En esta ocasión voy a plantear una pregunta sobre un tema curioso. El agua dulce, al congelarse, evidentemente produce hielo dulce. Es el caso del hielo formado tanto por el agua de lluvia, el granizo o la compactación de la nieve en las montañas y los glaciares, como por el que se forma en la superficie de los ríos y los lagos en invierno; y, a nivel doméstico, en el congelador de nuestro frigorífico. En realidad el agua natural nunca es pura, es decir, destilada, pero la cantidad de sales y otras sustancias que lleva en disolución es mínima y a efectos prácticos irrelevante.

Pero, ¿qué ocurre con el agua del mar cuando se congela? ¿Se forma hielo salado? Aquí es preciso puntualizar varias cuestiones.

En primer lugar, que parte del hielo que se encuentra flotando en el mar procede de fuentes de agua dulce. Es el caso de los icebergs, cuyo origen son los glaciares existentes en tierra firme y cuyo hielo se rompe en pedazos al llegar al mar. Puesto que este hielo procede de la nieve, evidentemente es dulce. Y lo mismo ocurre con la nieve que cae sobre la superficie helada del mar, acumulándose sobre ésta, también es dulce por razones obvias.

Pero el mar, o mejor dicho su superficie porque debajo del casquete helado de las regiones polares siempre existe agua líquida, también se puede congelar directamente, formándose hielo a partir del agua salada. Y es aquí donde empieza a complicarse la cosa.

Empecemos por el principio. Aunque en el colegio estudiamos que el agua se congelaba a 0 grados centígrados, esto sólo ocurre con el agua pura, es decir, sin substancias disueltas. En realidad la temperatura del punto de congelación depende también de la presión atmosférica, pero a diferencia del punto de ebullición su dependencia es muy pequeña dentro de los márgenes normales de la presión atmosférica, por lo cual a efectos prácticos resulta irrelevante.

Lo que sí es relevante es el hecho de que las sustancias disueltas en agua, sales u otros compuestos químicos, reducen el punto de congelación de ésta por debajo de los 0 grados, lo que se denomina en física descenso crioscópico. Es por ello por lo que se añade anticongelante al circuito de refrigeración del motor del coche para evitar la congelación del agua que contiene en su interior, aditivos a los helados para que no se derritan antes de tiempo, o se vierte sal en las calles para prevenir la formación de capas de hielo. Otra utilidad de este fenómeno son las llamadas mezclas frigoríficas, unas disoluciones de sales, ácidos u otros compuestos en agua que permiten rebajar la temperatura por debajo del punto de congelación del agua pura manteniéndose en estado líquido.

La conclusión, a efectos de este artículo, es que el agua salada se congela a una temperatura inferior a la del agua pura y tanto más cuanto más concentrada esté, por lo cual el agua marina, con una salinidad media de unos 35 gramos de cloruro sódico -la sal común- por litro, tiene un punto de congelación alrededor de 2 grados centígrados bajo cero. Otra diferencia entre el agua marina y el agua dulce es la densidad, 1,025 gramos por centímetro cúbico la marina frente a 1 gramo por cm³ la dulce.

Una vez puntualizadas estas dos características del agua marina, podemos considerar lo que ocurre cuando la temperatura de la superficie del mar alcanza valores suficientemente bajos para provocar su congelación, tanto si se trata de mares libres de hielo en verano que se hielan en invierno como ocurre con parte del Báltico o con áreas de los océanos Glacial Ártico y Glacial Antártico, como de aquéllos más cercanos a los respectivos polos con hielos permanentes durante todo el año.

Por sencillez, tomaremos como ejemplo un mar libre de hielos que al llegar el invierno comienza a congelarse en su capa superficial, ya que al tener el hielo una densidad inferior a la del agua flota por encima de ella formando las banquisas, como se conoce al conjunto de placas de hielo flotante en ambos mares polares. Bajo esta capa de hielo más o menos gruesa siempre existe agua líquida, tal como demostró en 1958 el submarino atómico norteamericano Nautilus en su histórica travesía bajo el Polo Norte.

¿Qué ocurre cuando el agua de la superficie marina comienza a congelarse? Pues que expulsa la sal que llevaba disuelta, ya que las moléculas de agua se agrupan formando la estructura cristalina del hielo conforme a un patrón geométrico tridimensional, en la cual los iones sodio y cloruro de la sal común que hasta entonces habían estado disueltos ya no tienen cabida. ¿A dónde van a parar estos iones? Evidentemente a las capas inferiores de agua que todavía no se ha congelado, incrementando así su salinidad y su resistencia a congelarse. Por esta razón el hielo formado a partir de la congelación directa del agua del mar es dulce al igual que lo son el que cae del cielo en forma de nieve o el que proviene de las superficies continentales en forma de icebergs.

Es necesario advertir que, por muy gruesa que sea la capa de hielo -su espesor no suele exceder de unos cuantos metros-, siempre tendrá por debajo agua líquida en cantidad suficiente para recoger la sal expulsada, salvo en las márgenes costeras donde ésta se retirará a las zonas más profundas. Por consiguiente, en la naturaleza no se suele dar el caso de una congelación completa del agua salada sin posibilidad de expulsar la sal. Me refiero a la Tierra, claro está, puesto que todavía se sabe muy poco de la composición química de los hielos que constituyen las superficies de varios satélites de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, del sistema Plutón-Caronte y, presumiblemente, de la mayor parte de los cuerpos transneptunianos que orbitan en las regiones exteriores del Sistema Solar.

Lo que sí podemos hacer es provocar la congelación total de una porción de agua salada en el laboratorio. ¿Qué sucedería entonces? En un principio lo mismo que en la naturaleza: parte del agua se congelaría expulsando la sal y descendiendo el punto de congelación del agua restante al incrementarse su salinidad, tal como he explicado. Pero si continuáramos enfriando se acabaría alcanzando un punto de equilibrio, denominado punto eutéctico, a partir del cual se interrumpiría el proceso, congelándose en su totalidad la disolución salina restante y dando como resultado una mezcla de hielo y de sal en estado sólido.

A modo de curiosidad, cabe señalar que en condiciones adecuadas y muy diferentes a las ambientales, el agua sí puede retener otras moléculas dentro de los huecos existentes en su estructura cristalina. Estos compuestos se denominan clatratos, y se forman con gases de bajo peso molecular como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el CO₂, el metano o el sulfuro de hidrógeno, pero no con sales como el cloruro sódico. Se trata de compuestos inestables que pueden colapsar liberando las moléculas retenidas y formándose hielo convencional, por lo cual su interés es fundamentalmente académico con pocas aplicaciones prácticas.