Propiedades del Agua

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, comúnmente 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.

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Cargas Eléctricas en H2O

 

En la molécula de agua se forman dipolos como resultado de un enlace 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 (δ-) se forma en la parte del oxígeno de la molécula de agua, y una carga parcial positiva (δ+) 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 δ+ y el oxígeno δ- en las moléculas adyacentes es llamada enlace de hidrógeno.

hydrogen - bond - Enlace de Hidrógeno entre Moléculas de Agua

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?

El Titanic se hundió 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 el estado líquido, el enlace de hidrógeno empuja las moléculas de agua a unirse por lo que se tiene una estructura relativamente compacta y densa. En el estado sólido las moléculas se acomodan en una estructura rígida en forma de rejilla o cristales conocida como hielo, la estructura cristalina tiene realmente grandes huecos. Por consiguiente, en un volumen dado de hielo, hay menos moléculas de agua que en el mismo volumen de agua líquida. En otras palabras, el hielo es menos denso que el agua líquida y flotará.

 

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 superficie y hace que la superficie del líquido sea más difícil de atravesar que estando en el interior.

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. El Basilisk no puede realmente caminar, corre sobre el agua, moviendo sus patas antes que atraviesen la superficie.

  

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 sustancia iónica que contiene iones alternos de sodio y cloro.

NaCl-crystal - El Cloruro de Sodio contiene Na+ y Cl- iones

El Cloruro de Sodio contiene Na+ y Cl- iones

 

Cuando se añade 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.

NaCl-dissolve - Sal de mesa disolviéndose en Agua

Sal de mesa disolviéndose en Agua

 

De una manera similar, cualquier sustancia que contiene una carga eléctrica neta, incluyendo los compuestos iónicos y la molécula covalente polar(esas que tienen un dipolo), 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 no se disuelve en el agua.

Cuando se disuelve cloruro sódico en agua, se observa que la solución resultante es neutra, es decir, que las concentraciones de H+ y OH- son iguales entre sí y a 1.10-7 M, como en el agua pura. En cambio, si se disuelve acetato sódico, la solución resulta ser ligeramente básica, mientras que otras sales, cómo el cloruro amónico, NH4CL o el cloruro de aluminio, AlCL3, proporcionan soluciones ligeramente ácidas.

Estas interacciones de las sales con el agua se denominan hidrólisis.

Desde el punto de vista del sistema de Brønsted-Lowry, la hidrólisis no es fundamentalmente distinta de cualquier reacción ácido-base. En el caso del acetato sódico, por ejemplo, la naturaleza básica de la solución acuosa resultante puede comprenderse a partir de la siguiente reacción:

C2H3O2- + H2O              HC2H3O2 + OH-

Aquí el Ion C2H3O2- base según Brønsted-Lowry, acepta un protón del H2O, ácido según este sistema, formándose el ácido conjugado HC2H3O2 y la base conjugada OH-. La naturaleza básica de la solución se debe a la formación de OH-.

Esta reacción progresa muy poco de izquierda a derecha debido a que el C2H3O2- es una base demasiado débil para luchar con el OH- en la conquista de los protones

 

Anfoterismo

Cuando se añade gota a gota una solución de hidróxido sódico a otra de nitrato de aluminio se observa un precipitado blanco de hidróxido de aluminio. Si se prosigue la adición de la base, o bien se añade un ácido, el precipitado se disuelve. Las ecuaciones netas de este último proceso (disolución del precipitado) son, en cada caso:

Al(OH)3 (s) + OH-   >   Al(OH)4-

Al(OH)3 (s) + 3H+     >     Al+3 + 3H2O

Ambas indican que el hidróxido de aluminio, Al(OH)3 puede neutralizar a las bases y a los ácidos, esto es, que es capaz de actuar como ácido y como base. Tales sustancias se dice que son anfóteras. Los hidróxidos de cinc, Zn(OH)2 de plomo, Pb(OH)2 y de cromo, Cr(OH)3 son otros ejemplos de hidróxidos anfóteros. Los óxidos se consideran anfóteros cuando al reaccionar con el agua originan hidróxidos de ese carácter.

 Disolución

 

En química, una disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites.

Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado disolvente. También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolución. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración.

Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)

Se distingue de una suspensión, que es una mezcla en la que el soluto no está totalmente disgregado en el disolvente, sino dispersado en pequeñas partículas. Así, diferentes gotas pueden tener diferente cantidad de una sustancia en suspensión. Mientras una disolución es siempre transparente, una suspensión presentará turbidez, será traslúcida u opaca.

Una emulsión será intermedia entre disolución y suspensión.

Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Ángstrom ( ºA ).

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