Estructura y propiedades del agua

El agua es un recurso natural valioso. El agua es esencial para la supervivencia de todos los seres vivos. No podemos imaginar un mundo sin agua. Los animales y las plantas necesitan agua para completar sus actividades metabólicas diarias. Las plantas necesitan agua para sintetizar su alimento a través del proceso de fotosíntesis. Todos podemos pasar días sin comida, pero no podemos imaginar pasar días sin agua; sin agua, incluso las plantas se secan y pierden sus hojas.

El agua es una sustancia química incolora y transparente que es el constituyente principal de los arroyos, océanos y lagos de la corteza terrestre. Es un fluido importante que juega un papel importante en la supervivencia de la vida en la Tierra. 

H ₂ O es la fórmula química del agua. Se compone de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno unidos por enlaces covalentes. Este líquido constituye el 71% de la superficie terrestre.

Estados del agua

1. El agua en su estado sólido se conoce como hielo. El agua se congela para formar hielo a 0 grados centígrados (punto de congelación del agua).
2. El agua en estado líquido cubre la mayor parte de la superficie terrestre. Se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones.
3. El vapor de agua es el estado gaseoso del agua. El agua alcanza su punto de ebullición a 100 grados centígrados y se convierte en vapor de agua.

Propiedades físicas del agua

• Fórmula química: H ₂ O es la fórmula química del agua, como todos sabemos. Los enlaces covalentes existen entre los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula de agua. Un solo átomo de oxígeno forma una conexión con dos átomos de hidrógeno.
• Aspecto: En su estado natural, el agua es un líquido incoloro, iNodero e insípido.
• Punto de ebullición: el agua tiene un punto de ebullición de 100 grados centígrados, como todos sabemos. Sin embargo, el punto de ebullición comparativamente alto del agua viola la tendencia de la tabla periódica. El hidrógeno (el próximo hidruro) tiene un punto de ebullición relativamente alto en comparación con el telururo de hidrógeno y el sulfuro de hidrógeno, los cuales tienen puntos de ebullición bajos. Esto se debe a los enlaces de hidrógeno extremadamente fuertes en la molécula de agua. Se necesita mucha energía para que se rompan y empiecen a hervir.
• Punto de congelación: La misma noción se aplica al punto de congelación del agua. El agua tiene un punto de congelación de 0 grados centígrados. El hecho de que el agua tarde mucho en congelarse (o incluso hervir) es fundamental para la existencia de nuestro ecosistema.
• Densidad: Una de las propiedades notables del agua es que es densa en su condición de venta. La densidad del agua aumenta a medida que se enfría hasta 4°C. Sin embargo, después de eso, el agua se vuelve menos densa. El hielo flota en el agua debido a esto.
• Viscosidad: Debido a interacciones intermoleculares muy fuertes, el agua tiene una alta viscosidad.
• Solvencia: El agua es un solvente altamente efectivo. Incluso se conoce como un solvente universal.

Propiedades químicas del agua

• Naturaleza anfótera: el agua es de naturaleza anfótera porque puede actuar como ácido y como base. Las siguientes dos reacciones muestran que el agua es de naturaleza anfótera.

H ₂ O (l) + HCl (aq) ⇌ H ₃ O ⁺ + Cl ^–  

H ₂ O (l) + NH ₃ (aq) ⇌ NH ⁴⁺  + OH ^–

• Reacciones redox: el agua se reduce a una molécula de hidrógeno por elementos electropositivos. Como resultado, el agua es una rica fuente de hidrógeno. El agua se oxida a O ₂ durante el proceso de fotosíntesis. El agua es muy útil en las reacciones redox porque puede oxidarse y reducirse.
• Reacción de hidrólisis: Debido a su constante dieléctrica, el agua tiene una tendencia muy fuerte a la hidratación. Disuelve una amplia gama de compuestos iónicos. El agua puede hidrolizar algunos compuestos covalentes e iónicos.

Estructura del agua

Agua líquida

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno que se unen mediante un solo enlace químico a un átomo de oxígeno. El núcleo de la mayoría de los átomos de hidrógeno está compuesto enteramente por protones. El agua contiene dos formas isotópicas, deuterio y tritio, en las que los núcleos atómicos también contienen uno y dos neutrones, respectivamente. El rust de deuterio (D ₂ O), también conocido como agua pesada, se utiliza en la investigación química y como moderador de neutrones en algunos reactores nucleares.

Los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua son atraídos hacia áreas con alta densidad de electrones y pueden formar enlaces débiles, conocidos como enlaces de hidrógeno, con esas áreas. Esto significa que los átomos de hidrógeno en una molécula de agua son atraídos por los pares de electrones no enlazantes del átomo de oxígeno de una molécula de agua adyacente. Se cree que la estructura del agua líquida está formada por agregados de moléculas de agua que se forman y se vuelven a formar constantemente. Otras propiedades inusuales del agua, como su alta viscosidad y tensión superficial, se explican por este orden de corto alcance.

estructuras de hielo

Las interacciones intermoleculares en el estado sólido (hielo) dan como resultado una estructura altamente ordenada pero suelta en la que cada átomo de oxígeno está rodeado por cuatro átomos de hidrógeno, dos de los cuales están unidos covalentemente al átomo de oxígeno y los otros dos (a distancias mayores) son hidrógeno unido a los pares de electrones no compartidos del átomo de oxígeno.

Debido a su estructura abierta, el hielo tiene una densidad más baja que el agua líquida, en la que la estructura ordenada se descompone parcialmente y las moléculas de agua están (en promedio) más juntas. Dependiendo de las condiciones, el agua puede congelarse en una variedad de estructuras.

Importancia de la estructura del agua líquida.

• El estado líquido del agua tiene una estructura muy compleja, lo que sin duda implica una importante asociación de moléculas. Debido a los numerosos enlaces de hidrógeno entre las moléculas del agua líquida, los valores de propiedades como la viscosidad, la tensión superficial y el punto de ebullición son mucho más altos de lo que se esperaría para un líquido típico con moléculas pequeñas. A diferencia de los estados condensados ​​del agua (sólido y líquido), que tienen una amplia asociación entre las moléculas de agua, la fase gaseosa (vapor) tiene moléculas de agua relativamente independientes separadas por grandes distancias.
• La polaridad de la molécula de agua es importante en la disolución de compuestos iónicos durante la formación de soluciones acuosas. Los océanos de la Tierra contienen grandes cantidades de sales disueltas, que son valiosos recursos naturales. Además, los cientos de reacciones químicas que tienen lugar cada segundo para mantener vivos a los organismos tienen lugar en fluidos acuosos. Además, la solubilidad en agua de sustancias como el azúcar y la sal permite dar sabor a los alimentos mientras se cocinan. Aunque la solubilidad del soluto en agua es un proceso muy complejo, la interacción entre las moléculas polares de agua y el soluto es crucial.
• Cuando un sólido iónico se disuelve en agua, los aniones atraen los extremos positivos de las moléculas de agua, mientras que los cationes atraen los extremos negativos. Esto se conoce como hidratación. La hidratación de los iones de una sal hace que se rompa (disuelva) en agua. Durante el proceso de disolución, las fuertes fuerzas que existían entre los iones positivos y negativos del sólido son reemplazadas por fuertes interacciones agua-iones.

Importancia del agua

1. La agricultura es el uso más importante del agua. El riego es necesario para la agricultura, y el agua es un componente crítico en la producción de alimentos.
2. Dependiendo del tamaño del cuerpo, el cuerpo humano contiene de 50 a 78 % de agua. Para evitar la deshidratación, los humanos deben beber 7 litros de agua por día.
3. Es esencial para la digestión, así como para otros procesos biológicos que ocurren en los organismos vivos. Es esencial para mantener el pH del cuerpo. También ayuda en el movimiento de anticuerpos del sistema inmunológico.
4. Ayuda en la regulación de la temperatura corporal. El agua proporciona al cuerpo el efecto refrescante necesario.
5. A través de la transpiración y la micción, el agua elimina las toxinas dañinas del cuerpo. Evita que los desechos se acumulen en los organismos vivos.
6. Se utiliza para crear emulsiones y soluciones que se utilizan en el proceso de lavado.
7. El consumo doméstico de agua representa el 15% del consumo total de agua. El agua se utiliza para beber, bañarse, cocinar y lavar platos, ropa, frutas y verduras, así como para cepillarse los dientes.
8. Se utiliza en la creación del producto o para enfriar el equipo utilizado en la creación del producto. El agua industrial se utiliza para lavar, enfriar, procesar, transportar, diluir o fabricar un producto. La mayor parte del agua se utiliza en la fabricación de productos químicos, papel y alimentos.
9. Se utiliza en el transporte, la fabricación, la energía hidroeléctrica, la eliminación de desechos corporales, el turismo y la recreación.

Preguntas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuál es el uso más importante del agua?

Responder:

El uso doméstico del agua es el uso diario más significativo del agua para la mayoría de las personas. El uso doméstico se refiere al agua utilizada en el hogar a diario, como beber, cocinar, bañarse, lavar la ropa y los platos, descargar los iNoderos y regar el césped y los jardines.

Pregunta 2: ¿El agua proporciona energía?

Responder:

El agua contiene dos tipos de electricidad, así como una variedad de otras sustancias. La energía cinética se considera como el primer tipo de energía. Esta es la electricidad, como la acción, que se utiliza durante la ejecución del proceso. El agua puede fluir como resultado de la energía cinética y se pueden formar olas.

Pregunta 3: ¿Cuál es la fuente natural de agua?

Responder: 

El agua potable se deriva de fuentes naturales como el agua subterránea o el agua de mar. El agua subterránea se forma cuando la nieve y la lluvia se filtran a través del suelo. El agua se recolecta en espacios abiertos y poros, así como en depósitos de arena y grava conocidos como acuíferos.

Pregunta 4: ¿Qué es el enlace de hidrógeno?

Responder:

Un enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo o grupo más electronegativo y otro átomo electronegativo con un solo par de electrones: el aceptor del enlace de hidrógeno.

Pregunta 5: ¿Qué es el enlace de hidrógeno intramolecular?

Responder:

Los enlaces de hidrógeno intramoleculares ocurren dentro de los límites de una sola molécula. Cuando dos grupos funcionales de una molécula pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí, esto sucede.