Cuando enfrías el agua por debajo de cero grados Celsius (32 grados Fahrenheit), debería congelarse, ¿verdad?

Bueno, eso no pasa siempre.

La mayoría de las veces, cuando la temperatura del agua cae por debajo de su punto de congelación, transita de un estado líquido a un estado sólido, que es lo que tú conoces como hielo. Sin embargo, bajo las condiciones adecuadas, el agua pura puede permanecer en su estado líquido incluso cuando se enfría por debajo de su punto de congelación. Cuando el agua permanece en su estado líquido por debajo de su punto de congelación, se le conoce como agua superenfriada.

¿Cómo puedes superenfriar agua, y qué hace que al final se congele como sólido? Para saberlo, vamos a hacer paletas de fruta superenfriadas, de la siguiente manera:

• Congela fruta en un palito en el congelador durante al menos dos horas.
• Llena un pequeño frasco de vidrio con un tercio de agua destilada.
• Coloca el frasco en el centro de un tazón grande y pon hielo a su alrededor, asegurándote de que el hielo sobrepase la altura del agua en los lados del frasco.
• Espolvorea un poco de sal sobre el hielo, teniendo cuidado de que la sal no alcance el agua en el frasco.
• Coloca un termómetro de cocina en el frasco. Deja el frasco en el recipiente lleno de hielo hasta que el termómetro lea 30° F o menos.
• Cuando el agua esté por debajo de 30° F, retira cuidadosamente el termómetro del frasco. Si a esta temperatura el agua sigue líquida, ¡felicitaciones! ¡Has creado agua superenfriada! De no ser así, bota el hielo que se haya formado en el frasco y vuelve a intentarlo.
• Saca un palito con fruta congelada del congelador y colócala cuidadosamente en el agua superenfriada del frasco. Verás formarse cristales de hielo alrededor de la paleta de fruta. En cuanto se hayan formado los cristales de hielo, saca el palillo con la fruta y ¡verás (y podrás comer) tu obra maestra de agua congelada!

• ¿Se ve diferente el agua superenfriada a la que está a temperatura ambiente? Si el termómetro no hubiera estado en el agua a medida que se enfriaba, ¿habrías podido saber por su aspecto que estaba superenfriada?
• ¿Qué sucedió cuando pusiste la fruta congelada en el agua superenfriada? Sé lo más específico posible.
• ¿Cómo cambió el agua? ¿Se formaron cristales de hielo? En caso afirmativo, ¿dónde comenzaron a formarse? ¿Cómo crecieron?
• ¿Se convirtió toda el agua del frasco en cristales de hielo, o quedó algo de agua? Trata de poner más fruta congelada en lo que haya quedado del agua en el frasco. ¿Esa fruta también se congeló al instante? ¿Por qué o por qué no? Utiliza un termómetro de cocina para comprobar tu pronóstico.
• Examina los cristales de hielo que se formaron en la paleta de fruta. ¿Qué apariencia tienen? ¿Son lisos y vidriosos, o forman picos? ¿El hielo que se formó es grueso o delgado?

Con el fin de tener una idea de lo que acaba de pasar en tu frasco de vidrio, tienes que imaginarte el agua a nivel molecular. Cada molécula de agua consta de un par de átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. En un estado líquido cálido, las moléculas de agua rebotan y chocan entre sí de forma constante y aleatoria, impulsadas por la energía en forma de calor.

Pero cuando el agua se congela como sólido, las moléculas de agua realmente no se mueven. Por el contrario, se encuentran dispuestas en una rejilla rígida, altamente organizada, tridimensional llamada cristal, donde vibran en su lugar. Si alguna vez has observado la escarcha en una ventana, un cubo de hielo, o un copo de nieve, habrás observado los resultados de este proceso de organización molecular, llamado cristalización.

Entonces, ¿cómo conseguir que las moléculas de agua en estado líquido se dispongan en cristales? Primero tienes que reducir su flujo y, para hacerlo, tienes que bajar la temperatura, como lo hiciste cuando enfriaste el agua en un baño de hielo. En segundo lugar, tienes que proporcionarles a las moléculas de agua enfriada algo alrededor de lo cual se pueden cristalizar, esto es, una “semilla“.

En tu experimento, la semilla que proporcionaste fue en forma de pequeños cristales de hielo en el exterior de tu paleta de fruta congelada. Esos diminutos cristales actuaron como un patrón, o plantilla, para la formación de cristal de agua, proporcionando una guía para ayudar a las moléculas de agua a disponerse en una red cristalina. La formación inicial de cristales alrededor de un cristal semilla se llama nucleación, y es un primer paso esencial en el proceso de cristalización.

Muchas sustancias pueden dar origen a la cristalización en agua superenfriada, incluso impurezas como el polvo, otros minerales y pequeñas burbujas de aire. ¡Por eso es mejor utilizar agua purificada, como el agua destilada o filtrada, para superenfriarla!

• Haz preguntas: ¿qué otras cosas podrías usar como cristal semillapara la cristalización del agua?
• Cambia el experimento: repite este experimento, pero en lugar de colocar la paleta de fruta en el frasco de agua superenfriada, sostén tu paleta de fruta congelada sobre el fregadero y vierte el agua superenfriada sobre la parte superior de la misma. ¿Cómo se diferencia el hielo formado con esté método del que se formó cuando sumergiste la fruta en el agua superenfriada?
• Haz un pronóstico: ¿qué otras sustancias, además de la fruta congelada, causarían la formación de cristales en el agua superenfriada? ¿Puedes hacer que se formen cristales de hielo en paleta de fruta no congelada? ¿Y en un jellybean o un cubo de hielo común y corriente? Repite el experimento utilizando diferentes sustancias para cristalizar la semilla, agregando el hielo en tu recipiente según sea necesario para mantener frío tu experimento.
• Documenta tus resultados: anota todas las distintas versiones de este experimento que intentes, toma fotografías del hielo que crees, y describe las diferencias en los cristales de hielo entre experimentos.