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Caracteristicas y propiedades del agua nivel molecular
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Caracteristicas y propiedades del agua nivel molecular

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  • 1. CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DEL AGUA NIVEL MOLECULAR.AguaEl agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y unode oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidasde vida. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido,pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y enforma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de lacortezaterrestre.2 Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% delagua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos(acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera,embalses, ríos y seres vivos.El agua en la naturaleza se encuentra en sus tres estados: líquido fundamentalmente enlos océanos, sólido (hielo en los glaciares y casquetes polares así como nieveen laszonas frías) y vapor (invisible) en el aire.El ciclo hidrológico: el agua circula constantemente por el planeta en un ciclo continuo deevaporación, transpiración, precipitaciones, y desplazamiento hacia el mar.El agua es un elemento esencial para mantener nuestras vidas. El acceso al agua potablereduce la expansión de numerosas enfermedades infecciosas. Necesidades vitaleshumanas como el abastecimiento de alimentos dependen de ella. Los recursosenergéticos y las actividades industriales que necesitamos también dependen del agua.PROPIEDADES:1. FÍSICAS El agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un cierto color azul cuando se concentraen grandes masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión delagua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC, cristaliza en el sistemahexagonal, llamándose nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta,se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la densidad del hielosea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida. El agua alcanza sudensidad máxima a una temperatura de 4ºC,que es de 1g/cc.
  • 2. Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido, siendo sucalor específico de 1 cal/g, esto significa que una masa de agua puede absorber odesprender grandes cantidades de calor, sin experimentar apenas cambios detemperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las grandes masas de agua de losocéanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre). Sus caloreslatentes de vaporización y de fusión (540 y 80 cal/g, respectivamente) son tambiénexcepcionalmente elevados.2. QUÍMICAS El agua es el compuesto químico más familiar para nosotros, el más abundante y el demayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vistaquímico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en lanaturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de latierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugarentre sustancias disueltas en agua, esto es en disolución. Normalmente se dice que elagua es el disolvente universal, puesto que todas las sustancias son de alguna manerasolubles en ella.No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales para formar hidratos,reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador enmuchas reacciones químicas. Características de la molécula de agua: La molécula de agua libre y aislada, formada por un átomo de Oxigeno unido a otrosdos átomos de Hidrogeno es triangular. El ángulo de los dos enlaces (H-O-H) es de104,5º y la distancia de enlace O-H es de 0,96 A. Puede considerarse que el enlace en lamolécula es covalente, con una cierta participación del enlace iónico debido a la diferenciade electronegatividad entre los átomos que la forman. La atracción entre las moléculas de agua tiene la fuerza suficiente para producir unagrupamiento de moléculas. La fuerza de atracción entre el hidrógeno de una moléculacon el oxígeno de otra es de tal magnitud que se puede incluir en los denominadosenlaces de PUENTE DE HIDRÓGENO. Estos enlaces son los que dan lugar al aumentode volumen del agua sólida y a las estructuras hexagonales de que se habló más arriba.Propiedades físicas y químicasAcción capilar del agua y el mercurio.
  • 3. El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O; es decir, queuna molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno enlazadoscovalentemente a un átomo de oxígeno.Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta yno un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dichodescubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocerque el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés JosephLouis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander vonHumboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno porcada volumen de oxígeno (H2O).Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son: El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora. El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía. Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficial del agua. La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura. También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar. La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas lasplantas vasculares, como los árboles. Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno. El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del
  • 4. mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g. El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua —como las sales, azúcares, ácidos, álcalis, y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono, mediante carbonación)— son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua — como lípidos y grasas— se denominan sustancias hidrofóbicas. Todos los componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en agua. Puede formar un azeótropo con muchos otros disolventes. El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire. El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio. El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica —sólo por detrás del amoníaco— así como una elevada entalpía de vaporización (40.65 kJ mol- 1 ); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía.Animación de cómo el hielopasa a estado líquido en unvaso. Los 50 minutos transcurridosse concentran en 3 segundos. La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro. Esa temperatura (3,8 °C) representa un punto de inflexión y es cuando alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0° disminuye hasta 0,9999 kg/litro. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/l a 0,917 kg/l.
  • 5.  El agua puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno —o un compuesto conteniendo hidrógeno— se quema o reacciona con oxígeno —o un compuesto de oxígeno—. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores, no sea una fuente de energía eficaz. Los elementos que tienen mayor electropositividad que el hidrógeno —como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio— desplazan el hidrógeno del agua, formandohidróxidos. Dada su naturaleza de gas inflamable, el hidrógeno liberado es peligroso y la reacción del agua combinada con los más electropositivos de estos elementos es una violenta explosión.Actualmente se sigue investigando sobre la naturaleza de este compuesto y suspropiedades, a veces traspasando los límites de la ciencia convencional. En este sentido,el investigador John Emsley, divulgador científico, dijo en cierta ocasión del aguaque "(Es) una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menosentendida".1.- El agua en los seres vivos: estructura y propiedades.Orientaciones:Esta pregunta está incluido en el nivel molecular y hace referencia a una de lasbiomoléculasinorgánicas que componen la materia viva. Los conceptos que hay que recordarson:estructura molecular del agua y las distintas características que son consecuenciade suestructura tales como, elevado calor específico, elevado calor de vaporización,elevadaconstante dieléctrica, bajo grado de inoización...Solución:El agua es un componente esencial de todo ser vivo, siendo el disolvente generalbiológico. Setrata de una biomolécula de naturaleza inorgánica que representa el medio en el queocurren la
  • 6. mayoría de las reacciones celulares del metabolismo, siendo la sustancia más necesariapara lavida. Los organismos vivos son por ello dependientes del agua para su existencia.Existeademás una relación clara y directa entre el contenido de agua y la actividad fisiológicadelorganismo.Posee una importancia cuantitativa ya que viene a representar el 75 % del cuerpo de losseresvivos. Esta proporción varía de unas especies a otras y de unos tejidos a otros.En los seres vivos encontramos el agua de tres modos o maneras:· como agua circulante (en la sangre)· como agua de imbibición (en el citoplasma)· como agua combinada (en reacciones químicas, es una forma no extraíble)La importancia del agua para las células vivas refleja sus propiedades físicas yquímicas,propiedades que radican en su estructura molecular. Las propiedades característicasde laestructura a nivel molecular del agua son:1.- La molécula de agua es polar: aunque la molécula tiene una carga totalneutra, loselectrones se distribuyen asimétricamente, lo cual hace que la molécula sea un dipolo. Enlamolécula el átomo de O comparte dos electrones con los átomos de H. El núcleodel Odesplaza a los electrones de los núcleos del H, dejándolos con una pequeña cargapositiva(polo de menor densidad electrónica), existiendo regiones débilmente negativas(mayordensidad electrónica) cerca del átomo de O en los dos vértices de un tetraedro imaginario.
  • 7. 2.- Puentes de hidrógeno: puesto que las moléculas de agua están polarizadas, dosmoléculasadyacentes sufren una atracción electrostática entre la carga parcial negativa situadasobre elátomo de O de una de las moléculas, y la carga parcial positiva situada sobre el átomo deH dela otra molécula. Pueden entonces formar un enlace conocido cono puente de hidrógeno.DadaEXTREMADURA / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS /OPCIÓNA / Nº 1www.profes.net es un servicio gratuito de Ediciones SMla disposición casi tetraédrica de los electrones alrededor del átomo de oxígeno, cadamoléculade agua se puede unir a otras cuatro moléculas vecinas.3.- Estructura del agua: las moléculas del agua se unen transitoriamente porpuentes dehidrógeno formando una red. Estas agrupaciones duran fracciones de segundo.4.- Los puentes de hidrógeno son los responsables de las propiedades del agua enestadolíquido y sólido: en estado líquido el agua es una agrupación oscilante de moléculasunidasmediante este tipo de enlace y se encuentra en continua reorganización.Las propiedades son:- En general, la densidad del agua aumenta al enfriarse, por reducción delmovimiento molecular, pero a menos de 4 ºC disminuye al formarse un cristalmantenido por puentes de hidrógeno.- El calor de vaporización, es mucho mayor que el de otros compuestos de pesomolecular comparable, lo que se debe a que hay que romper tres puentes dehidrógeno.- Cuando el hielo se funde, los puentes de hidrógeno se rompen, y el calor
  • 8. necesario para ello se extrae del entorno. Al contrario, el agua líquida alsolidificarse libera calor.5.- El agua se disocia: el agua, por sí misma, tiene una ligera tendencia a ionizarse, y porlotanto, puede actuar como ácido débil o como base débil. Cuando actúa como ácido liberaunprotón y forma un ión hidroxilo (OH-). Cuando actua como una base, acepta un protón yforma un ión hidronio (H3O+).Las propiedades físicas y químicas del agua, por lo tanto, son:a.- Elevado calor específico: Al calentar el agua, parte de la energía se utiliza pararomper puentes de hidrógeno y no tanto para aumentar su Tª, lo que supone queincrementos o descensos importantes en la Tª externa, únicamente producenpequeñas variaciones en el medio acuoso. Hace falta 1 Kcal. Para elevar 1 ºC latemperatura de 1 litro. Esta propiedad hace posible que tenga funcióntermorreguladora.b.- Elevado punto de ebullición: Dado que los puentes hidrógeno debenromperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es mucho máselevado que el de otros compuestos líquidos. Esta propiedad implica que es unlíquido en la mayor parte de la superficie terrestre en la mayoría de las estaciones.c.- Alta constante dieléctrica: Su naturaleza dipolar hace que sea un buendisolvente frente a gran cantidad de sustancias como, las sales minerales ycompuestos orgánicos neutros con grupos funcionales hidrófilos.
  • 9. d.- Alta tensión superficial: Es debida a la gran cohesión entre lasmoléculas.EXTREMADURA / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / BIOMOLÉCULAS /OPCIÓNA / Nº 1www.profes.net es un servicio gratuito de Ediciones SMe.- Bajo grado de ionización: sólo una molécula de cada 551.000 de agua seencuentra ionizada:++-H O¾¾¾®H3O + OHHO22Esto explica que la concentración de iones H3O+y de los iones OH-sea muy baja,concretamente de 10-7por l i t ro, ([ ] [ ]7H3O OH 10+--= = ). Dado los bajos niveles de estosiones, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estosnivelesvarían bruscamente. En los líquidos biológicos, sin embargo, y pese a estar constituidospor
  • 10. agua en su mayoría, la adición de ácidos o bases no varía apenas la concentración deionesH3O+y OH-. Esto es debido a que los líquidos biológicos contienen sales minerales ymoléculas orgánicas disueltas que pueden ionizarse en mayor o menor grado actuandocomodisoluciones amortiguadoras. Este efecto se denomina efecto tampón