Propiedades y Estructura Molecular del Agua: Fundamentos Esenciales
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Estructura Molecular del Agua
El agua presenta un comportamiento físico particular debido a que en sus moléculas, los dos electrones de los dos átomos de hidrógeno están desplazados hacia el átomo de oxígeno. La molécula de agua presenta un polo negativo, con densidad electrónica alta, donde está el átomo de oxígeno, y dos polos positivos, donde están los dos núcleos de hidrógeno, con densidad electrónica baja. Por ello, el agua es una molécula dipolar. Se establece una distribución asimétrica de los electrones, apareciendo cargas eléctricas parciales opuestas.
Entre los dipolos se establecen fuerzas de atracción denominadas puentes o enlaces de hidrógeno. Estos enlaces se pueden establecer con otras moléculas polares o con iones cargados eléctricamente. Con esto se logra una masa molecular elevada, y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, que duran fracciones de segundo, confieren al agua todas sus propiedades de fluido.
Propiedades Fundamentales del Agua
Elevada Fuerza de Cohesión
La elevada fuerza de cohesión entre las moléculas se debe a los enlaces de hidrógeno. Ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura hace que sea un líquido casi incompresible, lo que proporciona volumen a las células, turgencia a las plantas y constituye el esqueleto hidrostático de los anélidos, pólipos, medusas, etc.
Elevada Fuerza de Adhesión y Capilaridad
Las moléculas de agua presentan una gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de pequeño diámetro, ascendiendo en contra de la gravedad (capilaridad). Este fenómeno depende tanto de la adhesión como de la cohesión de las moléculas de agua entre sí. Esto hace que la savia bruta pueda ascender por los tubos capilares de las plantas.
Elevada Tensión Superficial
La elevada tensión superficial se debe a la fuerza de cohesión, una fuerza de atracción que tira de las moléculas. Su superficie opone resistencia a romperse.
Elevado Calor Específico
El calor específico es el calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia. El agua tiene un calor específico alto porque para elevar su temperatura hay que romper muchos de los enlaces que hay entre sus moléculas, lo que implica que hace falta suministrar mucho calor. Por ello, el agua es un buen estabilizador térmico del organismo frente a los cambios bruscos de temperatura del ambiente.
Elevado Calor de Vaporización
Para pasar del estado líquido al gaseoso hace falta romper todos los enlaces de hidrógeno y para ello se precisa mucha energía. Esto hace que el agua sea una buena sustancia refrigerante del organismo. El agua que se evapora en la superficie de un ser vivo absorbe calor del organismo.
Mayor Densidad en Estado Líquido que en Sólido
En estado sólido, todos los enlaces de hidrógeno del agua forman un retículo que ocupa mayor volumen que en estado líquido y, por tanto, el hielo es menos denso que el agua. Esto explica que el hielo flote sobre el agua y que forme una capa superficial termoaislante que posibilita la vida bajo el hielo en ríos, mares y lagos.
Elevada Constante Dieléctrica
El agua es un gran disolvente de los compuestos iónicos (sales minerales) y de los compuestos covalentes polares (glucosa). El proceso de disolución se debe a que las moléculas de agua se disponen alrededor de los grupos polares del soluto. En el caso de los compuestos iónicos sólidos, consiguen separar los aniones de los cationes, que quedan rodeados por moléculas de agua (solvatación).
Bajo Grado de Ionización
De cada 10.000.000 de moléculas de agua, solo una se encuentra ionizada.