¿Se dilata el agua al congelarse más que cualquier otra sustancia conocida?

Question

Varias sustancias se dilatan al congelarse. El galio se expande 3.1% y bismuto 3.3% . Sin embargo, ambos son mucho menores que el agua, que se expande 9% . ¿Existe alguna sustancia que se expanda más de un 9% al congelarse?

Podemos generalizar esta pregunta a cualquier sistema en equilibrio termodinámico y presión constante. La densidad normalmente disminuye con la temperatura, pero a veces aumenta. Por ejemplo, al calentar plutonio aumenta su densidad en tres lugares: una transición de fase sólido-sólido, una expansión térmica negativa y la fusión. Estos efectos se combinan para hacer que la densidad aumente aproximadamente un 5% entre ~320C y 640C, lo que sigue siendo menos que enfriar agua a 4C hasta hielo a -0,01C.

Si permitimos sustancias que se disuelven/precipitan y reacciones químicas reversibles, ¿podemos vencer al agua? No permitimos el superenfriamiento ni la supersaturación, ya que eso no es equilibrio termodinámico.

Answer 1

El silicio lo supera.

El silicio presenta el conocido semiconductor de tipo diamante sólo cuando es sólido, y al igual que la estructura de enlace de hidrógeno del hielo de agua, el enlace direccional añade volumen a la fase sólida. El silicio fundido se hunde hasta alcanzar una estructura más típica de un metal líquido, incluida su conductividad eléctrica.

Wikipedia informa de la densidad del silicio sólido a temperatura ambiente y del líquido en el punto de fusión:

Sólido a temperatura ambiente: 2329 kg/m³

Líquido en el punto de fusión: 2570 kg/m³

Así, el sólido a temperatura ambiente tiene un 10,3% más de volumen que el líquido en el punto de fusión... con la contracción térmica desde el punto de fusión hasta la temperatura ambiente incluida.