Las propiedades químicas y físicas del agua

Agua.

El agua es una compuesto químico inorgánico cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Su fórmula se expresa de la siguiente manera:

H_2 O

Comúnmente, el término agua se refiere a la sustancia en estado líquido; pero también puede presentarse en estado sólido, como hielo o en estado gaseoso, como vapor de agua. Es un elemento esencial para la vida de todos los organismos vivos, y la más útil. A continuación se presentan las propiedades físicas según su estado de agregación.

Propiedades físicas y químicas.

El agua es la forma líquida y la más útil del H_2 O. Para que se encuentre en este estado debe estar entre los 0 ºC y los 99 ºC (razón por la que existen océanos, lagos y ríos en la Tierra). El agua es inodora, incolora e insípida. Su importancia resulta en el hecho de que casi todos los procesos químicos, tanto biológicos como de sustancias inorgánicas, se dan en medios disueltos en agua. Entre las moléculas de agua se presentan enlaces de puente de hidrógeno, debido a la formación de dipolos electroestáticos que se originan al situarse un átomo de hidrógeno entre dos átomos electronegativos, en este caso el oxígeno. Es un enlace de gran fuerza, aunque no tanto como los enlaces covalentes. Los enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas del agua pura son responsables de la dilatación del agua al solidificarse, es decir, su disminución de densidad cuando se congela. El agua tiene una densidad aproximada de 1 gr/cm^3 característica especialmente importante en la naturaleza que hace posible el mantenimiento de la vida en medios acuáticos sometidos a condiciones exteriores de bajas temperaturas. Otras características del agua son: tiene un pH neutro, con ciertas sales llega a formar hidratos, reacciona a los óxidos de metales formando bases, es catalizador en muchas reacciones químicas y presenta un equilibrio de auto ionización.

Disolvente: El agua es conocida como un disolvente universal, ya que es capaz de disolver muchos compuestos inorgánicos sólidos, líquidos y gaseosos; aunque en realidad es lo más cercano, ya que si pudiera disolverlo todo no se podrían sintetizar recipientes que pudieran contenerla. El agua es un disolvente polar, por lo que disuelve bien sustancias iónicas y polares; pero no disuelve de manera apreciable sustancias fuertemente apolares y es inmiscible con disolventes apolares. Esta selectividad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que presentan carga iónica o polaridad. El agua no puede disolver sustancias orgánicas, como los aceites, lípidos, proteínas, etc.

Polaridad: Las moléculas de agua son muy polares ya que existen una gran diferencia de electronegatividad entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. Los átomos de hidrógeno son mucho más electronegativos que los átomos de hidrógeno, por lo que esto dota a las moléculas de agua de una polaridad eléctrica en la que del lado del oxígeno hay una excesiva carga negativa y del lado del hidrógeno hay una gran carga positiva. Este hecho tiene una importante consecuencia, y es que las moléculas de agua se atraen fuertemente, adhiriéndose por donde son opuestas las cargas. En la práctica, un átomo de hidrógeno sirve como puente entre el átomo de oxígeno al que está unido covalentemente y el oxígeno de otra molécula. La estructura anterior se denomina enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno.

Cohesión: La cohesión es la propiedad por la que las moléculas de agua se atraen entre sí. Debido a esta interacción se forman cuerpos de agua por adhesión de moléculas de agua, las gotas. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos. Estos puentes se pueden romper fácilmente con la llegada de otra molécula con un polo negativo o positivo dependiendo de la molécula, o, con el calor. La fuerza de cohesión permite que el agua se mantenga líquida a temperaturas no extremas.

Adhesión: El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.

Tensión superficial: Por su misma propiedad de cohesión, el agua tiene una gran atracción entre las moléculas de su superficie, creando tensión superficial. La superficie del líquido se comporta como una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua aún siendo más densos que esta. También es la causa de que se vea muy afectada por fenómenos de capilaridad. Las gotas de agua son estables también debido a su alta tensión superficial. Esto se puede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no solubles, como el vidrio, donde el agua se agrupa en forma de gotas.

Capilaridad: es la propiedad de ascenso, o descenso, de un líquido dentro de un tubo capilar. Esto se debe a sus propiedades de adhesión y cohesión. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende espontáneamente por el capilar como si trepase "agarrándose" por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua se equilibra con la presión capilar.

Calor específico: El agua puede absorber grandes cantidades de calor que es utilizado para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. El calor específico del agua se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un grado Celsius, a un gramo de agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°C•g. Esta propiedad es fundamental para los seres vivos (y la Biosfera en general) ya que gracias a esto, el agua reduce los cambios bruscos de temperatura, siendo un regulador térmico muy bueno. La capacidad calorífica del agua es mayor que la de otros líquidos.

Temperatura de fusión y ebullición: Presenta un punto de ebullición de 100 °C a presión de 1 . El calor latente de evaporación del agua a 100 °C. Tiene un punto de fusión de 0 °C a presión de 1 atm, sin embargo, nuevos estudios han demostrado que el agua no se fusiona completamente a 0 °C. El calor latente de fusión del hielo a 0 °C. La temperatura crítica del agua, es decir, aquella a partir de la cual no puede estar en estado líquido independientemente de la presión a la que esté sometida, es de 374 °C y se corresponde con una

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