Termodinamica

1. El agua
(Importancia,
propiedades y usos)
CRISTHIAN Y. HILASACA ZEA

2. Introducción
El agua es un elemento esencial para la vida, este
ocupa un gran porcentaje de la superficie terrestre,
además constituye un 50 a 90% la masa de los
seres vivos, podemos afirmar entonces que el agua
es primordial para el desarrollo de la vida. Pese a
que este recurso es de vital importancia para
nuestra existencia, nos hemos encargado de
contaminarla, lo que ha desencadenado la muerte
de numerosos ecosistemas, como así también la
desaparición de ríos, manantiales, ciénagas. Se
hace necesario tomar posturas y acciones mas
enérgicas que restrinjan las practicas lesivas hacia
este recurso y asegurarnos un desarrollo social y
económico sostenible y más generosos con el
medio ambiente. Este trabajo pretende resaltar la
importancia del agua, al igual que los beneficios
que este le genera al hombre, para concientizar a
los estudiantes de la importancia de cuidarlo,
forjando conciencia ambiental para permitir a las
próximas generaciones gozar de un mejor planeta.

3. EL AGUA
El agua es una sustancia
cuyas moléculas están
compuestas por un átomo
de oxígeno y dos átomos
de hidrógeno, por lo que
su fórmula química es
H2O

4. EL AGUA
 Se trata de un líquido inodoro (sin olor), insípido (sin sabor) e incoloro
(sin color).
 Puede hallarse en estado sólido (cuando se conoce como hielo) o en
estado gaseoso (vapor).
 El agua es el componente que aparece con mayor abundancia en la
superficie terrestre (cubre cerca del 71% de la corteza de la Tierra).
 Forma los océanos, los ríos y las lluvias, además de ser parte
constituyente de todos los organismos vivos.
 La circulación del agua en los ecosistemas se produce a través de un
ciclo que consiste en la evaporación o transpiración, la precipitación y
el desplazamiento hacia el mar.

7. TIPOS DE AGUA
 AGUAS OCEÁNICAS
Las aguas oceánicas están formadas por los océanos y los mares.
Los océanos son grandes masas de agua que rodean a los
continentes
Los mares son entrantes de los océanos en los contornos de los
continentes; son también extensiones oceánicas cerradas por
islas. El mar tiene una amplia comunicación con el océano se
dice que es un mar abierto

8. TIPOS DE AGUA
 AGUAS CONTINENTALES
Las aguas continentales son
aquellas que se localizan en los
continentes y que han perdido su
salinidad mediante evaporación,
pues al pasar al estado gaseoso
de ellas se desprende cualquier
sustancia sólida, purificándose
de manera natural. Por esta
cualidad también se les llama
aguas dulces, además de ser
potables y tener un sabor dulce
para el ser humano quien las
distingue de las aguas oceánicas
a las que denomina por la
misma razón, aguas saladas.

9. TIPOS DE AGUA CONTINENTALES
 RÍOS
Son corrientes que fluyen en
los continentes, de las partes
altas hacia las bajas. Por ello
el relieve es el factor que
más determina todas las
características, desde los
pequeños arroyos que
carecen de nombre, hasta
los ríos más grandes del
planeta

10. TIPOS DE AGUA CONTINENTALES
 LAGOS
Son parte del drenaje continental. El agua en su camino rumbo al
mar, o al fondo interior de una vertiente, puede detenerse ante
diversos obstáculos y forman los cuerpos de agua que adquieren
características vitales como movimientos y función natural.
En los lagos se desarrolla más vida vegetal y animal que en los ríos.
Esto se debe a la tranquilidad de sus aguas.

11. TIPOS DE AGUA CONTINENTALES
 AGUAS SUBTERRÁNEAS
Se originan principalmente a partir de la infiltración de agua
proveniente de lluvias, ríos, lagos, glaciares y, a niveles profundos,
de océanos. Las aguas subterráneas pueden generarse también por
actividad volcánica

12. TIPOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
 AGUAS DE SATURACIÓN COLGADAS
Las aguas de saturación colgadas son menores que el principal
cuerpo saturado. Se localizan a menor profundidad, delimitadas por
una capa rocosa impermeable es su parte inferior.

13. TIPOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
 CUERPOS ACUÍFEROS
Son los que se movilizan y pueden
ser explotados por que escurren
hasta manantiales o se bombean
desde la superficie.

14. TIPOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
 CUERPOS ACUÍCIERRES
Son cuerpos de agua inaccesible,
que no escurren al exterior ni
pueden ser absorbidos por
bombeo.

15. TIPOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
 CUERPOS ACÍFUGOS
Estos, no retienen agua, sino
sólo la dejan pasar. El agua
subterránea vuelve al exterior
cuando ha alimentado los
cauces de ríos o lechos de lagos,
para mantenerlos llenos. Ello
ocurre cuando es absorbida por
la atmósfera o transpirada por
las plantas; a través de pozos o
túneles artificiales

16. TIPOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
 GLACIARES
Son masas de hielo en
movimiento que cubren tierras
emergidas. Tienen su origen en
la línea de las nieves.

18. CICLO DEL
AGUA
El agua que tomamos ahora es la
misma que se ha estado usando
durante millones de años. Se ha
conservado casi sin cambio tanto
en cantidad como en tipo desde
que se formó la Tierra. El agua se
mantiene en tres estados: como
líquido, gas (vapor) o sólido (hielo),
se recicla constantemente, es decir,
se limpia y se renueva trabajando
en equipo con el sol, la tierra y el
aire, para mantener el equilibrio en
la Naturaleza. La interminable
circulación del agua en la tierra se
llama el ciclo hidrológico.
El sol calienta el agua superficial de la Tierra, produciendo la evaporación que
la convierte en gas. Este vapor de agua se eleva hacia la atmósfera donde se
enfría, produciéndose la condensación. Así se forman pequeñas gotas, que se
juntan y crecen hasta que se vuelven demasiado pesadas y regresan a la tierra
como precipitación en forma de lluvia.
Tanto las aguas superficiales
como las aguas subterráneas
finalmente van a dar al océano
o lagos, donde comienza el ciclo
nuevamente.
A medida que cae la lluvia, parte de ella se evapora directamente hacia
la atmósfera o es interceptada por los seres vivientes. La que sobra se
introduce a la tierra a través de un proceso que se llama infiltración,
formando las napas subterráneas. Si la precipitación continúa cayendo a
la tierra hasta que ésta se satura, el agua excedente entonces pasa a
formar parte de las aguas superficiales.

20. PROPIEDADES DEL AGUA
• Capilaridad y Tensión Superficial
• Densidad
• Solubilidad
• Capacidad Calórica, o calor específico
• Temperatura de Ebullición

21. Tension Superficial

22. ¿Qué es?
Condición existente en la superficie libre de los líquidos
que permite que dicha superficie se comporte como una
especie de MEMBRANA elástica, capaz de sostener
diversos cuerpos sólidos aún cuando su densidad sea
mayor a la del líquido en cuestión.
AGUJA DE ACERO FLOTANDO
EN LA SUPERFICIE DEL AGUA
“ZAPATERO DE AGUA”
FLOTANDO EN LA SUPERFICIE
DEL AGUA

23. ¿Qué courre?
La fuerza que controla la forma del líquido se llama la tensión superficial. Cuanto más
fuertes son los enlaces entre las moléculas en el líquido, más grande es la tensión
superficial. La tensión superficial es la energía requerida para aumentar el área
superficial de un líquido en una unidad de área.

24. Líquido en
contacto con aire
Temperatura
(°C)
Coeficiente de
tensión superficial
(dinas/cm)
Agua 0 75,6
Agua 20 72,8
Agua 60 66,2
Agua 100 58,9
Aceite de oliva 20 32,0
Alcohol etílico 20 22,3
Benceno 20 28,9
Disolución de jabón 20 25,0
Glicerina 20 63,1
Mercurio 20 465,0
CCl4 20 26,8
Helio -269 0,1
Neón -247 5,2
Oxígeno -193 15,7
VALORES EXPERIMENTALES DEL COEFICIENTE DE
TENSIÓN SUPERFICIAL

25.  Se debe al desequilibrio de las fuerzas intermoleculares en la superficie
del líquido.
 Las moléculas en el interior son atraídas por igual en todas direcciones,
mientras que las de la superficie experimentan una fuerza hacia el
interior.
 Reduce el área superficial y junta las moléculas de la superficie.
¿CUÁLES SON LAS CAUSAS DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL?

26. FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA TENSIÓN SUPERFICIAL
Tipo de enlace e interacciones moleculares
Fuerzas de cohesión: Atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas
de una sustancia.
La influencia del medio exterior se debe a que las moléculas del medio
ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del
líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.
Medio:
Temperatura: La tensión superficial disminuye con la temperatura, esto debido a
que las fuerzas de cohesión disminuyen al momento de aumentar la
agitación térmica.

27. MEDICIÓN
 Su unidad es dinas/cm, la fuerza que se requiere (en dinas) para
romper una película de 1 cm. de longitud.
 Se coloca un anillo de platino sobre la superficie del agua. Se mide la
fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua
con una balanza de alta precisión.

28. GOTAS DE AGUA
 Las gotas de agua adoptan una forma casi esférica por ser la esfera la
forma que para un volumen dado tiene la menor superficie posible.

29. TENSIÓN SUÉRFICIAL EN LA VIDA COTIDIANA

31. Capilaridad

32. CAPILARIDAD

33. ASCENSO DE LÍQUIDOS, EN
FORMA ESPONTÁNEA, POR
TUBOS CAPILARES
EXCEPCIÓN A LA LEY
HIDROSTÁTICA DE LA PRESIÓN
EN LÍQUIDOS EN REPOSO.
CAPILARIDAD

34. PROPIEDAD DE LOS LÍQUIDOS
QUE DEPENDE DE SU TENSIÓN
SUPERFICIAL, LA QUE A SU VEZ,
DEPENDE DE LA FUERZA DE
COHESIÓN DEL LÍQUIDO Y DE LAS
FUERZAS DE ADHESIÓN ENTRE
LAS MOLÉCULAS DEL LÍQUIDO Y
LAS DE LAS PAREDES DEL TUBO.
FUERZA DE COHESIÓN: FUERZA
DE ATRACCIÓN ENTRE LAS
MOLÉCULAS DE UNA MISMA
SUSTANCIA
FUERZA DE ADHESIÓN: FUERZA
DE ATRACCIÓN ENTRE LAS
MOLÉCULAS DE DIFERENTES
SUSTANCIAS, EN CONTACTO.
Ej. Moléculas de agua con
moléculas de vidrio del recipiente
que la contiene
CAPILARIDAD

35. MENOR DIÁMETRO DEL TUBO CAPILAR
MAYOR EFECTO
DE LA CAPILARIDAD
CAPILARIDAD

36. LA SECUENCIA MUESTRA UN TUBO CAPILAR INTRODUCIÉNDOSE EN UN
RECIPIENTE CON AGUA:
 En b): el agua inicialmente se adhiere al vidrio por ambas superficies.
 En c): la Tensión superficial hace que la película adherida al vidrio se contraiga,
redondeando sus contornos.
 En d): la película de la superficie interior se contrae más, elevando el líquido
hasta que su peso se equilibra con la fuerza de adhesión al vidrio: Agua que sube
por un tubo más delgado tiene peso por lo que alcanza mayor altura.
CAPILARIDAD

37. La columna de agua en un tubo
capilar se eleva hasta que la
componente vertical de la tensión
superficial se equilibra con el peso
de la columna.
CAPILARIDAD

38. CAPILARIDAD
LEY DE JURIN
La LEY DE JURÍN (1718) establece la altura máxima h que puede alcanzar la
columna de líquido al equilibrar su propio peso con la fuerza de ascensión por
Capilaridad
La altura h, expresada en metros, de una columna líquida está dada por la
ecuación:
Donde:
: Tensión Superficial
: Ángulo de contacto
g: Aceleración de Gravedad
r: Radio del tubo capilar

39. ¿CONDICIONES?
SI: RESULTA:
F. ADH > F.COH : LÍQUIDO MOJA EL
VIDRIO Y ASCIENDE EN EL PUNTO DE
CONTACTO
F. ADH < F.COH : LÍQUIDO NO MOJA EL
VIDRIO Y DESCIENDE EN EL PUNTO DE
CONTACTO
Fuerzas de Atracción vs Fuerzas de Cohesión

40. MENISCO CÓNCAVO / MENISCO CONVEXO
MENISCO: NOMBRE QUE RECIBE LA CURVA DE LA SUPERFICIE LIBRE
DE UN LÍQUIDO AL INTERIOR DE UN TUBO ESTRECHO.
A:MENISCO CÓNCAVO
Se origina cuando las
Fuerzas de Adhesión
entre las moléculas del
líquido y las paredes del
tubo son MAYORES
que las Fuerzas de
Cohesión del líquido
B:MENISCO CONVEXO
Se origina cuando las
Fuerzas de Cohesión
entre las moléculas del
líquido son MAYORES
que las Fuerzas de
Adhesión entre las del
líquido y las paredes del
tubo

41. AGUA Y MERCURIO
Las Fuerzas Adhesivas (Agua – Vidrio)
son mayores que las Fuerzas Cohesivas
entre las moléculas de Agua.
Las Fuerzas Adhesivas (Agua – Vidrio)
son menores que las Fuerzas Cohesivas
entre las moléculas de Mercurio.

42. ÁNGULO DE CONTACTO
ANGULO DE CONTACTO ():
 Permite cuantificar la capacidad de adhesión de una gota con una superficie
sólida versus la capacidad de cohesión de las moléculas del líquido.
 Está formado por la tangente a la superficie del menisco (interfase líquido-gas) en
el punto de contacto con la pared.
Ángulo de contacto de tres líquidos diferentes
sobre la superficie de un sólido.

43. ÁNGULO DE CONTACTO
 90º: LA GOTA SE ESPARCE Y
MOJA AL SÓLIDO
90º≤  180º
LA GOTA NO SE ESPARCE Y NO MOJA AL SÓLIDO

44. ÁNGULO DE CONTACTO (Interior del capilar)
Ángulo de Contacto
  90º: El Líquido
moja la superficie.
Ej.: AGUA
Ángulo de Contacto
  90º: El Líquido no
moja la superficie.
Ej.: MERCURIO
ANGULO DE CONTACTO (): Es el ángulo formado
por la tangente a la superficie del menisco
(interfase líquido-gas) en el punto de
contacto con la pared.

45. CAPILARIDAD

46. CAPILARIDAD
• El peso de la columna líquida es proporcional al cuadrado del diámetro del tubo, por lo
que un tubo angosto succionará el líquido en una longitud mayor que un tubo ancho.
• Cuanto más pequeño es el diámetro del tubo capilar mayor será la presión capilar y la
altura alcanzada:
- Diámetro del tubo de vidrio: 0,1 mm, la columna se eleva 30 cm.
Dos placas de vidrio que están separadas por una película de agua de 1 (µm) de
espesor, se mantienen unidas por una presión de succión de 1,5 (atm). Por ello se
rompen los portaobjetos humedecidos al intentar separarlos.

47. Los vegetales poseen un sistema vascular de capilares micrométricos que
es el encargado del transporte de agua y nutrientes de la raíz hasta las
hojas.
Los capilares están interconectados, lateral y axialmente, por orificios que
poseen en su interior una membrana conformada por una red de micro
fibras elásticas que actúan como una válvula capilar.

48. • El sistema circulatorio de nuestros cuerpos contiene unos diez mil millones de
capilares que se entrelazan por todos los tejidos del cuerpo, suministrando sangre
a todas las células.
• Son los vasos sanguíneos más pequeños, de tamaño microscópico, y contienen
menos del cinco por ciento del volumen total de la sangre que circula.

49. Capilaridad en mecheros. Capilaridad en muros.
Capilaridad en esponjas. Capilaridad en tiras de
papel
CAPILARIDAD EN
OBJETOS

51. EJERCICIOS

52. Ejemplo 1: El etanol a 20°C se eleva a una altura de 5,76 cm en un tubo capilar cuyo
radio es de 0,010 cm. Calcular la tensión superficial a esa misma temperatura,
sabiendo que la densidad del etanol es 0,789 g/cm3 a 20°C.
Solución:
 = 0,789g/cm3
h = 5,76 cm
g = 9,8 m/s2
r = 0,010 cm
T = 20 °C
Datos:
El ejercicio nos pide el cálculo de la tension superficial, y
debemos tener en cuenta que se refiere a la atracción de
las moleculas que hay en una disolución.
Reemplazando valores:
𝛾 =
5,76 𝑐𝑚 0.789
𝑔
𝑐𝑚3 9,8
𝑚
𝑠2 ×
100 𝑐𝑚
1 𝑚
0,01 𝑐𝑚
2
𝛾 = 22,3 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠/𝑐𝑚
Como el líquido sube por
el tubo capilar, entonces
utilizaremos el método
de “ascenso capilar”
𝛾 =
ℎ. 𝜌. 𝑔. 𝑟
2
1 𝑑𝑖𝑛𝑎 =
𝑔. 𝑐𝑚
𝑠2

53. Ejemplo 2: Determine la presión en las pequeñas gotas de 10 m de diámetro
formadas por máquinas rociadoras. Suponga que las propiedades son las mismas del
agua a 15°C (S= 0,074 N/m). Calcule la presión en burbujas del mismo tamaño. :
Solución:
BURBUJA:
d = 10 m
T = 15°C
Datos: 𝑆 =
𝐹
𝐿
Como el ejercicio nos pide calcular la
presión en una gota, por lo tanto
realizaremos el DLC de una gota: 𝐹 = 𝑆. 𝐿
෍ 𝐹 = 0
𝜋𝑟2
𝑃 = 2𝜋𝑟𝜎𝑆
𝑃 =
2𝜎𝑆
𝑟
𝑃 =
2 0,074
𝑁
𝑚
5𝜇𝑚 ×
10−6𝑚
1𝜇𝑚
𝑃 = 29 600𝑃𝑎
𝑃 = 29,6 𝑘𝑃𝑎
GOTA:
෍ 𝐹 = 0
𝜋𝑟2
𝑃 = 2(2𝜋𝑟𝜎𝑆)
𝑃 =
4𝜎𝑆
𝑟
𝑃 =
4 0,074
𝑁
𝑚
5𝜇𝑚 ×
10−6𝑚
1𝜇𝑚
𝑃 = 59 200𝑃𝑎 𝑃 = 59,2 𝑘𝑃𝑎

54. Ejemplo 3: Se introduce un tubo de diámetro de 1,9 mm en un líquido de
composición desconocida, cuya densidad es de 960 kg/m3 y se observa que el líquido
asciende a 5 mm en el tubo y forma un ángulo de 15°. Determinar la tensión
superificial del líquido.
Solución:
d = 1,9 mm
 = 960 kg/m3
h = 5 mm
 = 15°
Datos:
Como el ejercicio nos pide calcular la tension
superficial, entonces debemos realizer un DLC a
la columna cilindrica de fluído de una altura “h”
𝜎 =
𝜌𝑉𝑔
𝐿𝑐𝑜𝑠
=
𝜌 𝜋𝑟2
ℎ 𝑔
2𝜋𝑟𝑐𝑜𝑠
𝜎 = 0,023 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠2
𝜌𝑉𝑔
DLC
+↑ ෍ 𝐹𝑦 = 0
𝜎𝐿𝑐𝑜𝑠 − 𝜌𝑉𝑔
Despejamos :
𝜎 =
𝜌𝑟ℎ𝑔
2𝑐𝑜𝑠
Reemplazando valores:
𝜎 =
960
𝑘𝑔
𝑚3 0.95 𝑚𝑚 ×
10−3𝑚
1 𝑚𝑚 5 𝑚𝑚 ×
10−3𝑚
1 𝑚𝑚 9,8
𝑚
𝑠2
2𝑐𝑜𝑠15°
𝜎 = 0,023 𝑁𝑚

55. Ejemplo 4: El radio de un capilar es de 0,105 mm. Un líquido cuya densidad es 0,800
g/cm3 asciende en este capilar hasta una altura de 6,25 cm. Calcular la tensión
superficial del líquido.
Solución:
r = 0,105 mm
 = 0,800 g/cm3
h = 6,25 cm
g = 9,8 m/s2
Datos:
El ejercicio nos pide el cálculo de la tension
superficial, y debemos tener en cuenta que se
refiere a la atracción de las moleculas que hay en
una disolución.
Reemplazando valores:
𝛾 =
6,25 𝑐𝑚 0,800
𝑔
𝑐𝑚3 9,8
𝑚
𝑠2 ×
100 𝑐𝑚
1 𝑚 0,105 𝑚𝑚 ×
10−3
𝑚
1 𝑚𝑚 ×
100 𝑐𝑚
1 𝑚
2
𝛾 = 25,75 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠/𝑐𝑚
Como el líquido sube por
el tubo capilar, entonces
utilizaremos el método
de “ascenso capilar”
𝛾 =
ℎ. 𝜌. 𝑔. 𝑟
2
1 𝑑𝑖𝑛𝑎 =
𝑔. 𝑐𝑚
𝑠2

56. Ejemplo 5: Al medir la tensión superficial de un líquido por el procedimiento del peso
de la gota, se encuentra que 12 gotas que caen a través de una punta capilar de 0,8
cm, pesan 0,971 g. Si  = 0,6. En estas condiciones ¿Cuál es la tensión superficial del
líquido?
Solución:
d = 0,8 cm
W = 0,971 g
 = 0,6°
g = 9,8 m/s2
Gotas = 12
Datos:
Reemplazando valores:
𝛾 =
0,0809 𝑔 9,8
𝑚
𝑠2 ×
100 𝑐𝑚
1 𝑚
2 3,1416 0,4 𝑐𝑚 0,6
𝛾 = 52,64 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠/𝑐𝑚
𝛾 =
𝑊. 𝑔
2. 𝜋. 𝑟. 
1 𝑑𝑖𝑛𝑎 =
𝑔. 𝑐𝑚
𝑠2
𝑊 =
0,971
12
𝑊 = 0,0809 𝑔