Molécula de agua para niños
Datos para niños
Agua (H2O) |
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 Diagrama de la molécula del agua(H2O).
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 Representación molecular del agua(H2O).
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| Nombre IUPAC | ||
| Oxidano | ||
| General | ||
| Otros nombres | Hidróxido de hidrógeno Protóxido de hidrógeno Hidrato Ácido hídrico Óxido de dihidrógeno R-718 Dihidruro de oxígeno Ácido hidroxílico Monóxido de dihidrógeno Hidróxido de hidronio Ácido hidróxico Ácido oxhídrico Agua destilada Agua pura |
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| Fórmula semidesarrollada | HOH | |
| Fórmula molecular | ?H2O | |
| Identificadores | ||
| Número CAS | 7732-18-5 | |
| Número RTECS | ZC0110000 | |
| ChEBI | 15377 | |
| ChemSpider | 937 | |
| PubChem | 962 | |
| UNII | 059QF0KO0R | |
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O
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InChI
InChI=1S/H2O/h1H2
Key: XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N |
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| Propiedades físicas | ||
| Apariencia | Incoloro | |
| Densidad | 1000 kg/m³; 1 g/cm³ | |
| Masa molar | 18,01528 g/mol | |
| Punto de fusión | 0 °C (273 K) | |
| Punto de ebullición | 100 °C (373 K) | |
| Temperatura crítica | 374 °C (647 K) | |
| Presión crítica | 217.7 atm | |
| Presión de vapor | 1 atm (100 °C) 0,0231 atm (20 °C) 0,00603 atm (0 °C) |
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| Estructura cristalina | Hexagonal (véase hielo) | |
| Viscosidad | 1 cP (20 °C) | |
| Índice de refracción (nD) | 1,333 | |
| Constante dieléctrica | 78,5 | |
| Propiedades químicas | ||
| Acidez | 15,74 pKa | |
| Solubilidad en agua | 100 % | |
| Momento dipolar | 1,85 D | |
| Termoquímica | ||
| ΔfH0gas | -241,83 kJ/mol | |
| ΔfH0líquido | -285,83 kJ/mol | |
| ΔfH0sólido | -291,83 kJ/mol | |
| S0gas, 1 bar | 188,84 J·mol–1·K | |
| S0líquido, 1 bar | 69,95 J·mol–1·K–1 | |
| S0sólido | 41 J·mol–1·K–1 | |
| E0 | 0,002 Volt | |
| Capacidad calorífica (C) | 1 | |
| Riesgos | ||
| Riesgos principales |
No Asignados (URLs inservibles) |
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| Ingestión | Necesaria para la vida; su consumo excesivo puede producir dolores de cabeza, confusión y calambres. Puede ser fatal en atletas. | |
| Inhalación | No es tóxica. Puede disolver el surfactante de los pulmones. La sofocación en el agua se denomina ahogo. | |
| Piel | La inmersión prolongada puede causar descamación. | |
| Ojos | No es peligrosa para los ojos. | |
| Valores en el SI y en condiciones estándar (25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. |
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El agua u oxidano (H2O) es un compuesto químico inorgánico muy importante. Está formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Esta molécula es esencial para la vida de todos los seres vivos. Sirve como un medio para que las biomoléculas realicen sus funciones. El agua se encuentra en la naturaleza en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Fue clave para el inicio de la vida en la Tierra.
Es importante saber que el agua potable y el agua pura no son lo mismo. El agua potable es una mezcla que contiene sales disueltas. Por eso, en laboratorios y otros lugares se usa agua destilada, que es agua más pura.
Contenido
- Propiedades del agua: ¿Qué la hace tan especial?
- Características físicas y químicas del agua
- El agua como disolvente
- Polaridad del agua
- Cohesión del agua
- Adhesión del agua
- Tensión superficial del agua
- Acción capilar del agua
- Calor específico del agua
- Temperatura de fusión y evaporación del agua
- Densidad del agua
- Cristalización del agua
- Otras propiedades importantes del agua
- Destilación: ¿Cómo se obtiene agua pura?
- La importancia de la Tierra en el Sistema Solar
- Véase también
Propiedades del agua: ¿Qué la hace tan especial?
La palabra "agua" viene del latín aqua. Se usa para referirse al agua en estado líquido, que se encuentra entre los 0 °C y los 100 °C. Gracias a esto, tenemos océanos, mares, ríos, lagos y lagunas en nuestro planeta.
Características físicas y químicas del agua
El agua es inodora, incolora e insípida. Esto significa que no tiene olor, color ni sabor propios. Su gran importancia es que casi todos los procesos químicos que ocurren en la naturaleza, tanto en seres vivos como en la Tierra, y también en laboratorios e industrias, suceden con sustancias disueltas en agua.
En 1781, Henry Cavendish descubrió que el agua no era un elemento, como se pensaba antes, sino una sustancia compuesta. Más tarde, Antoine Laurent de Lavoisier explicó que el agua estaba hecha de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En 1804, Joseph Louis Gay-Lussac y Alexander von Humboldt confirmaron que el agua se forma con dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).
La molécula de agua tiene una forma especial, no es recta. Los dos átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104,45 grados. Esta forma, junto con la forma en que el oxígeno atrae más los electrones, hace que la molécula de agua tenga una polaridad. Esto significa que un lado de la molécula tiene una pequeña carga negativa y el otro lado una pequeña carga positiva. Esta polaridad permite que las moléculas de agua se unan entre sí formando hasta cuatro enlaces de hidrógeno.
Los enlaces de hidrógeno son un tipo de unión fuerte entre moléculas. Aunque son más débiles que los enlaces que forman la molécula de agua, son muy importantes. Son la razón por la que el agua se expande cuando se congela, es decir, se vuelve menos densa al convertirse en hielo. Cuando el agua se congela, sus moléculas se organizan de una manera que deja más espacio entre ellas, haciendo que el hielo flote en el agua líquida. Esta característica es vital para la vida en lugares fríos, ya que permite que los seres vivos acuáticos sobrevivan bajo el hielo.
La expansión del agua al congelarse también ayuda en los procesos geológicos de erosión. Cuando el agua entra en las grietas de las rocas y se congela, la expansión crea presión que puede romper las rocas.
El agua como disolvente
El agua es conocida como el "solvente universal" porque puede disolver muchas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Sin embargo, no disuelve absolutamente todo. Si lo hiciera, no podríamos guardarla en ningún recipiente.
El agua es un disolvente polar. Esto significa que disuelve muy bien sustancias que tienen cargas, como la sal de mesa (cloruro de sodio). Pero no disuelve bien sustancias que no tienen cargas, como los aceites. Esta característica es muy importante para la vida.
La capacidad del agua para disolver diferentes sustancias se debe a que puede formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas que tienen cargas. Por ejemplo, disuelve alcoholes, azúcares, aminoácidos y proteínas. También puede disolver sales, separándolas en iones.
Cuando el agua disuelve sales, las moléculas de agua rodean a los iones de la sal, formando "iones hidratados".
Algunas sustancias, como los lípidos (grasas) y los aceites, no se mezclan bien con el agua. A estas sustancias se les llama hidrofóbicas. Las membranas celulares de nuestro cuerpo usan esta propiedad para controlar lo que entra y sale de las células.
La capacidad del agua para disolver es clave para:
- Las funciones metabólicas en los seres vivos.
- El transporte de sustancias dentro de los organismos.
Sin embargo, esta misma capacidad de disolver puede causar contaminación. Si se tiran materiales como plástico o madera al agua, con el tiempo se deshacen y sus partículas pueden ser peligrosas para los animales acuáticos. Los contaminantes más comunes son:
- Basura: Bolsas, botellas, restos de comida y líquidos ácidos que se desintegran.
- Derrames de petróleo: Accidentes que liberan petróleo y sustancias tóxicas en el mar.
- Restos de naufragios: Aviones y barcos hundidos que se degradan y contaminan el agua. Es importante retirarlos para evitar la contaminación.
- Sustancias químicas: El vertido de sustancias químicas complejas al agua. Para separarlas, se necesitan métodos especiales como la destilación.
Polaridad del agua
Las moléculas de agua son muy polares. Esto se debe a que el oxígeno atrae los electrones con más fuerza que el hidrógeno. Esto crea una pequeña carga negativa en el lado del oxígeno y una pequeña carga positiva en el lado de los hidrógenos. Como los dos hidrógenos no están en línea recta, la molécula de agua tiene una forma angular. Esto hace que las moléculas de agua se atraigan fuertemente entre sí, como pequeños imanes. Un átomo de hidrógeno de una molécula se une al oxígeno de otra molécula, formando un enlace de hidrógeno.
Estos enlaces de hidrógeno hacen que el agua tenga propiedades especiales, como una viscosidad alta (es decir, es "espesa") y puntos de fusión y ebullición más altos de lo que se esperaría para una molécula de su tamaño.
Cohesión del agua
La cohesión es la propiedad por la cual las moléculas de agua se atraen entre sí. Gracias a esta atracción, las moléculas de agua se unen para formar gotas y cuerpos de agua.
Los enlaces de hidrógeno mantienen las moléculas de agua muy unidas, haciendo que el agua líquida sea casi imposible de comprimir. Esta propiedad permite que algunos animales, como ciertos gusanos, usen la presión de sus líquidos internos para perforar rocas. Estos enlaces se pueden romper con el calor o con la presencia de otras moléculas.
La fuerza de cohesión es lo que permite que el agua se mantenga líquida a temperaturas normales.
Adhesión del agua
El agua también tiene la propiedad de la adhesión. Esto significa que el agua es atraída y se pega a otras superficies.
Tensión superficial del agua
Debido a la cohesión, las moléculas de agua en la superficie se atraen fuertemente, creando una tensión superficial. La superficie del agua actúa como una película elástica que puede estirarse y resistir ser rota. Esta propiedad permite que objetos muy ligeros floten en el agua, incluso si son más densos que ella. La tensión superficial del agua disminuye cuando la temperatura aumenta.
Gracias a su alta tensión superficial, algunos insectos pueden caminar sobre el agua sin hundirse. También es la razón por la que el agua forma gotas en superficies que no la absorben, como el vidrio.
Acción capilar del agua
El agua tiene la propiedad de la capilaridad. Esto es la capacidad de un líquido para subir o bajar por un tubo muy delgado (capilar). Esto se debe a sus propiedades de adhesión y cohesión.
Cuando se coloca un tubo capilar en agua, el agua sube por el tubo por sí sola, como si se "agarrara" a las paredes. Sube hasta que la presión de la columna de agua se equilibra con la fuerza capilar. Este fenómeno es parte de cómo las plantas transportan la savia desde las raíces hasta las hojas.
Calor específico del agua
El agua puede absorber grandes cantidades de calor sin que su temperatura suba mucho. Esto se debe a que la energía se usa para romper los enlaces de hidrógeno. El calor específico del agua es la cantidad de energía necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. Es de 1 cal/°C•g, o 4,1840 J/K•g.
Esta propiedad es muy importante para los seres vivos y para la Tierra. El agua ayuda a regular los cambios bruscos de temperatura, actuando como un excelente regulador térmico. Por ejemplo, las zonas costeras tienen temperaturas más suaves gracias a esta propiedad. También ayuda a mantener la temperatura constante en los animales y en las células.
Para evaporar el agua se necesita mucha energía. Primero se rompen los enlaces de hidrógeno y luego se da suficiente energía a las moléculas para que pasen de líquido a gas. Para evaporar un gramo de agua a 100 °C se necesitan 540 calorías.
Temperatura de fusión y evaporación del agua
El agua hierve (punto de ebullición) a 100 °C (373,15 K) a una presión de 1 atmósfera. El calor necesario para evaporar el agua a 100 °C es de 540 cal/g (o 2260 J/g).
El agua se congela (punto de fusión) a 0 °C (273,15 K) a una presión de 1 atm. Sin embargo, estudios recientes de la Universidad de Utah han mostrado que el hielo se solidifica completamente a -13 °C. El calor necesario para derretir el hielo a 0 °C es de 80 cal/g (o 335 J/g). El agua puede permanecer líquida incluso a -25 °C en un estado llamado "sobreenfriado".
La temperatura crítica del agua es de 374 °C. A partir de esta temperatura, el agua no puede estar en estado líquido, sin importar la presión.
Densidad del agua
La densidad del agua líquida es muy estable y cambia poco con la temperatura y la presión.
A presión normal (1 atmósfera), el agua líquida es menos densa a 100 °C (0,958 kg/L). A medida que la temperatura baja, la densidad aumenta hasta llegar a los 4,0 °C, donde alcanza su máxima densidad: 1 kg/L.
Cristalización del agua
Cuando la temperatura baja de 4,0 °C, la densidad del agua empieza a disminuir lentamente. A 0 °C, la densidad es de 0,9999 kg/L. Cuando el agua se congela y pasa a estado sólido (hielo), su densidad disminuye bruscamente a 0,917 kg/L.
La cristalización es el proceso por el cual el agua líquida se convierte en hielo cuando la temperatura baja continuamente.
Otras propiedades importantes del agua
- Tiene un pH neutro, pero se vuelve un poco ácida si hay dióxido de carbono (CO2) presente.
- Forma hidratos con algunas sales.
- Reacciona con óxidos de metales para formar bases.
- Actúa como catalizador (ayuda a que ocurran) en muchas reacciones químicas.
- Tiene un equilibrio de autoionización, donde se forman iones H3O+ y OH−.
- Estudio Hidrobiológico
- ¿Cómo se estudia el agua?
Un estudio hidrobiológico nos permite:
- Obtener información regular sobre el estado de un sistema acuático.
- Registrar cómo cambia la calidad del agua a corto y largo plazo, debido a la naturaleza o a la actividad humana.
- Evaluar el impacto de la contaminación causada por las personas.
- Ver cómo ciertas áreas de muestreo afectan a la vida animal del lugar.
- Estudiar las características de un río y cómo varía su caudal (cantidad de agua que fluye) a lo largo del año.
- Realizar un estudio de la orilla del río.
- Evaluar los Índices Biológicos, que nos dicen qué tan saludable es el ecosistema acuático.
Destilación: ¿Cómo se obtiene agua pura?
Para conseguir agua químicamente pura, es necesario realizar varios procesos físicos de purificación. Esto se debe a que el agua puede disolver muchas sustancias químicas, incluyendo gases.
El agua destilada es agua que ha sido evaporada y luego condensada. Al hacer esto, se eliminan casi todas las sustancias disueltas y los microorganismos que el agua suele contener. El resultado es prácticamente la sustancia química pura H2O.
El agua pura no conduce la electricidad porque no tiene sales ni minerales disueltos.
La importancia de la Tierra en el Sistema Solar
La presencia constante de agua en sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso), y especialmente el agua líquida, es fundamental para entender cómo surgió y evolucionó la vida en la Tierra. Si la Tierra estuviera más cerca o más lejos del Sol, sería mucho menos probable que el agua existiera en estas condiciones.
La masa de la Tierra es suficiente para mantener su atmósfera. El vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera causan el efecto invernadero, que ayuda a mantener la temperatura de la superficie relativamente estable. Si la Tierra tuviera menos masa, su atmósfera sería más delgada, lo que causaría temperaturas extremas y el agua solo podría existir en los polos (como en Marte).
La distancia entre el Sol y la Tierra, junto con la radiación solar que recibimos y el efecto invernadero, aseguran que la superficie no sea ni demasiado fría ni demasiado caliente para el agua líquida. Si la Tierra estuviera más lejos del Sol, el agua líquida se congelaría. Si estuviera más cerca, la alta temperatura haría que el agua solo existiera como vapor. En este último caso, la Tierra sería inhabitable para las formas de vida que conocemos, pareciéndose a Venus.
Las teorías Gaia sugieren que la vida misma ayuda a mantener las condiciones adecuadas en la Tierra al influir en el ambiente.
Los estados del agua: Sólido, líquido y gaseoso
Estado sólido: El hielo
Cuando el agua está en estado sólido, todas sus moléculas se unen mediante enlaces de hidrógeno. Forman una estructura similar a un panal de abejas. Esto explica por qué el hielo es menos denso que el agua líquida y flota. La energía cinética de las moléculas es muy baja, lo que significa que apenas se mueven.
El agua en glaciares, bajo temperaturas y presiones extremas, puede pasar de sólido a vapor directamente (sublimación). Esto ocurre por la energía de sus componentes (oxígeno e hidrógeno) y el calor atrapado. Así se forman cavernas dentro de los glaciares. Estas cuevas pueden contener agua de sistemas subterráneos, mostrando los tres estados del agua interactuando.
Estado líquido: El agua que bebemos
Cuando el agua está en estado líquido, a mayor temperatura, las moléculas tienen más energía y se mueven más. Esto hace que algunos enlaces de hidrógeno se rompan, aunque la mayoría de las moléculas siguen unidas.
Es un estado de la materia que es un fluido y es muy difícil de comprimir.
Estado gaseoso: El vapor de agua
Cuando el agua está en estado gaseoso, las moléculas tienen tanta energía que todos los enlaces de hidrógeno se rompen. Las moléculas quedan libres y se mueven por separado. El vapor de agua es invisible, como el aire. Lo que vemos como "vapor" sobre el agua hirviendo o en nuestro aliento en el frío son en realidad pequeñas gotas de agua líquida suspendidas en el aire, igual que las nubes.
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Véase también
En inglés: Water Facts for Kids
