Propiedades y Estados FísicosPropiedades del Agua: Propiedades y Comportamiento

por Anthony Carpi, Ph.D.

¿Sabía usted que?

Did you know that the way water molecules interact with each other caused the sinking of the Titanic? And the unique chemical properties of this miracle liquid that cause icebergs to float also cause the surface of water to stick together with enough force that the Basilisk or “Jesus” lizard can walk on water.

Resumen

Water, critical to our survival, behaves differently from any other substance on Earth. The unique chemical properties of water are presented in this module. The module explains how the dipole across the water molecule leads to hydrogen bonding, making water molecules act like little magnets. Also explored are surface tension and water’s properties as a solvent.

Términos que usted debe saber
  • bonding = the act of fastening two atoms together
  • covalent = a type of bond that involves the sharing of electron pairs between atoms to achieve chemical stability, as in the hydrogen and oxygen atoms that make up a water molecule
  • solvent = the substance present in the greatest amount within a solution
Tabla de Contenido

De muchas maneras, el agua es un líquido milagroso. Es esencial para todos los organismos vivos (de este planeta, por lo menos) y es llamado, comunmente como el solvente universal porque muchas substancias se disuelven en el. Estas propiedades únicas del agua resultan de la manera en que moléculas individuales de H2O interactúan entre ellas.

Distribución electrónica en H2O

En otra lección discutimos los dipolos que se forman a través de la molécula de agua como resultado de un covalente polar que se une entre el hidrógeno y el oxígeno. Ya que los electrones que se enlazan son compartidos desigualmente por los átomos de hidrógeno y de oxígeno , una carga parcial negativa (ð-) se forma en la parte del oxígeno de la molécula de agua, y una carga parcial positiva (ð+) se forma en la parte del hidrógeno. Puesto que los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula contienen cargas opuestas (aunque parciales), moléculas de agua vecinas son atraídas entre ellas como pequeños imanes. La atracción electrostática entre el hidrógeno ð+ y el oxígeno ð- en las moléculas adyacentes es llamada enlace de hidrógeno.

Figura 2: Enlace de Hidrógeno entre Moléculas de Agua

El enlace de hidrógeno hace que las moléculas de agua se mantengan unidas. Mientras que los enlaces de hidrógeno son relativamente débiles comparados a otro tipos de enlaces, son lo suficientemente fuertes como para darle al agua muchas propiedades únicas. Por ejemplo, el enlace de hidrógeno hundió el Titanic, y el enlace de hidrógeno le permite al lagarto Basilisk caminar sobre el agua (como resultado, el Basilisk ha ganado el apodo del lagarto 'Jesús').

¿Cómo hace esto el enlace de hidrógeno? Bueno, empecemos con el Titanic. El Titanic se hundio porque golpeó un iceberg - un pedazo de hielo que flota en la superficie del océano. La razón por la que el hielo flota es por el enlace de hidrógeno. En la forma líquid del agua, el enlace de hidrógeno empuja las moléculas de agua a unirse. Como resultado, el agua líquida tiene una estructura relativamente compacta y densa. La animación siguiente ilustra esta idea.

A medida que el agua se congela, las moléculas se congelan en su lugar y se empiezan a acomodar en una estructura rígida en forma de rejilla, tal como se muestra en la siguiente animación.

Control de Comprensión

Water molecules are attracted to each other because of

La Tensión de Superficie: Tal como hemos visto, las moléculas de agua vecinas se atraen unas a otras. Las moléculas en la superficie del agua líquida tienen menos vecinas y, como resultado, su atracción hacia las moléculas de agua que están cerca se ve aumentada. Este aumento de atracción se llama tensión de superificie y hace que la superficie del líquido sea más difícil de atravesar que al interior.

Tensión en la superficie

Cuando se coloca cuidadosamente un objeto pequeño que normalmente se hundiría en el agua, éste puede permanecer suspendido en la superficie debido a la tensión de la superficie. El lagarto Basilisk hace uso de la alta tensión de la superficie del agua para alcanzar la increíble hazaña de caminar en la superficie del agua. Basilisk no puede realmente caminar, corre sobre el agua, moviendo sus patas antes que atraviesen la superficie. Observemos:

El Lagarto 'Jesus' (473k película)

Control de Comprensión

In liquid water, which molecules have a stronger attraction to each other?

El Agua como Solvente

La carga parcial que se desarrolla a través de la molécula de agua la convierte en un excelente solvente. El agua disuelve muchas substancias al rodear partículas cargadas 'empujadas' hacia la solución. Por ejemplo, la sal común de mesa, el cloruro de sodio, es una substancia iónica que contiene iones alternos de sodio y cloro.

Figura 3: El Cloruro de Sodio contiene Na+ y Cl- iones

Cuando se añande sal de mesa al agua, las cargas parciales en la molécula de agua se sienten atraídas al Na+ y a los iones Cl-. Las moléculas de agua se encaminan hacia la estructura de cristal y entre los iones individuales, rodeándolos y disolviendo lentamente la sal. Las moléculas de agua van en realidad a alinearse de manera diferente dependiendo en los iones que están siendo empujados en la solución. La parte negativa de oxígeno de las moléculas de agua rodearan los iones de sodio positivos; las partes de hidrógeno positivas rodearán los iones de cloro negativos.

Figura 4: Sal de mesa disolviéndose en Agua

De una manera similar, cualquier substancia que contiene una carga eléctrica neta, incluyendo los compuestos iónicos y la molécula covalente polar(esas que tienen un dípolo), pueden disolverse en el agua. Esta idea también explica el por qué algunas substancias no se disuelven en el agua. El aceite, por ejemplo, es una molécula no-polar. Ya que no hay una carga eléctrica neta a través del aceite, éste no atrae las moléculas de agua y si se disuelve en el agua.


Si existe magia en este planeta, esta contenido en el agua.
—L. Eisely,
1957