EXPLICACION
Veamos primero las densidades de los tres líquidos: agua (1 g/ml),
aceite (0,92 g/ml) y alcohol (0,79 g/ml). El aceite flota en el agua porque es menos denso, pero se hunde en
el alcohol porque es mas denso. Por consiguiente, puede
prepararse una mezcla de agua y alcohol, en la cual dicho aceite ni flote ni se hunda hasta el fondo. La molécula
de agua (H2O) se comporta como un iman. Tiene un polo positivo y otro negativo. El
aceite, por su parte, se comporta de una forma completamente opuesta. Es
un compuesto neutro. No tiene polaridad. Es decir, no se
comporta como
un iman. Por eso, no siente ni atracción
ni repulsión por las moléculas de agua. El efecto es el mismo que
si acercas un iman a un trozo de madera, por ejemplo.
Así, solo seran solubles en agua aquellas sustancias que se
comporten como
un iman. Algunos ejemplos de sustancias caseras de este
tipo son el alcohol o el amoniaco. Lo que se disuelve en agua nunca se
disuelve en aceite
Por otra parte, y siguiendo el dicho 'Cada oveja con su pareja' lo que se
disuelve en agua nunca se disuelve en aceite y lo que se disuelve en aceite
nunca se disuelve en agua.
PROPIEDADES DEL AGUA
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
mas en las regiones marinas.
El agua secomporta 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 maxima, 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 atomo de la
molécula de agua esta rodeado tetraédricamente por cuatro
atomos 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 mas 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 aumentamas hasta llegar a
un valor maximo 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.
Propiedades Químicas del Agua
1) Reacciona con los óxidos acidos
2) Reacciona con los óxidos basicos
3) Reacciona con los metales
4) Reacciona con los no metales
5) Se une en las sales formando hidratos
1) Los anhídridos u óxidos acidos reaccionan con
el agua y forman acidos oxacidos.
2) Los óxidos de los metales u óxidos basicos
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, denominandose 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 esta hidratado es de color azul, pero
por pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico anhidro de
color blanco.
Por otra parte, haysustancias 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 calcico.
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 atomo 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 atomo 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 mas posible.
Experimentalmente se encontró que el angulo que forman los 2
enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno es de 105º y lalongitud
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. Ademas, el que el angulo 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 angulo de enlace hasta los 105º.
Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones tienden a
mantenerse separados al maximo (porque tienen la misma carga) y cuando
no estan apareados también se repelen (principio de
exclusión de Pauli). Ademas 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 mas 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 acido y alcali 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
atomo de oxígeno es maselectronegativo que el de
hidrógeno, por lo que esta molécula tiene un momento dipolar
electrostatico igual a 6.13x10-30 (coulombs angstrom),
lo que también indica que la molécula H2O no es lineal, H-O-H.
El agua es un compuesto tan versatil 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, quiza el compuesto químico mas importante en
las actividades del hombre y
también mas versatil, ya que como
reactivo químico funciona como
acido, alcali, ligando, agente oxidante y agente reductor.
Difusión
Proceso mediante el cual ocurre un flujo de
partículas (atomos, 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 disolvera y se
difundira 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, atemperatura
constante. En la ósmosis clasica, 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 cascara. En este
experimento, el agua pasa en ambos sentidos a través de la membrana. Pasa mas 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 elevara hasta que la
presión hidrostatica iguale el flujo de
moléculas de disolvente a través de la membrana en ambos
sentidos. Esta presión hidrostatica recibe el
nombre de presión osmótica. Numerosos principios de
la física y la químicaintervienen en el
fenómeno de la ósmosis en animales y plantas.
Capilaridad
Es el ascenso o descenso de un líquido en un
tubo de pequeño diametro (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 hidrostatica de los vasoscomunicantes, según la
cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el
efecto se produce de forma mas marcada en tubos capilares, es decir,
tubos de diametro 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 sera cóncava y el líquido subira por
el tubo, es decir, ascendera por encima del nivel hidrostatico. 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 sera convexa y el líquido caera por debajo del nivel
hidrostatico. 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 estilografica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan
en este principio.
Física
Proyecto: La gota submarina
Ing. Eduardo Salazar
Alumnas: Nayeli Elías y Mahanaim Silva
Grupo: 402
