Estructura Molecular Del Agua Y Sus Derivados

La estructura molecular del agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, enlazados químicamente mediante enlaces polares covalentes (Figura 5-1). Los ángulos entre los enlaces son de 105º. El átomo de oxígeno tiene dos pares de electrones no compartidos, lo cual causa que el extremo del oxígeno de la molécula de agua tenga una leve electrificación negativa neta. Los átomos de hidrógeno dan al otro extremo de la molécula de agua, una leve electrificación positiva neta.

Fig. 5-1 Estructura molecular del agua.

El agua en el planeta se encuentra en tres fases: líquida, sólida y gaseosa.

El agua líquida es la más densa de las tres fases y sus moléculas se distribuyen en forma menos ordenada que en la fase sólida y más ordenada que la fase gaseosa. Un líquido tiene un volumen definido, pero no una forma definida. Así el agua líquida puede tomar la forma de su contenedor, ya sea un cilindro o bien una caja. . Se denomina hielo al agua en su fase sólida, siendo prácticamente agua pura ya que no permite sales en su interior. Los sólidos poseen una distribución de moléculas más ordenada, mecánicamente rígida, por lo que el hielo, como todos los sólidos, tiene forma y tamaño definido, siendo ambos independientes de su contenedor.

El agua en fase gaseosa es llamada vapor o vapor de agua. Esta fase se caracteriza porque sus moléculas se encuentran menos cohesionadas entre ellas, que en las fases sólidas o líquidas. Como cualquier gas, el vapor de agua no tiene forma ni tamaño definido. Por ejemplo, se puede poner un poco de gas en un globo y luego cambiar la forma y tamaño del gas con solo deformar el globo.

Los cambios de fase entre sólido, líquido y gas tienen nombres específicos. La transición de estado sólido a líquido se denomina fusión o derretimiento y su inverso es congelamiento. La temperatura a la cual esto ocurre se les llama punto de fusión, o de congelamiento respectivamente, siendo para el agua pura a 0 ºC. Si se mantiene la temperatura del agua a 0 ºC en un contenedor cerrado que tiene 1 atm de presión, las dos fases coexistirán en equilibrio.

La transición de estado líquido a gaseoso en el agua pura es llamada evaporación y su inverso como condensación. La temperatura a la cual esto ocurre se les llama punto de ebullición, o de condensación respectivamente, siendo para el agua de 100 ºC. Si se calienta a 100 ºC en un contenedor cerrado a 1 atm de presión, las dos fases coexistirán en el equilibrio. Si se abriera el contenedor, algunas de las moléculas del gas escaparían.

La transición directa desde la fase sólida a gaseosa en agua pura se denomina sublimación. El hielo sublimará, especialmente en los climas polares.

Cuando se le aplica calor a una sustancia, las moléculas se mueven más rápido y se apartan unas de otras, lo que disminuye la densidad de la sustancia. Así el movimiento de las moléculas es el más rápido en la fase gaseosa y el más lento en la fase sólida. Cuando se remueve calor de una sustancia las partículas se mueven más lento y las partículas se acercan más por lo que aumenta la densidad de una sustancia.

Los sólidos son más densos que sus respectivos líquidos. Sin embargo, en el caso del agua esto no sucede y es así como el hielo flota sobre el agua líquida, es decir, el hielo tiene menor densidad que el agua líquida. Esto es posible debido a que entre moléculas de agua existe un enlace adicional relativamente débil, denominado enlace de hidrógeno que es más largo que el enlace covalente polar (Figura 5-2). Este es causado por la atracción electrostática entre el extremo electrificado negativamente de la molécula de agua y el extremo electrificado positivamente de una molécula vecina.

En el hielo, todas las moléculas de agua forman un número máximo de enlaces, los cuales son cuatro por molécula (dos

Fig. 5-2 Enlace de hidrógeno.

covalentes polares y dos de hidrógeno), y crean de esta manera una estructura hexagonal más espaciada y por lo tanto menos densa. En el agua líquida sólo algunas moléculas forman enlaces de hidrógeno por lo que las moléculas de agua se encuentran a menor distancia unas de otras y por lo tanto más densa. En el vapor de agua, prácticamente no existen enlaces de hidrógeno y las moléculas se encuentran totalmente separadas entre sí, de allí que su densidad es la menor de todas las fases del agua (Figura 5-3).

Fig. 5-3 Estados de las moléculas de agua (izquierda=sólido, centro=líquido, derecha=gaseoso)

Cuando la temperatura del agua disminuye de 20 a 15 ºC (Figura 5-4), las moléculas de agua se hacen más lentas, acercándose unas a otras cada vez más, de esta manera

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