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Estructura del Agua

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Estructura del Agua

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  1. Estructura del Agua • La molécula de agua (H2O) durante muchos años fue considerada un elemento. Fue preciso esperar hasta 1770, fecha en que H. Cavendish (1731-1810) demostró que era el producto resultante de la combustión de hidrógeno y aire, y A.-L. Lavoisier (1743-1794) supuso que era una combinación de hidrógeno y oxígeno. • Posteriormente, E. W. Morley (1838-1923), en 1895, demostró que la proporción en masa de hidrógeno y oxígeno en el agua es de 2 unidades de masa del primero por 16 del segundo. Por ello, considerando las masas atómicas de ambos elementos, la molécula de agua debía escribirse como H2O.

  2. Estructura del Agua • La estructura admitida hoy de la molécula de agua permite dar cuenta de las curiosas propiedades de esta sustancia. Los dos átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno mediante un enlace covalente. Pero la molécula de agua no es lineal y tiene la forma que se indica en la figura, de manera que las direcciones de los enlaces O-H forman entre sí un ángulo que se estima en 105º.

  3. Estructura del Agua • Las uniones hidrógeno-oxígeno son tales que cada hidrógeno comparte con el oxígeno un par de electrones. Pero como el oxígeno tiene más apetencia que el hidrógeno por ese par, la pareja de electrones está algo más cerca del oxígeno, quedando este con una cierta carga negativa y algo más lejos del hidrógeno, que queda a su vez con cierta carga positiva. Se dice que es una molécula polar (que posee polos cargados eléctricamente).

  4. Estructura del Agua • Ello hace que las moléculas de agua se atraigan entre sí, de forma que el extremo positivo donde se halla el hidrógeno de una molécula se acerque al extremo negativo de otra donde se halla el oxígeno. Ese enlace, conocido como enlace por puentes de hidrógeno, es intermolecular (entre moléculas) y es bastante más débil que el enlace covalente entre los componentes de la molécula.

  5. Estructura del Agua • La presencia de cargas parciales sobre los átomos de oxígeno e hidrógeno de la molécula de agua hace posible que entre ellas mismas se formen estos débiles puentes de hidrogeno ocasionados por la atracción entre las cargas eléctricas. Dada la estructura de la molécula de agua, se pueden formar hasta 4 puentes de H, dos a través del átomo de Oxígeno y uno por cada átomo de Hidrógeno.

  6. Puentes de Hidrógeno • Los puentes de hidrógeno son enlaces débiles cuya intensidad es cerca de 5-10% de un enlace covalente. Los puentes de hidrógeno son lostipos más importantes de fuerzas de atracción débil y estos enlaces son los causantes de que el agua sea un líquido a temperatura ambiente en lugar de un gas. Donde existe un hidrógeno unido a un elemento fuertemente electronegativo, como es el caso del oxígeno, se establece una unión intermolecular, precisamente entre el H de una molécula y el elemento fuertemente negativo de la otra, el oxígeno.

  7. Puentes de Hidrógeno • Ventajas de los puentes de hidrógeno: a) Se evita la rápida evaporación del agua, así los seres vivos y el ecosistema mantiene temperaturas constantes. b) Se pueden disolver sales y formar iones que colaboran con el metabolismo. c) Capilaridad: Esta propiedad permite que algunas especies vegetales se nutran de líquidos en sus extremos mas altos.

  8. Puentes de Hidrógeno • Los puentes de hidrógeno son causante de algunos comportamientos del agua que se indican a continuación. a) Estado físico del agua: las fuerzas intermoleculares antes citadas (puentes de hidrógeno) son responsables del hecho de que el agua, a diferencia de otras sustancias semejantes a ella, posea una temperatura de fusión y de ebullición anormalmente altas. Ello permite que en la Tierra existan enormes masas de agua en estado líquido, con todo lo que ello supone para la vida en la misma.

  9. El Agua b)La estructura del hielo Cuando el agua está en estado sólido (hielo), las moléculas de agua, unidas entre sí por los puentes de hidrógeno, se asocian según una geometría tetraédrica formando cristales moleculares de manera semejante al diamante. Cuando se calienta el hielo por encima del punto de fusión, la red se desmorona y se desordena, ya que aunque algunas moléculas siguen unidas por puentes de hidrógeno, otras no lo están. Por ello se aproximan más unas a otras, haciéndose el conjunto más compacto. En consecuencia, el agua líquida es más densa que el hielo y alcanza un máximo de densidad a unos 4 ºC. A partir de ese momento comienza a descender ligeramente.

  10. El Agua • Las diferencias de densidad son muy pequeñas, pero tienen una enorme importancia. Debido a este comportamiento anómalo del agua, si se introduce una botella de agua líquida en un congelador, estalla, ya que al convertirse el agua líquida en hielo, este ocupa más volumen que el líquido, es por ello que en los radiadores de los automóviles se utiliza un líquido anticongelante para evitar que el agua, al congelarse, reviente el motor..

  11. El Agua • Por igual razón, cuando se hielan los mares y los ríos, al formarse el hielo, que es menos denso que el agua líquida, flota originando una capa que aísla al agua del exterior. Con ello se impide la solidificación total y se permite vivir a los peces y plantas acuáticas. Por eso las montañas de hielo, llamadas icebergs, flotan sobre el agua líquida.

  12. El Agua c) El poder disolvente del agua: la estructura de la molécula de agua la hace capaz de actuar como un disolvente poderoso de muchas sustancias. Si se introduce un cristal de cloruro de sodio en agua, las moléculas de agua rodean a los iones de sodio y cloro, atrayéndolos por sus extremos negativos o positivos, respectivamente. El movimiento de las moléculas de agua arrastra a los iones que se dispersan por ella, formando una disolución de cloruro de sodio en agua. Ello hace que en la naturaleza exista un enorme número de disoluciones acuosas.

  13. El Agua • El agua en la atmósfera terrestre: el agua de los mares, lagos, etc., se evapora por la acción del Sol y pasa a la atmósfera, donde se encuentra en estado gaseoso (lo que conocemos como vapor de agua). Pero cuando en la atmósfera aparecen determinados «gérmenes», como pueden ser diminutos granos de polvo con cierta carga eléctrica superficial, la polaridad de las moléculas del agua hace que sean atraídas por esos granos. Algunas moléculas rodean estos «gérmenes» y son capaces de atraer a más moléculas, formando conjuntos de muchas moléculas de agua. En consecuencia, a veces aparecen pequeñas gotitas de agua líquida, originando las nieblas o pequeños cristalitos de hielo, que forman las nubes.