HieloPara otros usos de este trmino, vase Hielo (desambiguacin).Bloque natural de hielo de cuatro toneladas en una playa islandesa.Trekking sobre hielo.El hielo es el agua congelada. Es uno de los tres estados naturales del agua. La forma ms fcil de reconocerlo es por su temperatura, y por su color blanco nveo; adems es muy fro al tacto. El agua pura se congela a 0 C cuando se halla sometida a una atmsfera de presin.ndice [ocultar] 1 Volumen y densidad del agua al solidificarse2 Estructura cristalina3 El hielo como mineral4 Tipos de hielo5 Fusin eutctica6 Descenso crioscpico7 El color del hielo8 Otras acepciones9 Accin erosiva10 Formaciones de hielo sin agua11 Vase tambin12 Referencias13 Enlaces externosVolumen y densidad del agua al solidificarse[editar]El agua, junto con el galio, bismuto, cido actico, antimonio y el silicio, es una de las pocas sustancias que al congelarse aumenta de volumen (es decir, que disminuye su densidad); se expande al congelarse. Esta propiedad evita que los ocanos de las regiones polares de la Tierra se congelen en todo su volumen, puesto que el hielo flota en el agua y es lo que queda expuesto a los cambios de temperatura de la atmsfera. La densidad tpica del hielo a 0 C suele tomarse como 916,8 kg/m o como 0,9168 g/cm..Estructura cristalina[editar]Cristales de hielo, estudiados por Wilson Bentley en 1902.El hielo se presenta en 12 estructuras o fases cristalinas diferentes. A las presiones habituales en el medio terrestre (en el entorno de la presin atmosfrica), la fase estable suele denotarse como fase I segn la terminologa de Tamman. Dicha fase I presenta dos variantes relacionadas entre s: el hielo hexagonal, denotado Ih, y el hielo cbico, Ic. El hielo hexagonal es la fase ms comn, y la mejor conocida: su estructura hexagonal puede verse reflejada en los cristales de hielo, que siempre tienen una base hexagonal. El hielo cbico Ic se obtiene por deposicin de vapor de agua a temperaturas inferiores a -130 C, por lo que no es tan comn; an as, a unos -38 C y 200MPa de presin, situacin esperable en los casquetes polares, ambas estructuras estn en equilibrio termodinmico.El hielo Ih presenta una estructura hexagonal en la que cada tomo de oxgeno de una molcula de agua tiene otros cuatro tomos de hidrgeno como sus vecinos ms prximos, situados en los vrtices de un tetraedro regular cuyo centro es el tomo de oxgeno de inters. Esta unidad tetradrica es comn a todas las dems fases del hielo, y se debe al hecho de que el ngulo entre tomos de hidrgeno en la molcula de agua libre H-O-H es de 104,52, en vez de 90. El ngulo tetradrico entre O-O-O es de 109,47. Para temperaturas de inters terrestre, la distancia entre tomos de oxgeno O-O es de 0,276 nm y entre O-H de 0,0985 nm. La unin entre tomos intramoleculares es de enlaces covalentes simples y por tanto muy estables, mientras que la unin intermolecular se produce por enlaces de puente hidrgeno relativamente dbiles, lo cual explica la relativamente baja temperatura de fusin del hielo. Los parmetros de red ms relevantes son el lado hexagonal a=0,451 nm, y la altura del prisma hexagonal c=0,7357 nm. Estos valores pueden varia ligeramente con la temperatura, pero la relacin entre ambos, c/a=1,628, permanece prcticamente estable y muy cercano al valor ptimo de c/a=1,633, teorizado para esferas slidas en contacto formando la misma estructura hexagonal. La estabilidad del parmetro c/a explica el hecho de que la expansin trmica del hielo se produzca de manera isotrpica. Por su parte, el hecho de que el hielo Ih tenga una estructura hexagonal explica la anisotropa usualmente observada en sus propiedades mecnicas: el mdulo de Young, por ejemplo, que se sita en el entorno de E=9-10GPa para cristales puros, presenta isotropa radial, y vara considerablemente segn la direccin de la deformacin; la resistencia mecnica, situada en el entorno de 1MPa para cristales puros en la direccin basal, puede alcanzar los 7MPa en ciertas configuraciones. La presencia de impurezas en la red es prula, salvo para algunas sustancias puntuales como el fluoruro de amonio, NH4F. Los defectos cristalinos pueden ser cuatro: vacantes, intersticiales, inicos o de Bjerrum, los dos ltimos siendo exclusivos del hielo y estando relacionados con la rotacin de hidrgenos de una molcula de agua en la red.En todo caso, la estructura Ih del hielo es poco compacta lo cual explica su menor densidad con respecto a la fase lquida sobre todo si se compara con estructuras anlogas en otros materiales cristalinos como los metales. El factor de empaquetamiento es de 0,34, muy inferior al 0,74 tpico de los metales. Ello se explica por la repulsin de tomos de hidrgeno y oxgeno conforme se compacta la red. De hecho, esta repulsin lleva a que, cuando la presin sobre la red hexagonal es lo suficientemente elevada, esta estructura deje de ser estable y aparezcan otras que la sustituyan.En efecto, el resto de fases cristalinas se producen a presiones mucho ms altas, y hasta 1900 eran desconocidas. De hecho, no existen en la Tierra, pues los casquetes polares terrestres son demasiado finos como para permitir la aparicin de fases estables distintas al hielo Ih. Sin embargo, la situacin es distinta en las grandes lunas heladas del sistema solar como Europa o Tritn, donde se postula que las presiones en el ncleo son lo suficientemente elevadas como para asegurar la aparicin de fases estables distintas a la Ih, que a dichas presiones sera inestable. Las fases cristalinas de alta presin mejor conocidas son las fases II y III; en laboratorio slo se han estudiado las fases II, III, V y VI,1 mientras que el resto permanecen bsicamente desconocidas.La estructura del hielo II es romboidal. Este hielo se forma a unos 238K para presiones de 283 atmsferas, y su densidad es de 1193 kg/m por ser una estructura mucho ms compacta. El hielo III es tetragonal, y aparece a unos 246K y 276 atm, siendo su densidad de 1166 kg/m. El hielo V es monoclnico, aparreciendo a 237,5K y 480 atm, con una densidad de 1267 kg/m. El hielo VI es tetragonal, y aparece a 237,5K para 777atm, con una densidad de 1360 kg/m. Todas estas fases son esencialmente frgiles, aunque presentan gran tendencia a la fluencia en el tiempo (creep) y cierto comportamiento viscoelstico.Aunque inicialmente se crea que eran fases nanocristalinas, aparte de las fases cristalinas arriba mentadas, el hielo puede aparecer en dos fases amorfas (vtreas): el hielo amorfo de baja densidad (940 kg/m a -196 C y 1atm) y el hielo amorfo de alta densidad (1170 kg/m, mismas condiciones). La formacin del hielo amorfo es complicada, y se relaciona con el tiempo de solidificacin dado al agua; puede formarse por condensacin de vapor por debajo de -160 C, por colapso de la estructura Ih bajo elevada presin por debajo de -196 C. En todo caso, salvo en ciertas situaciones muy concretas, no son fases comunes en la Tierra.El hielo como mineral[editar]Hielo mineralGeneralCategora Minerales xidosClase 4.AA.05 (Strunz)Frmula qumica H2OPropiedades fsicasColor Incoloro a blancoRaya BlancaLustre VtreoTransparencia TransparenteSistema cristalino HexagonalFractura ConcoideaDureza 1,5 (Mohs)Tenacidad QuebradizoDensidad 0,917 g/cmMagnetismo DiamagnticoVariedades principales[editar datos en Wikidata]En mineraloga es aceptado como mineral vlido por la Asociacin Mineralgica Internacional, pues es un slido estable a temperaturas de menos de 0 C. Se clasifica en el grupo 4 de minerales xidos al ser un xido de hidrgeno, normalmente con abundantes impurezas.2Tipos de hielo[editar]En el hielo, como en la mayora de los slidos, las molculas se acomodan en una formacin ordenada. Sin embargo, dependiendo de las condiciones de presin y temperatura, es posible que adopten diferentes formas de ordenarse. A partir de 1900, Gustave Tamman y posteriormente en 1912 Percy Bridgman hicieron experimentos sobre el hielo aplicndole diferentes presiones y temperaturas, y obtuvieron hielos diferentes con mayores densidades a la normal (posteriormente se encontraron muchos ms tipos de hielo). Todas estas formas de hielo tienen estructuras ms compactas (diferentes formas de un elemento existentes en el mismo estado fsico), o sea que se forman varias modificaciones alotrpicas o altropos.Los tipos de hielo conocidos son los siguientes:Hielo Ih (Todo el hielo que se forma en la biosfera terrestre es hielo del tipo Ih, a excepcin de una pequea cantidad de hielo Ic. Los cristales de hielo tienen forma hexagonal).Hielo Ic (baja temperatura, cbica centrada en las caras, densidad aproximadamente 900 kg/m).Hielo II (baja temperatura, ortorrmbica centrado, densidad aproximadamente 1.200 kg/m).Hielo III Iii (baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.100 kg/m).Hielo V (alta presin, baja temperatura, monoclnica de base centrada, densidad aproximadamente 1.200 kg/m).Hielo VI (alta presin, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300 kg/m).Hielo VII (alta temperatura, alta presin, cbico sencilla, densidad aproximadamente 1.700 kg/m).Hielo VIII (alta presin, tetragonal centrada, densidad aproximadamente 1.600 kg/m).Hielo IX (alta presin, tetragonal, densidad aproximadamente 1.200 kg/m).Hielo XII (alta presin, baja temperatura, tetragonal, densidad aproximadamente 1.300 kg/m).Fusin eutctica[editar]En las condiciones terrrestres y durante el verano es frecuente agregar sal al hielo para que se funda. De hecho, lo que se funde no es el hielo, sino un compuesto de hielo y sal llamado eutctico. Cuando la sal NaCl (Na+, Cl) entra en contacto con el hielo, los iones se arreglan alrededor de las molculas de agua, que son polares (H2d+, Od) y viene a formar un compuesto (H2O).(NaCl) . Para este rearreglo hacen falta solamente unos pequeos movimientos de tomos, y se hace por lo tanto en fase slida. Cuando se respetan las proporciones exactas (alrededor del 23 % de sal en masa), se tiene un producto que se comporta como producto puro (particularmente, hay una temperatura de fusin constante) y que se califica de eutctica. La temperatura de fusin de esta eutctica es de alrededor de -21 C.Si la proporcin de sal es inferior a esta relacin, se da una mezcla agua-eutctica, que se funde a una temperatura superior (entre -21 C y 0 C). Si la proporcin de sal es superior, se tiene una mezcla sal-eutctica que tambin se funde a una temperatura superior. Se puede trazar un diagrama, llamado diagrama de fase, que representa la temperatura de fusin en funcin de las proporciones agua-sal.diagrama de fase agua-sal a presin atmosphriqueDiagrama de fase agua-sal a presin atmosfrica; la eutctica se forma en una proporcin de agua de 0,2331 en masa (23,31 % de sal y 76,69 % de agua en masa).El arreglo agua + sal ? eutctica no puede darse sino que en los puntos de contacto entre los cristales de hielo y de sal, o sea en la superficie del hielo. Se forma as una capa superficial de eutctica que se funde (si la temperatura es superior a -21 C). Como la sal est en sobresaturacin, se disuelve en la eutctica fundida y puede reaccionar con el hielo que se encuentra sobre la pelcula lquida. El fenmeno se propaga entonces hasta que falta agua o sal para formar una nueva eutctica. As, en teora, sera posible impedir la formacin de hielo hasta los -21 C. En la prctica, es imposible dosificar la cantidad de sal que debe usarse.Descenso crioscpico[editar]El descenso crioscpico es la reduccin del punto de fusin de un disolvente puro por la presencia de solutos. Es directamente proporcional a la molalidad, lo que hace que sea ms importante para solutos inicos, como los que predominan en el agua de mar, que para los no inicos. El fenmeno tiene importantes consecuencias en el caso del agua de mar, porque la respuesta al enfriamiento intenso del agua del ocano, como ocurre en el invierno de las regiones polares, es la separacin de una fase slida flotante de agua pura en forma de hielo. Es as como se forma la banquisa en torno a la Antrtida o al ocano rtico, como un agregado compacto de hielo puro de agua, con salmuera llenando los intersticios, y flotando sobre una masa de agua lquida a menos de 0 C (hasta un lmite de -1,9 C para una salinidad del 3,5 %).El color del hielo[editar]En ciertas ocasiones el hielo se ve de color azul.Bloque de hielo azul en el crculo polar antrtico.La luz blanca del Sol est realmente formada por una mezcla de colores, desde el rojo al violeta, como se comprueba cuando se hace pasar un rayo de luz a travs de un prisma de vidrio, o en el arco iris. Las ondas de luz ms azuladas tienen ms energa que las amarillas o las rojas. La nieve es blanca porque toda la luz que le llega es reflejada en una capa muy delgada que se encuentra en su superficie. Las pequeas burbujas de aire que estn atrapadas en el hielo refleja la luz, mltiples veces y todos los colores, desde el rojo al violeta, escapan, de modo que la luz que recibimos es luz blanca. El hielo aparece azul cuando tiene una consistencia muy alta y las burbujas de aire no impiden el paso de la luz a travs de l. Sin el efecto dispersivo de las burbujas, la luz puede penetrar en el hielo siendo absorbida paulatinamente en su camino hacia las partes ms profundas. Los fotones rojos, que tienen menor energa que los azules, penetran menos distancia y son absorbidos antes. En promedio, la absorcin de luz roja en el hielo es seis veces ms eficiente que la absorcin de luz azul; por tanto, cuanta ms distancia viaje un haz de luz blanca pierde en su camino ms y ms fotones rojos, amarillos, verdes y son los azules los que sobreviven. Esta es la razn del color azul del hielo puro, y de un glaciar o de un iceberg.Dicho de otra manera, el hielo ms compacto, como el hielo glaciar, se comporta de una forma especial al recibir la luz. Al incidir un rayo de luz, solo el componente azul de la radiacin solar tiene la suficiente energa para penetrar en el interior de la masa de hielo. Por ello, al absorber los otros colores, el hielo glaciar aparece de color azul.Otras acepciones[editar]Por extensin se usa el nombre hielo para otro tipo de compuestos qumicos. As, por ejemplo, se habla de hielo seco para referirse al estado slido del anhdrido carbnico (dixido de carbono o CO2).Accin erosiva[editar]La expansin del agua al solidificarse tiene efectos geolgicos importantes. El agua que se introduce en las grietas diminutas de las rocas de la superficie terrestre crea una enorme cantidad de presin al solidificarse, y parte o rompe las rocas. Esta accin del hielo desempea un papel importante en la erosin. Adems, los glaciares, mediante friccin, pulen el terreno por donde circulan.Formaciones de hielo sin agua[editar]Hielo en el estacionamiento de la York University, a 13 grados celsius positivos.Las fases slidas de algunas otras sustancias tambin reciben el nombre de hielo, sobre todo en el contexto astrofsico: el hielo seco es un trmino comnmente utilizado para el dixido de carbono slido.Un monopolo magntico de hielo tambin se puede llevar a cabo al aislar los materiales magnticos en los cuales los momentos magnticos imitan la posicin de los protones en el agua de hielo y se rigen por limitaciones energticas similares a las reglas de Bernal-Fowler, derivados de la frustracin geomtrica en la configuracin de un protn en el hielo de agua. A estos materiales se les denomina hielos de espn.Vase tambin[editar]AguanieveBanquisaCarmbanoCometaDifluencia glaciarDixido de carbonoEscalada en hieloEscarchaExclusin de salmueraGlaciarGlaciar de circoGlaciar de valleGlaciologaGranizoHidrato de gasHielo azulHielo VIIIcebergNievePerdigones de hieloPermafrostPrismas de hieloRimayaSeracValle glaciarReferencias[editar]Volver arriba ? Erland M. Schulson, Creep and Fracture of Ice, Cambridge University Press, 2009. ISBN 978-0-521-80620-6Volver arriba ? Hielo mineral en