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Propiedades Físicas y Químicas del agua




Enviado por maibelmartinez



    Indice
    1.
    Introducción

    2. Propiedades Físicas Del
    Agua

    3. Propiedades Químicas del
    Agua

    4. Animales De Agua Dulce
     


    6. Bibliografía

    1.
    Introducción

    Nombre común que se aplica al estado
    líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno
    H2O. Los antiguos filósofos consideraban el agua como
    un elemento básico que representaba a todas las sustancias
    líquidas. Los científicos no descartaron esta idea
    hasta la última mitad del siglo XVIII. En 1781 el
    químico británico Henry Cavendish sintetizó
    agua detonando
    una mezcla de hidrógeno y aire. Sin
    embargo, los resultados de este experimento no fueron
    interpretados claramente hasta dos años más tarde,
    cuando el químico francés Antoine Laurent de
    Lavoisier propuso que el agua no era
    un elemento sino un compuesto de oxígeno
    e hidrógeno. En un documento científico presentado
    en 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac
    y el naturalista alemán Alexander von Humboldt demostraron
    conjuntamente que el agua
    consistía en dos volúmenes de hidrógeno y
    uno de oxígeno, tal como se expresa en la fórmula
    actual H2O.

    2. Propiedades
    Físicas Del Agua

    1) Estado
    físico: sólida, liquida y gaseosa
    2) Color:
    incolora
    3) Sabor: insípida
    4) Olor: inodoro
    5) Densidad: 1
    g./c.c. a 4°C
    6) Punto de congelación: 0°C
    7) Punto de ebullición: 100°C
    8) Presión
    critica: 217,5 atm.
    9) Temperatura
    critica: 374°C

    El agua químicamente pura es un liquido inodoro e
    insípido; incoloro y transparente en capas de poco
    espesor, toma color azul cuando
    se mira a través de espesores de seis y ocho metros,
    porque absorbe las radiaciones rojas. Sus constantes
    físicas sirvieron para marcar los puntos de referencia de
    la escala
    termométrica Centígrada. A la presión
    atmosférica de 760 milímetros el agua hierve a
    temperatura de
    100°C y el punto de ebullición se eleva a 374°,
    que es la temperatura critica a que corresponde la presión
    de 217,5 atmósferas; en todo
    caso el calor de
    vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100°.

    Mientras que el hielo funde en cuanto se calienta por
    encima de su punto de fusión, el
    agua liquida se mantiene sin solidificarse algunos grados por
    debajo de la temperatura de cristalización (agua
    subenfriada) y puede conservarse liquida a –20° en
    tubos capilares o en condiciones extraordinarias de reposo. La
    solidificación del agua va acompañada de
    desprendimiento de 79,4 calorías por cada gramo de agua
    que se solidifica. Cristaliza en el sistema hexagonal
    y adopta formas diferentes, según las condiciones de
    cristalización.

    A consecuencia de su elevado calor especifico y de la
    gran cantidad de calor que pone en juego cuando
    cambia su estado, el agua obra de excelente regulador de
    temperatura en la superficie de la Tierra y
    más en las regiones marinas.

    El agua se comporta anormalmente; su presión de
    vapor crece con rapidez a medida que la temperatura se eleva y su
    volumen ofrece
    la particularidad de ser mínimo a la de 4°. A dicha
    temperatura la densidad del agua
    es máxima, y se ha tomado por unidad. A partir de 4°
    no sólo se dilata cuando la temperatura se eleva,. sino
    también cuando se enfría hasta 0°: a esta
    temperatura su densidad es 0,99980 y al congelarse desciende
    bruscamente hacia 0,9168, que es la densidad del hielo a 0°,
    lo que significa que en la cristalización su volumen aumenta
    en un 9 por 100.

    Las propiedades físicas del agua se atribuyen
    principalmente a los enlaces por puente de hidrógeno, los
    cuales se presentan en mayor número en el agua
    sólida, en la red cristalina cada átomo de
    la molécula de agua está rodeado
    tetraédricamente por cuatro átomos de
    hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y
    así sucesivamente es como se conforma su estructura.
    Cuando el agua sólida (hielo) se funde la estructura
    tetraédrica se destruye y la densidad del agua
    líquida es mayor que la del agua sólida debido a
    que sus moléculas quedan más cerca entre sí,
    pero sigue habiendo enlaces por puente de hidrógeno entre
    las moléculas del agua líquida. Cuando se calienta
    agua sólida, que se encuentra por debajo de la temperatura
    de fusión,
    a medida que se incrementa la temperatura por encima de la
    temperatura de fusión se debilita el enlace por puente de
    hidrógeno y la densidad aumenta más hasta llegar a
    un valor
    máximo a la temperatura de 3.98ºC y una
    presión de una atmósfera. A temperaturas mayores de
    3.98 ºC la densidad del agua líquida disminuye con el
    aumento de la temperatura de la misma manera que ocurre con los
    otros líquidos.

    3. Propiedades
    Químicas del Agua

    1)Reacciona con los óxidos ácidos
    2)Reacciona con los óxidos básicos
    3)Reacciona con los metales
    4)Reacciona con los no metales
    5)Se une en las sales formando hidratos
    1)Los anhídridos u óxidos ácidos
    reaccionan con el agua y forman ácidos
    oxácidos.
    2) Los óxidos de los metales u
    óxidos básicos reaccionan con el agua para formar
    hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el
    agua, pero los óxidos de los metales activos se
    combinan con gran facilidad.
    3) Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo
    hacían a temperatura elevada.
    4)El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los
    halógenos, por ej: Haciendo pasar carbón al rojo
    sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de
    monóxido de carbono e
    hidrógeno (gas de agua).
    5)El agua forma combinaciones complejas con algunas sales,
    denominándose hidratos.
    En algunos casos los hidratos pierden agua de
    cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son
    eflorescentes, como le sucede al sulfato cúprico, que
    cuando está hidratado es de color azul, pero por
    pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico
    anhidro de color blanco.

    Por otra parte, hay sustancias que tienden a tomar el
    vapor de agua de la atmósfera y se llaman
    hidrófilas y también higroscópicas; la sal
    se dice entonces que delicuesce, tal es el caso del cloruro
    cálcico.

    El agua como compuesto quimico:
    Habitualmente se piensa que el agua natural que conocemos es un
    compuesto químico de fórmula H2O, pero
    no es así, debido a su gran capacidad disolvente toda el
    agua que se encuentra en la naturaleza
    contiene diferentes cantidades de diversas sustancias en
    solución y hasta en suspensión, lo que corresponde
    a una mezcla.

    El agua químicamente pura es un compuesto de
    fórmula molecular H2O. Como el átomo de
    oxígeno tiene sólo 2 electrones no apareados, para
    explicar la formación de la molécula H2O
    se considera que de la hibridación de los orbitales
    atómicos 2s y 2p resulta la formación de 2
    orbitales híbridos sp3. El traslape de cada uno
    de los 2 orbitales atómicos híbridos con el orbital
    1s1 de un átomo de hidrógeno se forman dos enlaces
    covalentes que generan la formación de la molécula
    H2O, y se orientan los 2 orbitales sp3
    hacia los vértices de un tetraedro triangular regular y
    los otros vértices son ocupados por los pares de
    electrones no compartidos del oxígeno. Esto cumple con el
    principio de exclusión de Pauli y con la tendencia de los
    electrones no apareados a separarse lo más posible.
    Experimentalmente se encontró que el ángulo que
    forman los 2 enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno
    es de 105º y la longitud de enlace
    oxígeno-hidrógeno es de 0.96 angstroms y se
    requiere de 118 kcal/mol para romper uno de éstos enlaces
    covalentes de la molécula H2O. Además,
    el que el ángulo experimental de enlace sea menor que el
    esperado teóricamente (109º) se explica como
    resultado del efecto de los 2 pares de electrones no compartidos
    del oxígeno que son muy voluminosos y comprimen el
    ángulo de enlace hasta los 105º.
    Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones
    tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la
    misma carga) y cuando no están apareados también se
    repelen (principio de exclusión de Pauli). Además
    núcleos atómicos de igual carga se repelen
    mutuamente.
    Las fuerzas de atracción se deben a que los electrones y
    los núcleos se atraen mutuamente porque tienen carga
    opuesta, el espín opuesto permite que 2 electrones ocupen
    la misma región pero manteniéndose alejados lo
    más posible del resto de los electrones.
    La estructura de una molécula es el resultado neto de la
    interacción de las fuerzas de atracción y de
    repulsión (fuerzas intermoleculares), las que se
    relacionan con las cargas eléctricas y con el espín
    de los electrones.
    De acuerdo con la definición de ácido y
    álcali de Brönsted-Lowry, los 2 pares de electrones
    no compartidos del oxígeno en la molécula
    H2O le proporciona características alcalinas. Los 2 enlaces
    covalentes de la molécula H2O son polares
    porque el átomo de oxígeno es más
    electronegativo que el de hidrógeno, por lo que esta
    molécula tiene un momento dipolar electrostático
    igual a 6.13×10-30 (coulombs)(angstrom), lo que
    también indica que la molécula H2O no es
    lineal, H-O-H.
    El agua es un compuesto tan versátil principalmente debido
    a que el tamaño de su molécula es muy
    pequeño, a que su molécula es buena donadora de
    pares de electrones, a que forma puentes de hidrógeno
    entre sí y con otros compuestos que tengan enlaces como:
    N-H, O-H y F-H, a que tiene una constante dieléctrica muy
    grande y a su capacidad para reaccionar con compuestos que forman
    otros compuestos solubles.
    El agua es, quizá el compuesto químico más
    importante en las actividades del hombre y
    también más versátil, ya que como reactivo
    químico funciona como ácido, álcali,
    ligando, agente oxidante y agente reductor.

    Difusión
    Proceso
    mediante el cual ocurre un flujo de partículas
    (átomos, iones o moléculas) de una región de
    mayor concentración a una de menor concentración,
    provocado por un gradiente de concentración. Si se coloca
    un terrón de azúcar
    en el fondo de un vaso de agua, el azúcar
    se disolverá y se difundirá lentamente a
    través del agua, pero si no se remueve el líquido
    pueden pasar semanas antes de que la solución se aproxime
    a la homogeneidad.

    Ósmosis
    Fenómeno que consiste en el paso del solvente de una
    solución de menor concentración a otra de mayor
    concentración que las separe una membrana semipermeable, a
    temperatura constante. En la ósmosis clásica, se
    introduce en un recipiente con agua un tubo vertical con el fondo
    cerrado con una membrana semipermeable y que contiene una
    disolución de azúcar. A medida que el agua pasa a
    través de la membrana hacia el tubo, el nivel de la
    disolución de azúcar sube visiblemente. Una
    membrana semipermeable idónea para este experimento es la
    que existe en el interior de los huevos, entre la clara y la
    cáscara. En este experimento, el agua pasa en ambos
    sentidos a través de la membrana. Pasa más cantidad
    de agua hacia donde se encuentra la disolución concentrada
    de azúcar, pues la concentración de agua es mayor
    en el recipiente con agua pura; o lo que es lo mismo, hay en
    ésta menos sustancias diluidas que en la disolución
    de azúcar. El nivel del líquido en el tubo de la
    disolución de azúcar se elevará hasta que la
    presión hidrostática iguale el flujo de
    moléculas de disolvente a través de la membrana en
    ambos sentidos. Esta presión hidrostática recibe el
    nombre de presión osmótica. Numerosos principios de la
    física y
    la química
    intervienen en el fenómeno de la ósmosis en
    animales y
    plantas.

    Capilaridad
    Es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de
    pequeño diámetro (tubo capilar), o en un medio
    poroso (por ej. un suelo), debido a
    la acción de la tensión superficial del
    líquido sobre la superficie del sólido. Este
    fenómeno es una excepción a la ley
    hidrostática de los vasos comunicantes, según la
    cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los
    puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos
    capilares, es decir, tubos de diámetro muy pequeño.
    La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas
    creadas por la tensión superficial y por el mojado de las
    paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del
    líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de
    cohesión dentro del líquido (tensión
    superficial), la superficie del líquido será
    cóncava y el líquido subirá por el tubo, es
    decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático.
    Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios.
    Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de
    adhesión, la superficie del líquido será
    convexa y el líquido caerá por debajo del nivel
    hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en
    tubos de vidrio grasientos
    (donde la adhesión es pequeña) o con mercurio en
    tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande). La
    absorción de agua por una esponja y la ascensión de
    la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares
    de ascensión capilar. El agua sube por la tierra debido
    en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como
    la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador
    (plumón) se basan en este principio.

    4. Animales De Agua
    Dulce  
    La composición de las comunidades de agua dulce depende
    más del clima que las de
    agua salada. Los océanos cubren vastas extensiones y se
    entremezclan entre ellos, esto no ocurre con las masas de agua
    dulce. Por esta razón, la propagación de las
    especies de agua dulce está mucho más limitada que
    la de las especies de agua salada. La variación en la
    composición química es mayor en
    las aguas del interior que en las de los océanos, ya que
    los minerales
    disueltos en el agua dulce no pueden dispersarse en áreas
    tan extensas como en aquéllos. Sin embargo, considerando
    estas limitaciones, existen dos grandes divisiones de las aguas
    dulces del interior: aguas corrientes y aguas estancadas. En
    general, las primeras están en relación con el mar,
    y una parte importante de la población animal proviene del gran
    número de especies oceánicas que penetran en los
    ríos. La rapidez de las corrientes en las aguas libres
    requiere que los animales sean grandes nadadores (como el
    salmón), habitantes de las profundidades (como el cangrejo
    de río), o formas que pueden fijarse a las rocas, plantas
    acuáticas, o detritos (como la sanguijuela). Las aguas
    estancadas experimentan pequeñas fluctuaciones, de modo
    que las formas sedentarias y de natación
    lenta son abundantes en estas zonas. Las cuencas de agua
    estancada reúnen una mayor cantidad de detritos
    orgánicos que las que fluyen, lo que hace posible la
    existencia de poblaciones vegetales tan grandes como para
    facilitar un aporte abundante de alimentos a la
    población animal.

    5. Animales De Agua
    Salada 
    Se ha descrito un gran número de
    especies de ballenas y peces
    depredadores en todos los mares. Sin embargo, la mayoría
    de los animales acuáticos están limitados a unas
    áreas climáticas relativamente definidas. En
    general, los animales no abandonan su zona climática y,
    cuando una zona está dividida por masas terrestres, evitan
    el paso a otras masas de agua dentro de la misma zona.

    Las condiciones medio ambientales en las aguas profundas son
    muy diferentes según el nivel de profundidad. La
    temperatura del agua desciende y la presión aumenta a
    medida que se avanza hacia el fondo. Las posibilidades de
    alimentarse, que dependen del número y tipo de plantas y
    animales que existan, varían también mucho con la
    profundidad. Un animal acuático que sólo puede
    sobrevivir en profundidades de 6.000 a 7.000 m, no puede cruzar
    una cordillera del suelo del
    océano si su cresta se encuentra sólo a 3.000 m por
    debajo de la superficie.

    Suponiendo que exista una relativa uniformidad de temperatura,
    presión y condiciones alimentarias, los hábitats de
    agua salada pueden ser divididos en tres zonas: litoral,
    pelágica y abisal. El litoral incluye las regiones
    costeras de océanos y mares, desde la orilla del mar hasta
    una profundidad de aproximadamente 180 m. La población
    animal incluye una gran cantidad de seres vivos propios de la
    zona de orilla como corales, mejillones, artrópodos
    superiores y peces. La zona
    pelágica comprende la columna de agua del mar abierto de
    idéntica profundidad que la del litoral. Muchas formas
    pelágicas, como las medusas y los peces verdaderos
    equipados con cámaras de aire,
    están adaptados para flotar, aunque la mayoría de
    los habitantes de esta zona son capaces de nadar. La zona abisal
    es el fondo oscuro y profundo del océano. Esta
    región carece prácticamente de vida vegetal, pero
    los habitantes abisales, como los cangrejos, se alimentan de
    organismos muertos que se hunden desde la superficie. En este
    entorno, las comunidades de plantas y animales que viven en las
    grietas hidrotermales, donde la cadena
    alimenticia se basa en bacterias que
    digieren azufre, son únicas.

    Agua Subterránea
    Agua que se encuentra bajo la superficie terrestre. Se encuentra
    en el interior de poros entre partículas sedimentarias y
    en las fisuras de las rocas más
    sólidas. En las regiones árticas el agua
    subterránea puede helarse. En general mantiene una
    temperatura muy similar al promedio anual en la zona.

    El agua subterránea más profunda puede
    permanecer oculta durante miles o millones de años. No
    obstante, la mayor parte de los yacimientos están a poca
    profundidad y desempeñan un papel discreto
    pero constante dentro del ciclo hidrológico. A nivel
    global, el agua subterránea representa cerca de un tercio
    de un uno por ciento del agua de la Tierra, es
    decir unas 20 veces más que el total de las aguas
    superficiales de todos los continentes e islas.

    El agua subterránea es de esencial importancia para la
    civilización porque supone la mayor reserva de agua
    potable en las regiones habitadas por los seres humanos. El agua
    subterránea puede aparecer en la superficie en forma de
    manantiales, o puede ser extraída mediante pozos. En
    tiempos de sequía, puede servir para mantener el flujo de
    agua superficial, pero incluso cuando no hay escasez, el agua
    subterránea es preferible porque no tiende a estar
    contaminada por residuos o microorganismos.

    La movilidad del agua subterránea depende del tipo de
    rocas subterráneas en cada lugar dado. Las capas
    permeables saturadas capaces de aportar un suministro útil
    de agua son conocidas como acuíferos. Suelen estar
    formadas por arenas, gravas, calizas o basaltos. Otras capas,
    como las arcillas, pizarras, morrenas glaciares y limos tienden a
    reducir el flujo del agua subterránea. Las rocas
    impermeables son llamadas acuífugas, o rocas
    basamentarias. En zonas permeables, la capa superficial del
    área de saturación de agua se llama nivel
    freático. Cuando en lugares muy poblados o zonas
    áridas muy irrigadas se extrae agua del subsuelo demasiado
    deprisa, el nivel freático puede descender con gran
    rapidez, haciendo que sea imposible acceder a él,
    aún recurriendo a pozos muy profundos.

    Aunque el agua subterránea está menos
    contaminada que la superficial, la
    contaminación de este recurso también se ha
    convertido en una preocupación en los países
    industrializados.

    Agua Pesada
    Isótopo de hidrógeno, estable y no radiactivo, con
    una masa atómica de 2,01363, y de símbolo D o 2H.
    Se conoce también como hidrógeno pesado, al ser su
    masa atómica aproximadamente el doble de la del
    hidrógeno normal, aunque ambos tienen las mismas
    propiedades químicas. El hidrógeno, tal como se da
    en la naturaleza,
    contiene un 0,02% de deuterio. Este isótopo tiene un punto
    de ebullición de -249,49 °C, 3,28 °C
    más alto que el del hidrógeno. El agua pesada
    (óxido de deuterio, D2O) tiene un punto de
    ebullición de 101,42 °C (en el agua normal es de
    100 °C); tiene un punto de congelación de
    3,81 °C (en el agua normal es de 0 °C), y a
    temperatura ambiente su
    densidad es un 10,79% mayor que la del agua normal.

    El químico estadounidense Harold Clayton Urey, junto
    con sus colaboradores, descubrió el deuterio en 1932;
    consiguió separar el primer isótopo en estado puro
    de un elemento. Los métodos
    más eficaces utilizados para separar el deuterio del
    hidrógeno natural son la destilación fraccionada del agua y el
    proceso de
    intercambio catalítico entre agua e hidrógeno. En
    este último, al combinar agua e hidrógeno en
    presencia de un catalizador apropiado, se forma deuterio en el
    agua en una cantidad tres veces superior que en el
    hidrógeno. El deuterio también se puede concentrar
    por electrólisis, centrifugación y
    destilación fraccionada del
    hidrógeno líquido.

    El núcleo de los átomos de deuterio, llamado
    deuterón, es muy útil para la investigación en el campo de la física, ya que puede
    ser acelerado fácilmente por ciclotrones y otros aparatos
    semejantes, utilizándose como proyectil atómico en
    la transmutación de elementos. El deuterio también
    tiene importantes aplicaciones en la investigación biológica y se usa
    como isótopo trazador en el estudio de los problemas del
    metabolismo.

    Durante la II Guerra Mundial,
    el agua pesada se empleó como agente moderador en los
    primeros tipos de reactores nucleares, aunque el grafito ha ido
    ocupando su lugar gradualmente. El deuterio, en forma de
    óxido de deuterio o de deuteruro de litio, es, junto con
    el tritio, un componente esencial de las armas de
    fusión nuclear, también llamadas bombas de
    hidrógeno.

    Agua Mineral
    Agua de manantial que contiene sales minerales o
    gases y que,
    por tanto, puede tener efectos diferentes sobre el cuerpo
    humano que el agua corriente. Las aguas minerales se han empleado
    como remedio desde la más remota antigüedad, y eran
    familiares para los antiguos griegos y romanos. Acostumbran a
    clasificarse en alcalinas, salinas, ferruginosas, sulfurosas,
    aciduladas y arseniosas. Las aguas minerales más notables
    son las de Vichy, Tehuacán, Apollinaris y Caldas de
    Malavella, bicarbonatadas; Apenta, Friedrichhall y Ledesma, aguas
    salinas ricas en sulfatos; Karlovy Vary, Marienbad, Solares y
    Cestona, ricas en cloruro sódico; Lanjarón,
    ferruginosa; Aquisgrán, Baden y Aix-les-Bains, sulfurosas;
    Bath y Baden, arseniosas; y Panticosa, rica en
    nitrógeno.

    6. Bibliografía

    • Biologia I, Estrada, 1995
    • Ciencias Biologicas I, Santillana, 1988
    • Quimica General e Inorganica, Kapuluz, 1995

     

     

    Autor:

    Juan Martin Paramio

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