Molécula de aguaEste artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas. Este aviso fue puesto el 21 de octubre de 2013.Puedes añadirlas o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Molécula de agua}}

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Agua (H2O)

Diagrama de la molécula del agua.

Representación molecular del agua.

Nombre IUPAC

Oxidano1

General

Otros nombres Hidróxido 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

Fórmula

semidesarrollada

H OH

Fórmula molecular H2O

Identificadores

Número CAS 7732-18-52

Número RTECS ZC0110000

ChEBI 15377

ChemSpider 937

PubChem 962

Propiedades físicas

Apariencia Incoloro

Densidad 1000 kg/m 3 ; 1 g/cm 3

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)

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 enagua 100 %

Momento dipolar 1,85 D

Termoquímica

ΔfH 0 gas -241,83 kJ/mol

ΔfH 0 líquido -285,83 kJ/mol

ΔfH 0 sólido -291,83 kJ/mol

S 0 gas, 1 bar 188,84 J·mol-1·K

Capacidad

calorífica (C)

1

Riesgos

Riesgosprincipales [1], [2], [3]

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, a no ser que

tenga cloro, con el cual los ojos se irritan.

Valores en el SI y en condiciones estándar

(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

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Para una visión general, véase Agua.

«H2O» redirige aquí. Para otras acepciones, véase H2O (desambiguación).

El agua (H2O) es un compuesto químico inorgánico formado

por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Esta molécula es esencial en la

vida de los seres vivos, al servir de medio para el metabolismo de las biomoléculas y se

encuentra en la naturaleza en sus tres estados y fue clave para su formación. Hay que

distinguir entre el agua potable y el agua pura, pues la primera es una mezcla que también

contiene sales en solución; es por esto que en laboratorio y en otros ámbitos se usa agua

destilada.

Índice

  [ocultar] 

1 Estado líquido: Agua

o 1.1 Características físicas y químicas

o 1.2 Disolvente

o 1.3 Polaridad

o 1.4 Cohesión

o 1.5 Adhesión

o 1.6 Tensión superficial

o 1.7 Acción capilar

o 1.8 Calor específico

o 1.9 Temperatura de fusión y evaporación

o 1.10 Densidad

o 1.11 Cristalización

o 1.12 Otras propiedades

2 Destilación

3 Importancia de la posición astronómica de la Tierra

o 3.1 El cambio del estado en el agua

3.1.1 Estado sólido

3.1.2 Estado líquido

3.1.3 Estado gaseoso

4 Véase también

5 Referencias

6 Enlaces externos

Estado líquido: Agua[editar]

Véanse también: Hielo y Vapor de agua.

Proveniente del latín aqua, es el término que se usa para referirse al estado líquido del

H2O, y es el más útil. Al encontrarse por debajo de los 100°, el agua se mantiene intacta.

Por esta razón existen los océanos, mares, ríos, lagos o lagunas dispersos sobre la Tierra.

Características físicas y químicas[editar]

El agua es inodora, incolora, e insípida, es decir, no tiene un olor propio, no tiene color ni

sabor. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que

suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no

organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria,

tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.

Henry Cavendish descubrió en 1781 que el agua era una sustancia que está compuesta y

que no es un elemento, como en la antigüedad se creía. Los resultados de dicho

descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier (químico destacado

en diferentes temas de la química) dando a conocer que el agua estaba formada por dos

átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-

Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldtpublicaron un

documento científico que demostraba que el agua estaba formada por dos volúmenes

de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).

Entre las moléculas de agua se establecen enlaces por puentes de hidrógeno debido a la

formación de dipolos electrostáticosque se originan al situarse un átomo

de hidrógeno entre dos átomos más electronegativos, en este caso de oxígeno. El

oxígeno, al ser más electronegativo que el hidrógeno, atrae más, hacia éste, los electrones

compartidos en los enlaces covalentes con el hidrógeno, cargándose negativamente,

mientras los átomos de hidrógeno se cargan positivamente, estableciéndose así dipolos

eléctricos. Los enlaces por puentes de hidrógeno son enlaces por fuerzas de van der

Waals de gran magnitud, aunque son unas 20 veces más débiles que los enlaces

covalentes.

Los enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas del agua pura son responsables

de la dilatación del agua alsolidificarse, es decir, su disminución de densidad cuando

se congela. En estado sólido, las moléculas de agua se ordenan formando tetraedros,

situándose en el centro de cada tetraedro un átomo de oxígeno y en los vértices dos

átomos de hidrógeno de la misma molécula y otros dos átomos de hidrógeno de otras

moléculas que se enlazan electrostáticamente por puentes de hidrógeno con el átomo de

oxígeno. La estructura cristalina resultante es muy abierta y poco compacta, menos densa

que enestado líquido. El agua tiene una densidad máxima de 1 g/cm³ cuando está a una

temperatura de 4 °C,3 característica especialmente importante en la naturaleza que hace

posible el mantenimiento de la vida en medios acuáticos sometidos a condiciones

exteriores de bajas temperaturas.

La dilatación del agua al solidificarse también tiene efectos de importancia en los

procesos geológicos de erosión. Al introducirse agua en grietas del suelo y congelarse

posteriormente, se originan tensiones que rompen las rocas.

Disolvente[editar]

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de

los compuestos sólidos, acuosos y gaseosos conocidos. Sin embargo, no lo es (aunque es

tal vez lo más cercano), porque no disuelve a todos los compuestos y, de hacerlo, no sería

posible construir ningún recipiente para contenerla.

El agua es un disolvente polar, más polar, por ejemplo, que el etanol. Como tal, disuelve

bien sustancias iónicas y polares, como la sal de mesa (cloruro de sodio). No disuelve, de

manera apreciable, sustancias fuertemente apolares, como el azufre en la mayoría de

sus formas alotrópicas, además, es inmiscible con disolventes apolares, como el hexano.

Esta cualidad es de gran importancia para la vida.

Esta selectividad en la disolución de distintas clases de sustancias se debe a su capacidad

para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos

polares, o con carga iónica, como: alcoholes, azúcares con grupos R-

OH,aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas parciales + y − dentro de la

molécula, lo que da lugar a disoluciones moleculares. También, las moléculas de agua

pueden disolver sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

En las disoluciones iónicas, los iones de las sales orientan, debido al campo eléctrico que

crean a su alrededor, a los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de

moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

Algunas sustancias, sin embargo, no se mezclan bien con el agua, incluyendo aceites y

otras sustancias hidrofóbicas. Membranas celulares, compuestas de lípidos y proteínas,

aprovechan esta propiedad para controlar las interacciones entre sus contenidos químicos

y los externos, lo que se facilita, en parte, por la tensión superficial del agua.

La capacidad disolvente es responsable de:

Las funciones metabólicas.

Los sistemas de transporte de sustancias en los organismos.

Sin embargo, la disolución de sustancias en el agua es la causa de la contaminación de la

misma: si se arrojan materiales sensibles al agua como plástico o madera, en años (que

podrían ser más de 100) se desintegran y pasan a circular libre y peligrosamente por el

agua. Esto es principalmente malo para los animales acuáticos. Los más peligrosos

contaminantes son:

Arrojo de basura al agua (bolsas, botellas, maderas, restos de comida, sustancias

líquidas ácidas, etc), que con el tiempo se desintegra.

Derrames petroleros: grandes accidentes sobre una plataforma petrolera que

derraman petróleo y toxinas en el mar/océano.

Degradación de los naufragios: El rescate de pecios es importante, ya que con el

tiempo, los aviones y barcos sumergidos en el agua se degradan y contaminan el

agua. Una idea muy buena para rescatar pecios sería destruyéndolos y llevarlos a la

superficie de a pedazos (para que no sean tan pesados), pero es inaceptable dejarlos

en el fondo.

Proceso de sustancias químicas: el arrojo de sustancias químicas muy complejas al

agua. La única forma que existe para separar estas sustancias es con métodos

científicos como la destilación.

Polaridad[editar]

Las moléculas de agua son muy polares, puesto que hay una gran

diferencia electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. Los átomos de oxígeno son

mucho más electronegativos (atraen más a los electrones) que los de hidrógeno, lo que

dota a los dos enlaces de una fuerte polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa

del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado del hidrógeno. Los dos enlaces no están

opuestos, sino que forman un ángulo de 104,45° debido a la hibridación del átomo de

oxígeno así que, en conjunto, los tres átomos forman una molécula angular, cargado

negativamente en el vértice del ángulo, donde se ubica el oxígeno y, positivamente, en los

extremos de la molécula, donde se encuentran los hidrógenos. Este hecho tiene una

importante consecuencia, y es que las moléculas de agua se atraen fuertemente,

adhiriéndose por donde son opuestas las cargas. En la práctica, un átomo de hidrógeno

sirve como puente entre el átomo de oxígeno al que está unido covalentemente y el

oxígeno de otra molécula. La estructura anterior se denomina enlace de hidrógeno o

puente de hidrógeno.

El hecho de que las moléculas de agua se adhieran electrostáticamente, a su vez modifica

muchas propiedades importantes de la sustancia que llamamos agua, como la viscosidad

dinámica, que es muy grande, o los puntos (temperaturas) de fusión y ebullición o

los calores de fusión y vaporización, que se asemejan a los de sustancias de mayor masa

molecular.

Cohesión[editar]

La cohesión es la propiedad por la que las moléculas de agua se atraen entre sí. Debido a

esta interacción se forman cuerpos de agua por adhesión de moléculas de agua, las gotas.

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando

una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder

comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como

ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante

la presión generada por sus líquidos internos. Estos puentes se pueden romper fácilmente

con la llegada de otra molécula con un polo negativo o positivo dependiendo de la

molécula, o, con el calor.

La fuerza de cohesión permite que el agua se mantenga líquida a temperaturas no

extremas.

Adhesión[editar]

El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es

decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.

Tensión superficial[editar]

Imagen del efecto que produce al caer una gota de agua en la superficie del líquido.

Por su misma propiedad de cohesión, el agua tiene una gran atracción entre las moléculas

de su superficie, creando tensión superficial. La superficie del líquido se comporta como

una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar

romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la

superficie del agua aún siendo más densos que esta.

Debido a su elevada tensión superficial, algunos insectos pueden estar sobre ella sin

sumergirse e, incluso, hay animales que corren sobre ella, como el basilisco. También es

la causa de que se vea muy afectada por fenómenos de capilaridad.

Las gotas de agua son estables también debido a su alta tensión superficial. Esto se

puede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no solubles,

como el vidrio, donde el agua se agrupa en forma de gotas.

Acción capilar[editar]

El agua cuenta con la propiedad de la capilaridad, que es la propiedad de ascenso, o

descenso, de un líquido dentro de un tubo capilar. Esto se debe a sus propiedades de

adhesión y cohesión.

Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende

espontáneamente por el capilar como si trepase "agarrándose" por las paredes, hasta

alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de

agua se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe, en parte, la ascensión

de la saviabruta, desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos.

Calor específico[editar]

Esta propiedad también se encuentra en relación directa con la capacidad del agua para

formar puentes de hidrógeno intermoleculares. El agua puede absorber grandes

cantidades de calor que es utilizado para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la

temperatura se eleva muy lentamente. El calor específico del agua se define como la

cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura, en un grado Celsius, a un

gramo de agua en condiciones estándar y es de 1 cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/K•g.

Esta propiedad es fundamental para los seres vivos (y la Biosfera en general) ya que

gracias a esto, el agua reduce los cambios bruscos de temperatura, siendo un regulador

térmico muy bueno. Un ejemplo de esto son las temperaturas tan suaves que hay en las

zonas costeras, que son consecuencias de estas propiedad. También ayuda a regular la

temperatura de los animales y las células permitiendo que el citoplasma acuoso sirva de

protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.

La capacidad calorífica del agua es mayor que la de otros líquidos.

Para evaporar el agua se necesita mucha energía. Primero hay que romper los puentes y

posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar

de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías,

a una temperatura de 20 °C.

Temperatura de fusión y evaporación[editar]

Presenta un punto de ebullición de 100 °C (373,15 K) a presión de 1 atmósfera (se

considera como estándar para la presión de una atmósfera la presión promedio existente

al nivel del mar). El calor latente de evaporación del agua a 100 °C es 540 cal/g (ó

2260 J/g).

Tiene un punto de fusión de 0 °C (273,15 K) a presión de 1 atm, sin embargo, nuevos

estudios por parte de un equipo de químicos de la Universidad de Utah (EE UU), han

demostrado que el agua no se fusiona completamente a 0 °C sino que es a -13 °C que

el hielo se solidifica por completo.4 El calor latente de fusión del hielo a 0 °C es 80 cal/g (ó

335 J/g). Tiene un estado de sobreenfriado líquido a −25 °C.

La temperatura crítica del agua, es decir, aquella a partir de la cual no puede estar en

estado líquido independientemente de la presión a la que esté sometida, es de 374 °C y se

corresponde con una presión de 217,5 atmósferas.

Densidad[editar]

La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura

y presión.

A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad a los 100 °C,

donde tiene 0,958 kg/L. Mientras baja la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a

90 °C tiene 0,965 kg/L) y ese aumento es constante hasta llegar a los 4,0 °C donde

alcanza una densidad de 1 kg/L. A esa temperatura (4,0 °C) alcanza su máxima densidad

(a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad

comienza a disminuir, aunque muy lentamente, hasta que a los 0 °C disminuye hasta

0,9999 kg/L. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la

densidad pasando de 0,9999 kg/L a 0,917 kg/L.

Cristalización[editar]

La cristalización es el proceso por el que el agua pasa de su estado líquido al sólido

cuando la temperatura disminuye de forma continua.

Otras propiedades[editar]

pH  neutro.

Con ciertas sales forma hidratos.

Reacciona con los óxidos de metales formando bases.

Es catalizador en muchas reacciones químicas.

Presenta un equilibrio de autoionización, en el cual hay iones H3O+ y OH−.

Estudio Hidrobiológico

La realización de un estudio hidrobiológico permite:

Proporcionar datos sobre el estado de un sistema acuático de forma regular.

Documentar la variabilidad a corto y largo plazo de la calidad del agua por fenómenos

naturales o actividades humanas.

Evaluar el impacto de la polución producido por la actividad humana.

Evaluar la influencia de ciertas zonas de muestreo sobre la fauna del lugar.

Evaluar las características hidráulicas del cauce del río y la evolución del caudal

mediante medidas de flujo. De esta manera, se puede establecer las variaciones de

caudal que sufre el río a lo largo de ciclo estacional y anual.

Realizar un estudio de la rivera.

Evaluar los Índices Biológicos.

Destilación[editar]

Artículo principal: Agua destilada

Para obtener agua químicamente pura es necesario realizar diversos procesos físicos de

purificación ya que el agua es capaz de disolver una gran cantidad de sustancias

químicas, incluyendo gases.

Se llama agua destilada al agua que ha sido evaporada y posteriormente condensada. Al

realizar este proceso se eliminan casi la totalidad de sustancias disueltas

ymicroorganismos que suele contener el agua y el resultado es prácticamente la sustancia

química pura H2O.

El agua pura no conduce la electricidad, pues está libre de sales y minerales.

Importancia de la posición astronómica de la Tierra[editar]

La coexistencia de las fases sólidas, líquidas y gaseosas pero, sobre todo, la presencia

permanente de agua líquida, es vital para comprender el origen y la evolución de la vidaen

la Tierra tal como es. Sin embargo, si la posición de la Tierra en el Sistema Solar fuera

más cercana o más alejada del Sol, la existencia de las condiciones que permiten a las

formas del agua estar presentes simultáneamente serían menos probables.

La masa de la Tierra permite mantener la atmósfera. El vapor de agua y el dióxido de

carbono en la atmósfera causan el efecto invernadero, lo que ayuda a mantener

relativamente constante la temperatura superficial. Si el planeta tuviera menos masa, una

atmósfera más delgada causaría temperaturas extremas no permitiendo la acumulación de

agua excepto en los casquetes polares (como en Marte). De acuerdo con el

modelo nébula solar de la formación del Sistema Solar, la masa de la Tierra se debe en

gran parte a su distancia al Sol.

La distancia entre el Sol y la Tierra y la combinación de radiación solar recibida y el efecto

invernadero en la atmósfera aseguran que su superficie no sea demasiado fría o caliente

para el agua líquida. Si la Tierra estuviera más alejada del Sol, el agua líquida se

congelaría. Si estuviera más cercana, su temperatura superficial elevada limitaría la

formación de las capas polares o forzaría al agua a existir solo como vapor. En el primer

caso, la baja reflectibilidad de los océanos causaría la absorción de más energía solar. En

el último caso, la Tierra sería inhabitable (al menos por las formas de vida conocidas) y

tendría condiciones semejantes a las del planeta Venus.

Las teorías Gaia proponen que la vida se mantiene adecuada a las condiciones por sí

misma al afectar el ambiente de la Tierra.

El cambio del estado en el agua[editar]

Copos de nieve por Wilson Bentley, 1902

Estado sólido[editar]

Artículo principal: Hielo

Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidas mediante

un enlace de hidrógeno, que es un enlace intermolecular y forma una estructura parecida a

un panal de abejas, lo que explica que el agua sea menos densa en estado sólido que en

el estado líquido. La energía cinética de las moléculas es muy baja, es decir que las

moléculas están casi inmóviles.

El agua glacial sometida a extremas temperaturas y presiones criogénicas adquiere una

alta capacidad de sublimación, al pasar de sólida a vapor por la acción energética de los

elementos que la integran —oxígeno e hidrógeno— y del calor atrapado durante su

proceso de congelación-expansión. Es decir, por su situación de confinamiento a grandes

profundidades se deshiela parcialmente, lo cual genera vapor a una temperatura

ligeramente superior del helado entorno, suficiente para socavar y formar cavernas en el

interior de los densos glaciales. Estas grutas, que además contienen agua proveniente de

sistemas subglaciales, involucran a las tres fases actuales del agua, donde al interactuar

en un congelado ambiente subterráneo y sin la acción del viento se transforman en el

cuarto estado del agua: plasma semilíquido o gelatinoso.

Agua cambiando de estado sólido alíquido.

Estado líquido[editar]

Cuando el agua está en estado líquido, al tener más temperatura, aumenta la energía

cinética de las moléculas, por lo tanto el movimiento de las moléculas es mayor,

produciendo rompimiento en los enlaces de hidrógeno, quedando algunas moléculas

sueltas, y la mayoría unidas.

es un estado de la agregación de la materia en forma de fluido altamente incomprensible.

Estado gaseoso[editar]

Artículo principal: Vapor de agua

Cuando el agua es gaseosa, la energía cinética es tal que se rompen todos los enlaces de

hidrógeno quedando todas las moléculas libres. El vapor de agua es tan invisible como el

aire; el vapor que se observa sobre el agua en ebullición o en el aliento emitido en aire

muy frío, está formado por gotas microscópicas de agua líquida en suspensión; lo mismo

que las nubes.

Véase también[editar]

Agua

Monóxido de dihidrógeno

Referencias[editar]

1. Volver arriba↑ Nomenclatura de Química Inorgánica. Recomendaciones de la IUPAC de

2005. Ciriano López, Miguel Ángel; Román Polo, Pascual (versión española), Connelly, Neil

G. (ed.), Damhus, Ture (ed.) Prensas Universitarias de Zaragoza, 2007

2. Volver arriba↑ Número CAS

3. Volver arriba↑ Biología marina en Google Libros. – Giuseppe Cognetti, Michele Sarà,

Giuseppe Magazzù

4. Volver arriba↑ Elena Sanz (24 de noviembre de 2011). «¿A qué temperatura se congela el

agua?». Consultado el 11 de abril de 2012. «Un equipo de químicos de la Universidad de

Utah (EE UU) acaba de demostrar que el agua no se congela totalmente hasta que alcanza

los -13 °C, y no a 0 °C como solemos pensar. Es a esa temperatura extremadamente baja

cuando el agua no solo se enfría sino que definitivamente su estructura molecular cambia y

adquiere formas tetraédricas, en las que cada molécula de agua se une a otras cuatro,

formando lo que conocemos como hielo. No obstante, incluso a estas temperaturas pueden

quedar restos de agua líquida entre el agua sólida, aunque dura tan poco tiempo que

resulta casi imposible de detectar o medir.»

Enlaces externos[editar]

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