Fundamentos de Química: Estructura del Agua, Soluciones y Reacciones Ácido-Base

Propiedades Fundamentales del Agua (H₂O)

Estructura Molecular del Agua

Fórmula molecular: H₂O. Está formada por 3 átomos: dos de Hidrógeno (H) y uno de Oxígeno (O), unidos mediante enlace covalente, lo que implica que comparten pares de electrones.

La molécula de agua presenta una geometría angular. Esto se debe a que los pares de electrones no enlazantes ocupan un mayor volumen espacial que los pares de electrones enlazantes, lo que provoca que el ángulo de enlace se cierre a un valor de 104,5°.

El agua es una molécula polar debido a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno, y posee enlace covalente.

Interacciones y Propiedades Físicas del Agua

Puentes de Hidrógeno

Son interacciones que ocurren entre las moléculas de agua. En cada molécula, los átomos de Hidrógeno (H) son atraídos por un átomo muy electronegativo, como el oxígeno de otra molécula de agua. Entre las moléculas polares de agua se establecen fuerzas de atracción del tipo dipolo-dipolo, lo que determina la formación de una red tridimensional.

Tensión Superficial

Es la fuerza provocada por la atracción que ejercen las moléculas del interior del líquido sobre aquellas que se ubican en la superficie. Estas moléculas superficiales también son atraídas entre sí. Por lo tanto, el agua presenta una elevada tensión superficial.

Conductividad Eléctrica

El agua destilada no conduce la corriente eléctrica, al igual que el cloruro de sodio sólido. La conducción de corriente eléctrica se produce solo si hay cargas eléctricas en movimiento. En el cristal de sal (sólido), los iones no se mueven.

Densidad

El agua en estado sólido tiene mayor densidad que en el estado líquido. En el hielo, las moléculas de agua adquieren una distribución en forma de hexágonos, atraídas por puentes de hidrógeno.

Soluciones Químicas: Componentes y Clasificación

Definición de Solución

Las soluciones son sistemas homogéneos formados por dos o más sustancias, denominadas soluto y solvente.

• El soluto es la sustancia que se encuentra en menor cantidad.
• El solvente (o disolvente) es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad.

Los componentes de una solución se pueden separar mediante métodos de fraccionamiento, como: cromatografía, cristalización o destilación, entre otros.

Clasificación de Soluciones según el Estado de Agregación

• Líquidas: Azúcar en agua; Vinagre (soluto: ácido acético; solvente: agua).
• Sólidas: Acero; Bronce (20% estaño y 80% cobre).
• Gaseosas: Aire (solvente: nitrógeno; soluto: otros gases); Humo; Smog.
  • Ejemplos específicos: Agua mineral con gas (soluto: CO₂; solvente: H₂O). Garrafa de gas (soluto: butano; solvente: propano).

Clasificación de Soluciones según Concentración

La concentración describe la cantidad de soluto disuelto en el solvente:

1. Diluida: El soluto está en una cantidad mínima respecto a la capacidad del solvente.
2. Concentrada: El soluto se encuentra cercano al límite de lo que admite el solvente.
3. Saturada: El soluto se encuentra exactamente en el límite que puede disolver el solvente.
4. Sobresaturada: Soluciones inestables donde la cantidad de soluto es mayor al coeficiente de solubilidad.

Ácidos, Bases y Sales

Definiciones (Teoría de Arrhenius)

• Bases: Son todas las sustancias que, disueltas en agua, liberan iones hidroxilo (OH⁻).
• Ácidos: Son todas las sustancias que, disueltas en agua, liberan iones hidrógeno (H⁺).

Fórmulas Químicas

• Bases: Formadas generalmente por un metal más el grupo hidroxilo (OH⁻).
• Hidrácidos: H + no metal.
• Oxoácidos: H + no metal + oxígeno.

Sales y Neutralización

Las sales son compuestos iónicos que se forman a partir de una reacción química denominada neutralización, donde reacciona un ácido con una base para obtener sal más agua.

Fórmula general de neutralización:

Base + Ácido → Sal + H₂O

Ejemplo: NaOH + HCl → NaCl + H₂O