El Agua: Propiedades Físicas y Químicas Esenciales para la Vida
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El Agua: Estructura y Enlaces Clave
Los puentes de hidrógeno se establecen entre dos átomos electronegativos, que en términos generales pueden ser un grupo donador y un grupo aceptor del protón (H).
La molécula de agua tiene la capacidad de establecer cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas, pues tiene cargas parciales positivas en los hidrógenos y dos cargas parciales negativas en los orbitales no apareados del oxígeno.
Los puentes de hidrógeno se establecen cuando el protón oscila entre dos átomos electronegativos, e.g.: --O—H:::::O---, formando un enlace débil con una energía aproximada de 2-5 kcal (8-21 kJ).
Que, sin embargo, cambia totalmente las propiedades físicas del agua, incluso en condiciones normales.
Propiedades Físicas y Químicas del Agua
El agua posee una serie de propiedades únicas que son fundamentales para la vida:
Es líquida a temperatura ambiente
Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas unidas, permitiendo que el agua permanezca en estado líquido en un amplio rango de temperaturas.
Tiene alto calor de vaporización
Para que el agua se evapore, hay que suministrarle energía calórica suficiente para que los puentes de hidrógeno se rompan. Esta propiedad es crucial para la regulación térmica.
Tiene una elevada tensión superficial
Las moléculas de la superficie están fuertemente unidas (tensas pero elásticas), lo que permite fenómenos como la capilaridad y la flotación de pequeños insectos.
Tiene elevado calor específico
Puede absorber gran cantidad de calor antes de elevar significativamente su temperatura, actuando como un amortiguador térmico.
Es uno de los mejores disolventes que se conoce
La mayoría de las sustancias polares son capaces de disolverse en el agua al formar puentes de hidrógeno con ella, lo que la convierte en el "disolvente universal".
Tiene cohesión y adhesión
La cohesión se define como la unión entre las moléculas de agua, y la adhesión es la unión entre estas y otras moléculas, facilitando el transporte de sustancias.
Conceptos Térmicos Relacionados con el Agua
Calor Específico
Es la cantidad de energía requerida para aumentar la temperatura de 1 g de cualquier sustancia en 1 °C.
El agua es el líquido más presente en los organismos.
Su elevado calor específico permite que el agua pueda absorber o liberar grandes cantidades de calor sin cambios significativos en su temperatura. Esto la convierte en un eficiente sistema de termorregulación.
Calor Latente de Evaporación
Cantidad de energía necesaria para convertir cualquier sustancia líquida a gaseosa.
Para el agua, este valor es de 540 cal/g.
Calor Latente de Fusión
El agua presenta un calor latente de fusión de 80 cal/g.
Solo se produce un cambio físico, no en su estructura química.
Otras Propiedades Físicas Clave
Densidad
La densidad es la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido.
La densidad del agua en estado sólido es menor que en estado líquido.
En estado sólido, las moléculas de agua forman una red cristalina donde se encuentran más distantes entre sí. Por tanto, permite que mares y ríos no se congelen completamente desde el fondo, protegiendo la vida acuática.
Conductividad Térmica
Se define como la capacidad que posee cualquier sustancia para conducir calor.
El agua presenta una elevada conductividad térmica, mayor que la de otros líquidos del organismo, lo que contribuye a la termorregulación corporal.
Constante Dieléctrica
Se define como la capacidad de cualquier sustancia para disminuir la interacción electrostática entre los iones.
El agua presenta una elevada constante dieléctrica, mayor que la de otros líquidos del organismo, lo que facilita la disolución de compuestos iónicos.
Punto de Ebullición
100 °C.
Punto de Fusión
0 °C.
Tipos de Soluciones Acuosas
Soluciones Isotónicas
Son aquellas bebidas rehidratantes o deportivas con gran capacidad de rehidratación, ya que su concentración de solutos es similar a la de los fluidos corporales.
Soluciones Hipertónicas
(Del griego hypér, 'en exceso', y ton(o), 'tensión') Son aquellas que tienen mayor osmolaridad en el medio externo, por lo que una célula en dicha solución pierde agua.
Soluciones Hipotónicas
Son aquellas que tienen menor concentración de soluto en el medio exterior en relación con el medio interior de la célula. Es decir, en el interior de la célula hay una cantidad de sal mayor que la que se encuentra en el medio en el que habita, lo que provoca que la célula absorba agua.