Si tengo un cubo de hielo, digamos, por ejemplo (15$\times$15$\times$15 cm), se colocó dentro de un recipiente con dimensiones internas (15$\times$15$\times$15 cm), y el recipiente es lo suficientemente resistente como para no permitir la compresión, ¿se derretirá el cubo cuando se coloque a temperatura ambiente? ¿O simplemente se derretirá parcialmente? ¿Qué sucederá exactamente?
Claro que puede derretirse. El hielo es menos denso que el agua líquida. La diferencia de volumen (el agua derretida no llenará completamente el cubo) se llena con vapor de agua.
En caso de que te preguntes por qué se crea vapor de agua:
Puede que hayas visto el experimento donde el agua empieza a hervir si la pones en un vacío. Si no hay una bomba de vacío para eliminar el vapor, la ebullición se detendrá una vez que el vapor haya aumentado suficientemente la presión. (La presión de equilibrio se llama presión de vapor, y depende de la temperatura.)
Lo mismo sucede en tu ejemplo: si el hielo que se derrite creara un vacío, el agua herviría hasta que el vapor lo haya llenado.
Imagina lo contrario: un cubo lleno de agua a temperaturas de congelación. Si la estructura es lo suficientemente rígida, el agua no se congelará, ya que el punto de fusión a alta presión es demasiado bajo. La presión aumenta precisamente debido al cambio de volumen durante la fusión.
Creo que en este caso el agua se congelará, pero creará un tipo diferente de hielo (con una estructura cristalina diferente) ej. Hielo ii, Hielo iii, Hielo iv, todo depende si el contenedor puede soportar la presión.
Todos los cuerpos llegan al equilibrio termodinámico, y lo hará también el cubo con el hielo dentro, mediante la radiación de cuerpo negro del entorno y la convección en la caja, por lo que el hielo se derretirá si la temperatura del entorno es superior a 4 °C. Una respuesta relevante está aquí
la altura del agua ha aumentado debido al hielo derretido es exactamente la misma que el aumento de altura debido a la flotabilidad antes de que el hielo se derritiera.
Si la temperatura exterior está por debajo de 0°C, el hielo no se derretirá sino que se enfriará aún más, y el equilibrio será a una temperatura más baja
Cuando el agua transiciona de líquido a sólido (se congela), su densidad disminuye aproximadamente un 9%, lo cual es inusual entre los compuestos químicos. Esta es la razón por la que el hielo flota en el agua líquida. Cuando el agua está en estado de hielo, su densidad empieza a aumentar ligeramente a medida que la temperatura desciende aún más por debajo de cero, aunque nunca llega a ser tan densa como el agua líquida.
Así que no habrá problema. Si llenaras la caja con agua y la congelaras, habría una gran presión sobre la caja contenedora debido al 9% de disminución de densidad a medida que los cristales de hielo se forman. La razón de las tuberías rotas en una congelación.
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¿Cuál es el material del recipiente? ¿Cuál es la masa del recipiente? ¿Cuál es la temperatura inicial del recipiente y del cubo de hielo? Si quieres saber exactamente, debes ser preciso y completo en tu configuración.
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¿Acaso estabas haciendo esta pregunta, olvidando que el agua se contrae cuando se derrite, a diferencia de la mayoría de las otras sustancias que se expanden? Al leer esto, espero ver una pregunta idéntica, pero específicamente preguntando sobre una sustancia que se expande, lo que me hace preguntar qué sucederá, ya que no hay espacio para que se expanda.