EL AGUA. Física y Química 3º ESO

Ander Santiago García 3º b ESO 1

1. Introducción

Agua: nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O.

Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era un elemento. En 1781 el químico británico Henry Cavendish

sintetizó agua detonando una mezcla de hidrógeno y aire. Sin embargo, los resultados de este experimento no

fueron interpretados claramente hasta dos años más tarde, cuando el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier

propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En un documento científico

presentado en 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista alemán Alexander von

Humboldt demostraron conjuntamente que el agua consistía en dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno, tal

como se expresa en la fórmula actual H2O.

Queda claro que el agua es una sustancia líquida formada por la combinación de dos volúmenes de hidrógeno y un

volumen de oxígeno, y que constituye el componente más abundante en la superficie terrestre.

La vida en nuestro planeta siempre necesita agua. Esta constituye un gran porcentaje de los organismos, ya que se

encuentra tanto dentro como fuera de las células. Las reacciones biológicas, además, ocurren siempre en medio

acuoso.

La estructura del agua es bastante sencilla. Está formada por un átomo

de oxígeno, que tiene carga negativa y dos de hidrogeno, con carga

positiva. Es por eso, una molécula polar, con un extremo positivo y otro

negativo. Esto hace que las moléculas de agua rodeen partículas polares

o iónicas, formando una envoltura, a lo que se denomina solvatación,

que modifica las propiedades de las partículas.

Tiene una elevada constante dieléctrica que permite la disociación de la

mayoría de las sales inorgánicas en el agua.

Las propiedades físicas y químicas del agua son realmente un poco especiales en comparación con otras moléculas

similares.

EN ESTADO NATURAL: El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la

materia: sólido, líquido y gas.

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2. PROPIEDADES FÍSICAS

El agua es un líquido inodoro e insípido.

Tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes masas.

A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de

ebullición es de 100ºC, el agua permanece en estado líquido en un amplio rango de temperaturas, entre 0ºC

y 100ºC

Cristaliza en el sistema hexagonal, 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 hielo sea menor que la

del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida.

La densidad máxima del agua es a 4ºC, que es de 1g/cc y es lo que determina que el h ielo flote en el agua,

actuando como aislante térmico. Esto posibilita que los océanos se mantengan en estado líquido.

Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido, siendo su calor específico de 1

cal/g, esto significa que una masa de agua puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin

experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las grandes masas de

agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre).

Sus calores latentes de vaporización y de fusión (540 cal/g y 80 cal/g, respectivamente) son también

excepcionalmente elevados. Por eso el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas es fácilmente

absorbido con una mínima variación de la temperatura.

El agua químicamente pura es un líquido inodoro e insípido; incoloro y transparente en capas de poco

espesor, toma color azul cuando se mira a través de espesores de seis y ocho metros, porque absorbe las

radiaciones rojas. Sus constantes físicas sirvieron para marcar los puntos de referencia de

la escala termométrica Centígrada. A la presión atmosférica de 760 milímetros el agua hierve a temperatura

de 100°C y el punto de ebullición se eleva a 374°, que es la temperatura critica a que corresponde la presión

de 217,5 atmósferas; en todo caso el calor de vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100°.

Mientras que el hielo funde en cuanto se calienta por encima de su punto de fusión, el agua líquida se

mantiene sin solidificarse algunos grados por debajo de la temperatura de cristalización (agua subenfriada) y

puede conservarse liquida a –20° en tubos capilares o en condiciones extraordinarias de reposo. La

solidificación del agua va acompañada de desprendimiento de 79,4 calorías por cada gramo de agua que se

solidifica. Cristaliza en el sistema hexagonal y adopta formas diferentes, según las condiciones de

cristalización.

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A consecuencia de su elevado calor especifico y de la gran cantidad de calor que pone en juego cuando

cambia su estado, el agua obra de excelente regulador de temperatura en la superficie de la Tierra y más en

las regiones marinas.

El agua se comporta anormalmente; su presión de vapor crece con rapidez a medida que la temperatura se

eleva y su volumen ofrece la particularidad de ser mínimo a la de 4°. A dicha temperatura la densidad del

agua es máxima, y se ha tomado por unidad. A partir de 4° no sólo se dilata cuando la temperatura se eleva.

sino también cuando se enfría hasta 0°: a esta temperatura su densidad es 0,99980 y al congelarse

desciende bruscamente hacia 0,9168, que es la densidad del hielo a 0°, lo que significa que en la

cristalización su volumen aumenta en un 9 por 100.

Las propiedades físicas del agua se atribuyen principalmente a los enlaces por puente de hidrógeno, los

cuales se presentan en mayor número en el agua sólida, en la red cristalina cada átomo de la molécula de

agua está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y

así sucesivamente es como se conforma su estructura. Cuando el agua sólida (hielo) se funde la estructura

tetraédrica se destruye y la densidad del agua líquida es mayor que la del agua sólida debido a que sus

moléculas quedan más cerca entre sí, pero sigue habiendo enlaces por puente de hidrógeno entre las

moléculas del agua líquida. Cuando se calienta agua sólida, que se encuentra por debajo de la temperatura

de fusión, a medida que se incrementa la temperatura por encima de la temperatura de fusión se debilita el

enlace por puente de hidrógeno y la densidad aumenta más hasta llegar a un valor máximo a la temperatura

de 3.98ºC y una presión de una atmósfera. A temperaturas mayores de 3.98 ºC la densidad del agua líquida

disminuye con el aumento de la temperatura de la misma manera que ocurre con los otros líquidos.

3. Propiedades físico-químicas:

Acción disolvente.

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, ya que estas se disuelven cuando

interaccionan con las moléculas polares del agua.

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La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que

transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se

realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

Fuerza de cohesión entre sus moléculas.

Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura

compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

Elevada fuerza de adhesión

De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas

polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia

bruta desde las raíces hasta las hojas.

Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de

hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando

energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas

orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da

idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua

líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la

fase líquida y pasar al estado de vapor.

Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de

compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos como los glúcidos.

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