Estructura Física del Agua (PDF)

ESTRUCTURA FÍSICA DEL AGUA: El agua químicamente pura es un líquido 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 sirviero...

ESTRUCTURA FÍSICA DEL AGUA: El agua químicamente pura es un líquido 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°.  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. 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. FUNCIÓN DEL AGUA EN EL ORGANISMO Y EL AMBIENTE:  El agua cumple funciones vitales en el planeta, ya sea en los ecosistemas acuáticos o terrestres. Es un medio vital de transporte de nutrientes y es indispensable para la fotosíntesis de las plantas.  En el cuerpo humano el agua es protagonista de un gran número de procesos:  Constituye el medio vital para la mayoría de las células del cuerpo.  Transporta las sustancias disueltas y compone un enorme porcentaje de la sangre.   Facilita la excreción de sustancias formando parte de la orina, las heces, el sudor y otras excreciones.  Mantiene la temperatura corporal homogénea, regulando la temperatura del cuerpo.  Brinda electrolitos y minerales indispensables para el funcionamiento eléctrico del organismo.  Por otro lado, las grandes masas de agua en el planeta son un medio de distracción y recreación humana, por ejemplo, las playas, los deportes acuáticos etc. También es uno de los insumos fundamentales en las industrias. SISTEMAS DIPERSOS: La denominación de sistemas dispersos o disoluciones refiere a estructuras químicas constituidas por dos o más sustancias de naturaleza diferente, donde estas no reaccionan entre sí. Están formadas por dos componentes, el solvente o medio dispersante y el soluto o la fase dispersada. Los químicos describen el soluto como la sustancia añadida que se disolverá en una cantidad dada de solvente a una temperatura específica. Por otro lado, también definen el solvente como el componente que no cambia su estado de agregación y se encuentra en mayor proporción. SOLUBILIDAD DE SUSTANCIAS EN EL AGUA: La solubilidad es la medida de la capacidad de cierta sustancia para disolverse en otra. Puede ser expresada en porcentaje de soluto o en unidades como moles por litro o gramos por litro. Es importante destacar que no todas las sustancias se disuelven en los mismos solventes. En química, la solubilidad es la capacidad de un cuerpo o de una sustancia determinada (llamada soluto) de disolverse en un medio determinado (llamado solvente); es decir, es la cantidad máxima de un soluto que un solvente puede recibir en determinadas condiciones ambientales. El soluto: es la sustancia que se disuelve en un determinado solvente. Puede ser un sólido, un líquido o un gas. Por lo general, el soluto se encuentra en menor cantidad que el solvente en una disolución. El disolvente o solvente: es la sustancia en la que se disuelve un determinado soluto. Por lo general, el solvente se encuentra en mayor cantidad que el soluto en una disolución. La solubilidad se puede expresar mediante unidades de concentración, como la molaridad o la molalidad, por ejemplo. Sin embargo, la solubilidad no es una característica universal de todas las sustancias. Algunas se disuelven con facilidad, otras más difícilmente y algunas, simplemente no se disuelven. Todo depende también de cuáles sean las sustancias que estemos mezclando. El agua, referida comúnmente como el solvente universal, no puede disolver del todo al aceite, por ejemplo. Pero incluso cuando un solvente logra disolver un soluto, lo hace hasta cierto punto, debido a lo que las disoluciones se pueden clasificar en: Saturadas. Cuando no se puede disolver más soluto, es decir, cuando la disolución tiene el máximo de soluto que admite el solvente. Insaturadas. Cuando se puede seguir disolviendo más soluto en la disolución. Sobresaturadas. Cuando la disolución tiene más soluto del que puede disolver. Una disolución sobresaturada se puede lograr modificando ciertas condiciones, como por ejemplo la temperatura, para lograr que se disuelva más soluto que el máximo que admite la disolución. POR OTRA PARTE, LA SOLUBILIDAD DE LAS SUSTANCIAS DEPENDE DE LOS SIGUIENTES FACTORES: Temperatura. La mayoría de los sólidos aumenta su solubilidad en agua al aumentar la temperatura, aunque existen algunas excepciones. También los compuestos orgánicos, por lo general, aumentan su solubilidad al aumentar la temperatura. Este aumento de solubilidad al aumentar la temperatura se debe a que aumentan las interacciones entre las partículas del soluto y el solvente, por lo que se pueden romper las fuerzas intermoleculares entre ellos. Por otra parte, los solutos gaseosos tienen un comportamiento distinto, pues al aumentar la temperatura aumenta su solubilidad en solventes orgánicos, pero disminuye en agua debido a que el gas tiende a escapar del líquido con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, un vaso de agua disuelve una cantidad determinada de azúcar, hasta que el exceso empieza a precipitarse en el fondo. Si calentamos dicho vaso de agua, notaremos cómo el exceso empieza a desaparecer, aumentando la solubilidad del soluto en el solvente. Presión. La presión influye en la solubilidad de los solutos gaseosos principalmente. Al aumentar la presión de un soluto gaseoso, aumenta su solubilidad en un cierto solvente. Agitación. Agitar o revolver las disoluciones aumenta la solubilidad del soluto, pues contribuye a una mayor interacción entre el soluto y el solvente. Ejemplos de solubilidad  Sal disuelta en agua. La sal común (cloruro de sodio, NaCl) se disuelve fácilmente en agua, conforme a una tasa de 360 gramos por cada litro, siempre y cuando el agua se encuentre a 20 ºC. Si incrementamos la temperatura del solvente, la cantidad de sal que podemos disolver aumentará.  En las bebidas, el gas está disuelto hasta que las abrimos. Bebidas gaseosas. Las gaseosas enlatadas o embotelladas que consumimos a diario tienen una cantidad de dióxido carbónico (CO2) gaseoso disuelto en su interior, y por eso tienen su característico burbujeo. Para conseguirlo, las industrias sobresaturan la mezcla a condiciones de presión muy alta. Por eso, cuando las destapamos la presión se equilibra y comienza una fuga de gases.  Soluciones yodadas. A menudo usamos disoluciones de yodo para curar heridas superficiales, que no pueden fabricarse con agua, pues el yodo no es soluble en ella. Por eso emplean alcohol, cuya tasa de solubilidad mejora y permite producir la mezcla.  Café con leche. Para preparar un café con leche, agregamos la leche a la infusión y observamos en su cambio de colores cómo se mezclan. Esto se hace siempre con el café caliente, ya que la tasa de solubilidad de ambas sustancias aumenta con la temperatura. Si esperamos a que las sustancias se enfríen, en cambio, notaremos la formación de nata en la superficie, puesto que la solución se ha saturado más rápidamente. SUSTACIAS REACCIONANTES Y PRODUCTOS Las reacciones químicas suceden cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos. Las sustancias que participan en una reacción química se conocen como los reactivos, y las sustancias que se producen al final de la reacción se conocen como los productos. Se dibuja una flecha entre los reactivos y los productos para indicar la dirección de la reacción química. reactivo. Sustancia utilizada para el reconocimiento de otras con las que reacciona químicamente de forma peculiar. REACCIONES REVERSIBLES Y EQUILIBRIO DE LA REACCIÓN Algunas reacciones químicas simplemente ocurren en una dirección hasta que los reactivos se terminan. Estas reacciones se conocen como irreversibles. Sin embargo, otras reacciones se clasifican como reversibles. Las reacciones reversibles suceden en dirección hacia adelante y hacia atrás. En una reacción reversible, los reactivos se convierten en productos, pero también los productos se convierten en reactivos. De hecho, tanto la reacción hacia adelante como la opuesta suceden al mismo tiempo. Este ir y venir continúa hasta llegar a un equilibrio relativo entre reactivos y productos, un estado que se conoce como equilibrio. En él, las reacciones hacia adelante y hacia atrás siguen sucediendo, pero las concentraciones relativas de los productos y reactivos dejan de cambiar. Cuando una reacción se clasifica como reversible, generalmente se escribe con una pareja de flechas hacia adelante y hacia atrás que muestran que puede darse en ambos sentidos. Por ejemplo, en la sangre humana el exceso de iones hidrógeno se une a iones bicarbonato Dado que esta es una reacción reversible, si se agregara ácido carbónico al sistema, algo de este se convertiría en iones bicarbonato e hidrógeno para restaurar el equilibrio. De hecho, este sistema de amortiguamiento juega un papel clave en mantener estable y sano el pH de tu sangre. FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE LAS REACCION Existen varios factores que afectan la velocidad de una reacción química: la concentración de los reactivos, LA PRESION, la temperatura, la existencia de catalizadores y la superficie de contactos tanto de los reactivos como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir la velocidad de reacción. PRESIÓN En una reacción química, si existe una mayor presión en el sistema, ésta va a variar la energía cinética de las moléculas. Entonces, si existe una mayor presión, la energía cinética de las partículas va a aumentar y la reacción se va a volver más rápida; al igual que en los gases, que al aumentar su presión aumenta también el movimiento de sus partículas y, por tanto, la rapidez de reacción es mayor. Esto es válido solamente en aquellas reacciones químicas cuyos reactantes sean afectados de manera importante por la presión, como los gases. En reacciones cuyos reactantes sean sólidos o líquidos, los efectos de la presión son ínfimos. TEMPERATURA Por norma general, la velocidad de reacción aumenta con la temperatura porque incrementa la energía cinética de las moléculas. Con mayor energía cinética, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia y con más energía. El comportamiento de la constante de velocidad o constante de rapidez/coeficiente cinético frente a la temperatura LOS CATALIZADORES aumentan o disminuyen la rapidez de una reacción sin transformarse. Suelen empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no deseados. La forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de reacción, usando pasos elementales con mayor o menor energía de activación. Los catalizadores también pueden retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como retardantes o inhibidores, los cuales impiden la PRODUCCIÓN. TEORIA DE LA COLISION La teoría de las colisiones es una teoría propuesta por Max Trautz1 en 1916 y por William Lewis en 1918, que explica cómo ocurren las reacciones químicas y por qué las velocidades de reacción difieren para diversas reacciones.2 Para que una reacción ocurra, las partículas reaccionantes deben colisionar. Solo una cierta fracción de las colisiones totales causan un cambio químico; estas son llamadas colisiones exitosas o completadas. Las colisiones exitosas tienen energía suficiente (energía de activación), al momento del impacto, para romper los enlaces existentes y formar nuevos enlaces, resultando en los productos de la reacción. El incrementar la concentración de los reactivos y aumentar la temperatura lleva a más colisiones y por tanto a más colisiones exitosas, incrementando la velocidad de la reacción. Cuando un catalizador está involucrado en la colisión entre las moléculas reaccionantes, se requiere una menor energía para que tome lugar el cambio químico, y por lo tanto más colisiones tienen la energía suficiente para que ocurra la reacción. La velocidad de reacción por lo tanto también se incrementa. La teoría de las colisiones está cercanamente relacionada con la cinética química.