FISICA TERMICA

ANOMALIA DEL AGUA

ANDREA CAROLINA GONZALEZ AYALA

JEAN PIERRE JIMENEZ PULIDO

LUCERO DE JESUS MORALEZ PEREZ

MAGDELEINE PAOLA SARMIENTO SERNA

CINTHIA ZULUAGA BORJA

UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA

TRABAJO PRESENTADO A: ING. INGRID STEFANELL

INGENIERIA INDUSTRIAL

TERCER SEMESTRE

2012

TABLA DE CONTENIDO

1. Introducción

2. Objetivos

2.1 Objetivo General

2.2 Objetivos Específicos

3. Justificación

4. Marco Histórico

5. Marco Teórico

6. Aplicaciones a la Ingeniería

7. Conclusión

8. Bibliografía

1. INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo se presenta la investigación, estudio y análisis de las Condiciones frente a las que el agua se comporta en forma anómala aplicándolas al contexto de la ingeniería, el cual será útil a nuestros proyectos a largo plazo.

Es necesario recalcar conceptos físicos y químicos para llegar a estas anomalías, y conceptos de agua blanda y dura que son importantes conocer debido a que es difícil el trabajar con ellas en el área industrial y domestica.

El agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la humana. El agua adecuada para el consumo humano se llama agua potable. Como se conoce, el agua que no reúne las condiciones adecuadas para su consumo puede ser potabilizada mediante filtración o mediante otros procesos fisicoquímicos, se sabe que estos conllevan a múltiples propiedades que entre ellas se encuentra el comportamiento anormal que es algo fuera de control, pero que involucra ciertos hechos en varios campos.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Conocer las condiciones frente a las que el agua se comporta en forma anómala.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Argumentar conceptos básicos sobre el agua y su estructura molecular.

• Aprender los diferentes usos del agua en la vida cotidiana, específicamente en el campo ingenieril.

• Enfatizar en la relación existente entre el comportamiento anormal del agua y la densidad de éste.

• Ampliar conocimientos sobre el impacto ambiental que se tiene actualmente para esta sustancia.

3. MARCO TEORICO

3.1 EL AGUA

El agua es para todos una sustancia familiar, y forma parte de muchas de nuestras actividades de cada día. Si analizamos sus propiedades particulares, nos daremos cuenta porqué es esencial para la conservación de la vida.

En la antigua Grecia, Tales de Mileto creía que el agua era la sustancia original del universo, que todo había surgido de ella y que todo debía retornar a su fuente.

Siglos más tarde, Empédocles postuló que el agua era uno de los cuatro elementos primitivos, junto con el fuego, aire y la tierra, y que unido a las dos fuerzas motrices, amor y lucha, dan origen a todo lo existente.

3.2 NATURALEZA DEL AGUA

Desde las concepciones antiguas, tuvieron que pasar muchos siglos para lograr dilucidar la verdadera naturaleza del agua: su composición química y las propiedades que la caracterizan.

En 1781, Henry Cavendish en sus estudios sobre el hidrógeno, comprobó que al arder este gas en presencia de oxígeno o de aire, se formaba agua. Sin embargo, Lavoisier fue el primero en demostrar que el agua que no es un elemento como se creía hasta entonces, sino un compuesto que se forma a partir de dos gases: hidrógeno y oxígeno.

En la actualidad, a través de un proceso llamado hidrólisis, es posible demostrar que los elementos constitutivos del agua son el hidrógeno y el oxígeno. El procedimiento consiste en descomponer el agua, aplicando corriente eléctrica para obtener H2 y O2. Ambos gases se recogen en recipiente independientes.

El agua es muchos aspectos una sustancia única, es el disolvente más frecuente, es líquido a temperaturas ambiente normales. No es inflamable ni tóxico y, lo que es más importante disuelve una gran variedad de sustancias.

3.3 ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DEL AGUA

La estructura de la molécula del agua la constituyen dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, la cuál se unen a través de un enlace covalente polar, dando como resultado una molécula de estructura angular.

Por otra parte, como sabemos, su fórmula química es H2O, que nos indica que la proporción de hidrógeno y oxígeno en la molécula de agua es 2:1

Si comparamos el átomo de hidrógeno y oxígeno, veremos que este último es un átomo de mayor tamaño y por lo mismo tiene más electrones o densidad electrónica que el átomo de hidrógeno. Esta característica determina que la molécula seapolar, es decir, sobre el átomo de oxígeno hay una densidad electrónica mayor que genera una carga parcial negativa.

Del mismo modo que existen las uniones interatómicas (enlace iónico, covalente), hay otras: las uniones intermoleculares.Estas permiten mantener unidas las moléculas de un compuesto. Dada las características de polaridad de la molécula de agua, la unión se establece por medio de una fuerza de atracción intermolecular de tipo eléctrica, llamada enlace o puente de hidrógeno.

3.4 PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA

Las características estructurales del agua, su geometría y el tipo de enlace entre sus moléculas son claves para comprender sus peculiares propiedades.

3.4.1 La ebullición y fusión del agua: A nivel del mar, la temperatura de ebullición del agua es de 100 ºC y la de fusión es de 0ºC . estas temperaturas son altas si las comparamos con la de otros compuestos formados también por hidrógeno y por un elemento no metálico del mismo grupo del oxígeno. (El H2S presenta temperatura de ebullición y fusión de -61 ºC y -82 ºC, respectivamente.

3.4.2 Densidad del agua: La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro.

3.4.3 Comportamiento inusual del agua: Cuando el agua cambia de estado líquido al sólido se comporta en forma inusual: en vez de contraerse o reducir su volumen, como el resto de los líquidos, se expande, es decir, las moléculas de agua se organizan en el espacio, conformando una estructura molecular abierta. Esto determina que el hielo sea menos denso que el agua líquida, y por lo tanto flote en el agua.

Relacionando el comportamiento inusual del agua y la densidad de éste, las atracciones establecidas por los puentes de hidrogeno entre sus moléculas, son las que determinan la dureza del hielo y su baja densidad, que a su vez se debe a la estructura abierta del sólido, donde se ordenan las unidades H2O enlazadas entre sí por estos puentes.

El hielo presenta una menor densidad que el agua en estado líquido y, además, exhibe una baja conductividad térmica. Dichas propiedades explican que, a bajas temperaturas, el hielo queda en la superficie de los mares y lagos y no se produce el congelamiento completo de estos depósitos naturales, posibilitando así la existencia de variadas formas de vida acuática.

El fenómeno anterior se relaciona con la llamada anomalía del agua, que es una excepción a la regla general de que los sólidos son más densos que los líquidos: la densidad del agua líquida sobre 0ºC es mayor que la del hielo. En estado líquido aumenta hasta alcanzar su valor máximo exactamente a 3,98ºC (1g/ml). A temperaturas mayores que esa se comporta de manera normal, vale decir, como los otros líquidos, disminuyendo su densidad cuando la temperatura aumenta.

En el siguiente gráfico podrás apreciar la variación de la densidad del agua entre 0 ºC y 10 ºC.

3.4.4 Tensión superficial: las fuerzas de cohesión que se establecen entre las moléculas superficiales son diferentes a las del interior. Mientras las moléculas bajo la superficie líquidas experimentan fuerzas de atracción con otras moléculas vecinas en todas las direcciones, las que se encuentran en la superficie están ligadas sólo por otras moléculas superficiales y por aquellas ubicadas inmediatamente debajo. Esto crea una mayor tensión sobre la superficie del líquido, llamada tensión superficial. Con la sola excepción del mercurio, el agua tiene la tensión superficial más elevada de todos los líquidos comunes.

3.4.5 El agua como solvente: El agua es el mejor disolvente que la mayoría de los líquidos corrientes. Las sales y otros compuestos iónicos se disuelven en agua con facilidad, pero son insolubles en otros en otros solventes, como la acetona. En la naturaleza es de considerable importancia que el agua sea un buen disolvente, ya que muchas reacciones transcurren en medio acuoso.

4. APLICACIONES A LA INGENIERIA

 Aplicaciones a la ingeniería “Mecánica de fluidos”

Los fluidos desempeñan un interés excepcional en la técnica y en primer lugar el agua

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