficie de la Tierra, y de nube cuando está suspendido a cierta altura en la atmósfera. El vapor, al condensarse en el aire, forma pequeñas esférulas que constituyen el vapor en forma vesicular.

El agua, para transformarse por completo en un fluido elástico, necesita aproximadamente cinco veces y media más calor que para calentarse de 0 a 100°. Este principio se ha utilizado en las fábricas para llevar a ebullición grandes masas de agua colocadas en recipientes de madera, que se alterarían por la acción directa del fuego. En los casos en que el vapor, al condensarse, puede resultar perjudicial, se hace circular por un doble fondo o por tubos sumergidos en el líquido que se desea calentar.

Propiedades químicas del agua

El agua no ejerce ninguna acción sobre los reactivos coloreados. No se puede descomponer mediante el calor. Varios cuerpos simples la descomponen: unos, como el cloro, se combinan con su hidrógeno y dejan que se libere su oxígeno; otros, como el potasio, el hierro, etc.,se apoderan de su oxígeno dejando que se libere el hidrógeno.

El agua se combina con un gran número de cuerpos en proporciones definidas, y forma compuestos que han recibido el nombre de hidrato.

Al unirse a los ácidos, a las bases y a las sales, el agua no modifica, en general, sus características distintivas; por ello, las propiedades de estos cuerpos se estudian habitualmente en sus hidratos.

Sin embargo, en algunos casos, el agua que se une a los ácidos, a las bases y a las sales provoca modificaciones importantes en sus propiedades.

La mayoría de los cuerpos no experimentan descomposición al disolverse en el agua; pero existe un cierto número de sales, como el nitrato de bismuto, el estearato de potasa, etc., que, al entrar en contacto con el agua, se separan en dos partes, una de las cuales, insoluble, precipita, mientras que la otra, soluble, permanece disuelta en el agua.

Chevreul llamó especialmente la atención de los químicos sobre este tipo de fenómenos.