Características Esenciales del Agua: Densidad, Tensión Superficial y Solvente Universal

Introducción a las Propiedades del Agua

La densidad del agua a 4°C es de 1.0 g/mL.

Comportamiento Anómalo de la Densidad del Agua

El enfriamiento del agua desde los 100°C produce una contracción de volumen, lo que aumenta su densidad hasta llegar a la temperatura de 3.98°C (casi 4°C), en la que alcanza su máxima densidad. Al continuar enfriando, el agua vuelve a dilatar su volumen, disminuyendo su densidad hasta que se solidifica.

El paso de agua líquida a hielo (a 0°C) es un ejemplo clave de esta anomalía: el hielo flota en el agua.

Estructura Cristalina del Hielo y su Baja Densidad

En casi todas las sustancias, las moléculas del sólido están empacadas más densamente que en el líquido; por ello, la fase sólida es más densa que la líquida. Una excepción a esto la constituye el agua: la densidad del hielo a 0°C es menor que la del agua líquida a 0°C, lo que explica por qué el hielo flota en el agua.

En estado líquido, las moléculas de agua se acercan unas a otras lo más posible. Sin embargo, al solidificar, las moléculas adoptan una disposición ordenada y abierta. Los puentes de hidrógeno entre las moléculas en esta disposición son óptimos, lo que da lugar a una estructura menos densa en comparación con la del agua líquida.

Tensión Superficial del Agua

La tensión superficial se refiere a cómo las moléculas en la superficie de un líquido se comportan de forma diferente a las que se encuentran en su interior. Las moléculas internas interactúan con otras moléculas en todo su entorno; en cambio, las de la superficie del líquido solo son afectadas por las moléculas que se encuentran debajo y a los lados. Esto produce una fuerza de atracción neta hacia el interior sobre las moléculas de la superficie, contrayéndola y produciendo un efecto como si fuera una membrana elástica. La tensión superficial es la energía requerida para expandir una superficie líquida y es más alta para los líquidos que poseen atracciones intermoleculares fuertes.

La tensión superficial del agua es notablemente alta debido a la propiedad de sus moléculas y al gran número de puentes de hidrógeno que aumentan la cohesión entre ellas. Precisamente, las gotas de agua son esféricas debido a su elevada tensión superficial. Por esta misma razón, el agua es capaz de mantener sobre ella pequeños objetos que tienen mayor densidad.

El Agua como Solvente Universal

Una solución es un sistema homogéneo de dos o más sustancias en la que aquella sustancia que se encuentra en mayor proporción es el solvente y las demás sustancias en solución se denominan solutos. Por ejemplo, cuando disolvemos una pequeña cantidad de cloruro de sodio (NaCl) en una gran cantidad de agua, decimos que el agua es el solvente y el cloruro de sodio es el soluto.

Disolución de Compuestos Iónicos en Agua

Pero, ¿qué ocurre cuando un compuesto iónico como el NaCl se disuelve en agua?

El agua es un muy buen disolvente de los compuestos iónicos. Aunque es una molécula eléctricamente neutra, un extremo de la molécula (el átomo de oxígeno) es rico en electrones, por lo que tiene una densidad de carga parcial negativa. El otro extremo (los átomos de hidrógeno) tiene una densidad de carga parcial positiva. Evidentemente, los iones positivos (cationes) son atraídos por el extremo negativo de la molécula de agua, mientras que los iones negativos (aniones) son atraídos por el extremo positivo de dicha molécula.

Estructura Molecular del Agua

La molécula de agua es triatómica, angular y polar. Sus átomos se disponen teniendo en cuenta la electronegatividad.

Seguridad y Manipulación de Sustancias Químicas

• Pictogramas: Son representaciones que, combinando figuras, dibujos y colores, nos brindan información de manera concreta e independiente del idioma.
• Frases H: Indican los riesgos específicos al usar y manipular una sustancia. Por ejemplo: H317 "Puede provocar una reacción alérgica en la piel".
• Frases P: Son consejos de prudencia e indican las conductas a seguir para trabajar con las sustancias. Por ejemplo: P210 "Evítese el contacto con la piel".