¿Cómo es la molécula del agua?
El agua es una sustancia que parece muy simple. Si le pides a cualquier persona que te describa cómo es el agua, no dudará en darte las características que todos conocemos. Es transparente, incolora, insípida, inodora, disuelve la mayoría de las sustancias y es indispensable para la vida. Sin embargo, si preguntamos por qué flota el hielo en el agua o por qué tarda tanto en hervir, ya no podrán contestar con tanta facilidad.
El agua es una sustancia extraordinaria y casi todas sus propiedades parecen encontrarse al revés. El comportamiento tan curioso del agua se debe a la forma en que se encuentran unidos sus átomos.
Las propiedades físicas del agua se atribuyen principalmente a los enlaces por el puente de hidrógeno, que se presentan en mayor número en el agua sólida. Estos enlaces permiten que las moléculas de agua se mantengan unidas.
El agua químicamente pura es un líquido inodoro, insípido e incoloro. Es transparente en capas de poco espesor y toma su color azul característico cuando se mira a través de espesores de seis a ocho metros porque absorbe la luz a longitudes de onda de las radiaciones rojas.
Los puentes de hidrógeno son relativamente débiles comparados con otros tipos de enlaces. Sin embargo, son lo suficientemente fuertes como para darle al agua muchas propiedades únicas. Una de ellas es poder patinar sobre el hielo o bien que un mosquito pueda caminar sobre el agua.
Revisemos las propiedades físicas del agua.
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labelDensidad
Masa de una sustancia que ocupa una unidad de volumen. Se expresa como:
El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC, que es de 1g/cc.
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labelCalor específico
Cantidad de energía en forma de calor que se requiere para elevar la temperatura en 1g de una sustancia en 1° C.
Se expresa en:
El calor específico del agua es 1 cal/g °C que es superior al de cualquier otra sustancia. Por ello, el agua desempeña un papel muy importante en la regulación de la temperatura.
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labelTensión superficial
Atracción intramolecular que provoca que un líquido reduzca al mínimo su área superficial.
Esta propiedad es la que permite a algunos insectos puedan desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.
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labelSolubilidad
Cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura específica.
El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias.
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labelPunto de ebullición
Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala a la presión atmosférica.
El punto de ebullición del agua es 100ºC.
El agua reacciona con muchas sustancias y seguramente tú conoces algunas de estas reacciones.
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labelReacciones con óxidos básicos
Los óxidos metálicos u óxidos básicos reaccionan con el agua para formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales de los grupos 1 y 2 se combinan con gran facilidad:
Na2O + H2O → 2NaOH
Óxido de sodio → Hidróxido de sodio
CaO + H2O → Ca(OH)2
Óxido de calcio → Hidróxido de calcio
MgO + H2OMg → (OH)2
Óxido de magnesio → Hidróxido de magnesio
El hidróxido de sodio es la sustancia que nos venden para limpiar las hornillas de las estufas y se conoce como lejía. El hidróxido de calcio se conoce como cal apagada y se usa en la construcción y el hidróxido de magnesio se usa como antiácido.
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labelReacciones con óxidos ácidos
Los óxidos no metálicos, anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman oxácidos:
CO2 + H2O → H2CO3
Dióxido de carbono → Ácido carbónico
SO2 + H2O → H2SO3
Dióxido de azufre
→ Ácido sulfuroso
N2O5 + H2O → 2HNO3
Dióxido de pentanitrógeno → Ácido nítrico
El ácido carbónico es el ácido que se forma cuando llueve, al reaccionar el agua con el dióxido de carbono del aire. Los ácidos sulfuroso y nítrico son producto de las industrias, termoeléctricas y de las exhalaciones de los volcanes y son también los responsables de la lluvia ácida.
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labelReacciones con metales
Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacen a temperatura elevada, desprendiéndose hidrógeno:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 ↑
Hidróxido de sodio
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 ↑
Hidróxido de calcio
Mg + 2H2O Δ→ Mg(OH)2 + H2 ↑
Hidróxido de magnesio
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labelReacciones con no metales
El agua reacciona con los no metales y en particular con los halógenos:
Cl2 + H2O → HCl + HClO
Ácido clorhídrico → Ácido hipocloroso
Br + H2O → HBr + HBrO
Ácido bromhídrico → Ácido hipobromoso
La estructura geométrica que presenta la molécula de agua se debe a que los dos pares de electrones libres del átomo de oxígeno (recuerda que el oxígeno tiene seis electrones de valencia) crean una densidad de carga que actúa sobre los dos enlaces H-O, obligándolos, por efecto de repulsión de las cargas, a cerrar el ángulo que forman los tres átomos hasta alcanzar un ángulo de 104.5º. Debido a este comportamiento, el agua presenta una estructura angular en vez de una posible estructura lineal como otras moléculas triatómicas, como el CO2.
Se dice que la molécula del agua tiene una estructura tetraédrica, pero en el sentido estricto, tiene la forma de un tetraedro irregular. Esto se debe a que los lados de un tetraedro forman un ángulo de 109.5°. El agua puede disolver infinidad de compuestos, pero no todos los compuestos.
La molécula de agua está constituida por dos átomos de hidrógeno unidos cada uno al átomo de oxígeno por enlaces covalentes. En cada enlace covalente se comparten dos electrones: un electrón por cada uno de los átomos involucrados. Así que los electrones puestos en juego en ambos enlaces covalentes son cuatro. El resultado es que la molécula del agua es polar, es decir, presenta un polo positivo y un polo negativo.
Autoevaluación
Dipolar
Enlace covalente polar
Solubilidad
Oxiácidos
Tensión superficial
Tetraédrica
Hidróxidos
Puente de hidrógeno
Elije la palabra que complementa la idea:
La es una de las propiedades físicas que tiene el agua y que le confiere la capacidad para que otras sustancias y microorganismos se puedan presentar en el agua y en concentraciones por arriba de lo normal.
La es la propiedad física del agua que provoca que un líquido reduzca al mínimo su área superficial al estar en contacto entre dos medios de distinta densidad ya que permite mantener a sus moléculas unidas y dar una apariencia de superficie lisa en el estado líquido. Por ejemplo un mosquito no se hunde en el agua y puede caminar sobre la superficie de está por está propiedad.
Sus átomos de oxígeno e hidrógeno se unen por , formando un ángulo de 104.5° entre los átomos de hidrógeno, por lo que su estructura es . Se considera una molécula por sus cargas disponibles, que apoyan en la unión entre más moléculas de agua, por lo cual entre ellas se realiza una atracción química llamada fuerza electrostática y como es entre el hidrógeno de una molécula con el oxígeno de otra molécula se forma un , que al aumentar el calor y el agua líquida se separa durante la evaporación en moléculas de agua al romper esta última unión química y por el contrario al disminuir la temperatura hacia los 4°C entonces se cierran para disminuir su volumen y densidad para pasar al estado sólido de hielo.
Al unirse el agua con los oxidos metálicos forma .
Al unirse el agua con los anhídridos u óxidos no metálicos forma , por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2) en contacto con el agua forma el ácido carbónico o el trióxido de azufre que al reaccionar con el agua forma el ácido sulfúrico que al precipitarse de las nubes se les conoce como lluvia ácida.