Estructura molecular del agua (H₂O): polaridad y puentes de hidrógeno

Resumen

Este texto explica la estructura molecular del agua (H₂O). La molécula es triatómica, angular y polar, porque el oxígeno atrae con más fuerza los electrones de enlace. Describe la electronegatividad, la clasificación de los enlaces según su diferencia de electronegatividad y los puentes de hidrógeno. También explica propiedades como el punto de fusión, el punto de ebullición, la evaporación y la flotación del hielo.

Puntos clave

La molécula de agua (H₂O) es triatómica, angular y polar, con un ángulo de 104,5 grados.
El oxígeno atrae con más fuerza los electrones de enlace, así que estos se acercan al oxígeno y se alejan de los hidrógenos.
La electronegatividad es la capacidad de un átomo de atraer electrones en un enlace.
Según la diferencia de electronegatividad, el enlace es covalente apolar (0 a 0,4), covalente polar (0,4 a 1,7) o iónico (1,7 en adelante).
Los puentes de hidrógeno se establecen entre moléculas con hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo, como nitrógeno, oxígeno o flúor.
El hielo flota porque, al solidificarse, la masa se mantiene y el volumen aumenta, así que la densidad disminuye.

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Introducción a la Molécula de Agua

El agua es el líquido más común en la Tierra, no como agua pura, sino formando soluciones acuosas que cubren el 72% de la superficie.

El agua es una sustancia integrada por moléculas, las cuales están formadas por dos átomos de Hidrógeno (H) y uno de Oxígeno (O) que están unidos entre sí por un enlace covalente polar.

Estructura Molecular y Polaridad

Composición y Enlaces

La molécula de agua (H₂O) es triatómica, angular y polar.

Triatómica: Está compuesta por tres átomos.
Angular: Posee un ángulo de 104,5 grados.
Polar: Se debe a su electronegatividad diferencial.

Estructura de Lewis

En la representación de Lewis, ambos hidrógenos quedan rodeados por dos electrones, completando su dueto, y el oxígeno queda rodeado por ocho electrones, completando el octeto.

La Naturaleza Polar del Agua

Si bien la molécula es neutra (misma cantidad de cargas positivas que negativas), los electrones no se comparten de forma equitativa. El núcleo del átomo de oxígeno ejerce una fuerza más intensa sobre los electrones de enlace que la que ejercen los átomos de hidrógeno. Por esto, los electrones se aproximan al átomo de oxígeno y se alejan del átomo de hidrógeno.

Electronegatividad

Esto se puede entender mediante la Electronegatividad, que es la capacidad que tiene un átomo de atraer electrones en un enlace.

Los enlaces se clasifican según la diferencia de electronegatividad (ΔEN):

Enlace covalente apolar: 0 a 0,4
Enlace covalente polar: 0,4 a 1,7
Enlace iónico: 1,7 en adelante.

Propiedades del Agua y Puentes de Hidrógeno

Puentes de Hidrógeno

Las partículas de agua toman diferentes disposiciones dependiendo de la fase en que se encuentren: sólida, líquida o gaseosa. Las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen.

Así, en el estado sólido o líquido del agua, el extremo positivo de una molécula se ve atraído por el extremo negativo de una molécula vecina. A esta fuerza de atracción se le llama Puentes de Hidrógeno.

Definición y Características

Los Puentes de Hidrógeno se establecen entre todas aquellas moléculas que posean hidrógeno en su estructura y se encuentren unidos por un enlace covalente a un átomo muy electronegativo (Nitrógeno, Oxígeno, Flúor y ocasionalmente Azufre).

La atracción que se establece a través del puente de hidrógeno se da entre los electrones no enlazantes del oxígeno (O) de una molécula y el núcleo de los átomos de hidrógeno (H) de otra molécula.
La estructura del hielo es abierta y con espacios vacíos. No solo el agua tiene sus partículas asociadas por puentes de hidrógeno, sino también el amoníaco y el etanol, que presentan estas características.
Cuando el hielo se funde, se rompen los puentes de H, causando la ruptura de esa estructura hueca.

Fases del Agua

El agua líquida está formada por pequeños grupos de moléculas de agua y por un gran número de moléculas no asociadas entre sí.

En el vapor de agua, las moléculas están totalmente separadas entre sí.

Definiciones y Conceptos Importantes

Propiedades físicas: Aquellas que se basan principalmente en la estructura del objeto, sustancia o materia, siendo visibles y medibles.
Punto de fusión: Temperatura a la que ocurre la transición de estado sólido a líquido.
Punto de ebullición: Temperatura a la que ocurre la transición de estado líquido a gaseoso.
Evaporación: Proceso que se da solo en la superficie debido a la temperatura.
Flotación del Hielo: El hielo flota sobre el agua ya que, cuando el agua pasa de estado líquido a sólido (hielo), se mantiene la misma masa, pero el volumen aumenta (debido a la estructura abierta de los puentes de hidrógeno). Por lo cual, la densidad disminuye, generando que el hielo flote.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la molécula de agua es polar?

El oxígeno ejerce una fuerza más intensa sobre los electrones de enlace que los átomos de hidrógeno. Por eso los electrones se acercan al oxígeno y se alejan de los hidrógenos.

¿Qué son los puentes de hidrógeno?

Son la fuerza de atracción que se establece en el estado sólido o líquido entre el extremo positivo de una molécula y el extremo negativo de una molécula vecina. Se dan entre moléculas con hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo.

¿Por qué el hielo flota sobre el agua?

Al pasar de líquido a sólido, la masa se mantiene pero el volumen aumenta, por la estructura abierta de los puentes de hidrógeno. Por eso la densidad disminuye y el hielo flota.