Propiedades del Agua
El agua es la más familiar de las sustancias químicas. El agua es el compuesto más abundante de la superficie terrestre, que tiene un papel importante en muchos procesos físicos y químicos de los cuáles depende la vida.
Los filósofos presocráticos consideraban el agua como uno de los cuatro elementos fundamentales. En 1781 Cavendish obtuvo agua quemando hidrógeno en aire. Lavoisier verificó su composición y la empleó como base para fijar el concepto de cuerpo puro al destilarla y comprobar que no variaban sus propiedades. Su composición centesimal fue determinada por W. Morley.
El agua se encuentra irregularmente repartida en la naturaleza. Tres cuartas partes de la superficie terrestre están cubiertas por agua. Mares y océanos contienen aproximadamente 1 348 000 000 km3 de agua. El agua de ríos, lagos y lagunas equivale aproximadamente a 8 659 000 km 3 de agua. Las capas de hielo y glaciares equivalen aproximadamente a 28 200 000 km3 de agua.
Cerca del 97% del agua de la Tierra es agua del mar, aproximadamente 2% se encuentra en forma de hielo, quedando menos del 1% como agua dulce disponible para el hombre.
Fisiológicamente el agua es el compuesto más abundante en los seres vivos.
Propiedades físicas del Agua
El agua líquida es el transparente, incolora e inodora en estado puro. Las propiedades más importantes del agua son:
Punto de congelación: 0.000 ºC
Punto de ebullición a 1 atm: 100.0 ºC
Densidad del hielo a 0 ºC: 0.917 g/cm3
Densidad del agua a 4 ºC: 0.99997 g/cm3
Calor de fusión: 80 cal/g
Calor de vaporización: 540 cal/g
Capacidad calorífica (calor específico): 1.0 cal/g ºC
Tensión superficial a 20 ºC: 7.28 N/m
Constante dieléctrica a 20 ºC: 80.10
El agua en condiciones normales es un líquido compuesto por dos elementos que a la temperatura ambiente son gases: hidrógeno y oxígeno, que se encuentran en relación de dos a uno respectivamente.
Valores que representan la composición del agua:
Composición del Agua | Oxígeno | Hidrógeno |
Atómica En masa (u.m.a) En volumen (L) % En masa | 1 16.00 1.0 88.81 | 2 2.016 2.0 11.19 |
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.
Propiedades químicas del Agua
Formación de hidratos
El agua es capaz de formar cristales hidratados con una variedad de sales. La polaridad de la molécula de agua es la responsable de la formación de hidrátos, los que se forman ya sea por la fuerza de atracción que el catión ejerce sobre el polo negativo de la molécula del agua, o bien por la formación de enlaces covalentes coordinados con los electrones del átomo de oxígeno.
Por ejemplo: Na2SO4.IOH2O sulfato de sodio decahidratado (sal de Glauber)
Hidrólisis
Una reacción de hidrólisis (del griego: rompimiento por agua) puede describirse en forma general por la siguiente reacción:
AB + HOH à A OH + HB
Ejemplos:
NH4CN + H2O à NH4OH + HCN
NH4CL + H2O à NH4OH + HCL
Reacciones de óxido-reducción
El agua tiene un carácter oxidante-reductor, es decir puede actuar como agente oxidante o como reductor liberando hidrógeno u oxígeno respectivamente. El poder reductor se manifiesta con elementos no metálicos muy reactivos. El poder oxidante ocurre en el caso de metales muy activos liberando hidrógeno.
Otras reacciones del agua
a) Óxido + agua à hidróxido
b) Óxido + agua à ácido
c) Metales de transición caliente: se forma el óxido y se libera hidrógeno.
d) Con el carbono a altas temperaturas.
El agua es excelente disolvente de líquidos polares que contienen en sus moléculas que contienen en sus moléculas grupos: OH,NH2 Y SH. Esos grupos polares no son iones, sino radicales en los que hay una ligera separación entre cargas negativas y positivas.
Práctica. Estudio de las propiedades físicas y químicas del agua.
Objetivo:
Estudiar algunas propiedades del agua.
Materiales y sustancias:
Vidrio de reloj, agitador, tubo de ensayo, mechero, cápsula de porcelana, recipiente con agua, frasco con agua para invertir en el recipiente, pinzas, tela de alambre, sufato de sodio, sulfato de cobre (II), sodio metálico.
Procedimiento:
1. Con el agitador se toman unas gotas de agua de la llave, se pone en un vidrio de reloj y se dejan evaporar. Se observa que queda en el vidrio un sedimento fino formado por las sustancias que tenía el agua en disolución.
2. En un tubo de ensayo se vierte la cantidad de agua necesaria para llenar unos tres centímetros del tubo colocado verticalmente. Se agrega una pequeña cantidad de sulfato de cobre (II) pulverizado, se agita y se disuelve el sulfato formándose una solución azul. Se sigue añadiendo mas sulfato de cobre (II) hasta que ya no se disuelve mas.
Entonces la solución ha quedado saturada a la temperatura del laboratorio. Si se calienta el tubo al mechero y se sigue agitando, se ve que se disuelve el solido que había quedado en el fondo. Se agrega mas y así se prosigue hasta que ya no se pueda disolver mas, ni siquiera a la temperatura de ebullición. Se vacía la solución en una cápsula de porcelana y se deja enfriar. Al ir enfriándose con ligera agitación del líquido ya no puede contener tanto sulfato de cobre (II) en solución como cuando estaba caliente y el exceso de esa sustancia cristaliza.
3. Si el experimento anterior se efectúa con el sulfato de sodio y después de disolver en caliente la máxima cantidad posible y filtrar cuidadosamente de deja enfriar muy lentamente y sin agitar el líquido se verá que no cristaliza el excedente que se había agregado después de saturar en frío, sino que queda con una cantidad disuelta superior a la saturación. A esa solución se le llama sobresaturada. Se encuentra en unas condiciones inestables. Basta agitar o agregar un cristalito de sal para que cristalice rápidamente toda la cantidad excedente de soluto.
4. El sodio es un metal blando muy alterable a la intemperie y por eso se guarda en frascos llenos de petróleo. Sin tocarlo con las manos se saca el frasco y se corta un pedacito muy pequeño que se puede recoger con pinzas y poner en una redecilla de alambre. Se coloca el pedacito de sodio en la redecilla y se mete debajo de un tubo invertido lleno de agua. Se desprenden del sodio burbujas que si se recogieran permitirían ver que el gas producido es hidrógeno, porque se enciende fácilmente; sin embargo, no es recomendable hacer este experimento si no se toman las debidas preucaciones. Al tocar el agua con los dedos se nota una sensación jabonosa.
La reacción que ha ocurrido es la siguiente:
2Na + 2H2O à 2NaOH + H2
Resultados
1,2 y 3 Ya se explicó anteriormente lo que son las soluciones (al hablar del agua) si bien estos fenómenos ocurren también con cualquier clase de líquido. El liquido que se disuelve (ordinariamente el agua) se llama disolvente y la sustancia disuelata se llama soluto. Al disolver sulfato de cobre (II) se puso de manifiesto lo que es una solución saturada: es aquella en la que se ha disuelto la máxima cantidad posible de sustancia y en la que se encuentran cristales de soluto dentro del líquido. Cuando en una forma inestable hay disuelta una cantidad mayor, se dice que la solución esta sobresaturada, pero en tal caso no hay cristales de soluto en la solución.
Cuando la cantidad de soluto es muy pequeña se llama solución diluida; cuando es mayor se llama solución concentrada. Los términos “concentrada y diluida” no tienen significado preciso.
Si se tienen 100g de disolvente y se le agrega todo el soluto que sea necesario para saturar la solución a esta cantidad de soluto se le llama coeficiente de solubilidad (a una temperatura y presión dadas) o simplemente solubilidad.
La propiedad que tiene el sodio de reaccionar con el agua desprendiendo hidrógeno es una característica común a diversos metales. Esta propiedad se expresa diciendo que el metal desaloja el hidrógeno del agua.
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