3.3 EL POR QUE DE LAS MARAVILLAS DEL AGUA

3.3.1.  ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS. MODELO CINÉTICO MOLECULAR DE LOS LÍQUIDOS

De acuerdo con la teoría cinético-molecular o corpuscular toda la materia está formada por partículas en continuo movimiento, entre las que no hay nada, sólo espacio vacío. 

Propiedades de los liquidos

FORMA: Adoptan la forma del recipiente que los contiene.

VOLUMEN: No varía.

COMPRESIBILIDAD: Son incompresibles.

FUERZAS INTERMOLECULARES: En un líquido las fuerzas intermoleculares de ATRACCIÓN y REPULSIÓN se encuentran igualadas.

Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante movimiento de desplazamiento y que se deslizan unas sobre las otras.

La disposición de estas moléculas le da un aspecto de fluidez con la que frecuentemente se les asocia. 

Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Por ejemplo, si echas igual cantidad de un líquido en un tubo de ensayo, a un plato o en una botella, éstos adoptarán la forma de cada uno de estos objetos. Si observas algunos líquidos notarás que ninguno de ellos tiene forma definida y que, al igual que los sólidos, tampoco pueden comprimirse.

¿A qué se debe el cambio de forma que pueden presentar los líquidos?

La forma indefinida de los líquidos se debe a que la fuerza de atracción que mantiene unidas las moléculas es menos intensa que la fuerza que mantiene unidas las moléculas de los sólidos 

¿Por qué los líquidos son incompresibles?

Los líquidos son incompresibles porque las moléculas que los constituyen están tan unidas que no pueden acercarse más; sólo pueden deslizarse las unas sobre las otras.

Los líquidos, AL igual que los sólidos, presentan propiedades específicas entre las cuales señalaremos:

• Volatilidad: Es decir, facilidad para evaporarse. Esta propiedad se aprecia claramente al dejar abierto un frasco con alcohol, en que se percibe su olor y disminuye el volumen.

• Viscosidad: Es decir, dificultad al escurrimiento.

3.3.2. PROPIEDADES DEL AGUA: PUNTOS DE FUSIÓN EBULLICIÓN. DENSIDAD CAPACIDAD CALORÍFICA CALORES LATENTES DE FUSIÓN Y DE EVAPORACIÓN. TENSIÓN SUPERFICIAL. PODER DISOLVENTE

El punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal.
El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.

Se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.

A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas.

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos conocidos. Sin embargo no llega a disolver todos los compuestos.

En términos químicos, el agua es un solvente eficaz porque permite disolver iones y moléculas polares. La inmensa mayoría de las sustancias pueden ser disueltas en agua. Cuando el agua es empleada como solvente se obtiene una disolución acuosa; por lo tanto, a la sustancia disuelta se la denomina soluto y al medio que la dispersa se lo llama disolvente. En el proceso de disolución, las moléculas del agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas alejadas o dispersadas. Cuando un compuesto iónicose disuelve en agua, los extremos positivos (hidrógeno) de la molécula del agua son atraídos por los aniones que contienen iones con carga negativa, mientras que los extremos negativos (oxígeno) de la molécula son atraídos por los cationes que contienen iones con carga positiva.

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.

Se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 k). 

Calor latente de fusión del hielo a 0 °C, 80 cal/g 

Calor latente de evaporación del agua a 100°C, 540 cal/g

3.3.3. COMPOSICIÓN DEL AGUA: ELECTRÓLISIS Y SÍNTESIS 

Electrolisis y síntesis del agua

La electrólisis es un proceso donde se separan los elementos del compuesto que forman, usando para ello la electricidad.

Electrólisis del agua

Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es el puro H2O, sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendría conductividad.)
La síntesis orgánica en agua 

Comprende aquellos procesos de formación de compuestos de esqueleto hidrocarbonado que se llevan a cabo en medio acuoso. Tradicionalmente las reacciones orgánicas se han desarrollado en disolventes orgánicos (metanol, diclorometano, tolueno, etc.) debido a la insolubilidad de muchos de los reactivos en medio acuoso. Este tipo de disolventes, especialmente los disolventes clorados, es una fuente importante de emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) a la atmósfera, causantes del fenómeno de smog en las ciudades.

3.3.4. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA: ENLACES COVALENTES. MOLÉCULAS POLARES Y NO POLARES. PUENTES DE HIDRÓGENO.

Los enlaces covalentes se producen por compartición de electrones entre dos o mas átomos. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar pero la diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales. 

La polaridad es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas en la misma. Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades como la solubilidad, punto de fusión,punto de ebullición, fuerzas intermoleculares, etc.

Al formarse una molécula de modo covalente el par de electrones tiende a desplazarse hacia el átomo que tiene mayor electronegatividad. Esto origina una densidad de cargadesigual entre los núcleos que forman el enlace (se forma un dipolo eléctrico). El enlace es más polar cuanto mayor sea la diferencia entre las electronegatividades de los átomos que se enlazan; así pues, dos átomos iguales atraerán al par de electrones covalente con la misma fuerza (establecida por la Ley de Coulomb) y los electrones permanecerán en el centro haciendo que el enlace sea apolar.Pero un enlace polar no requiere siempre una molécula polar; para averiguar si una molécula es polar hay que atender a la cantidad de enlaces polares y la estructura de la molécula.

Las moléculas no polares son aquellas moléculas que se producen por la unión entre átomos que poseen igual electronegatividad, por lo que las fuerzas con las que los átomos que conforman la molécula atraen los electrones del enlace son iguales, produciéndose así la anulación de dichas fuerzas. Un ejemplo de una molécula apolar es la molécula de Oxígeno (O₂). En esta molécula cada átomo de Oxígeno atrae a los electrones compartidos hacia sí mismo con una misma intensidad pero en sentidos opuestos, por lo que se anulan las fuerzas de atracción y la molécula no se convierte en un dipolo.

3.3.5. REGULACIÓN DEL CLIMA 

En la regulación del clima global participan todos los sistemas de la naturaleza: la atmósfera y la hidrosfera (sobre todo los océanos), la criosfera (hielo, nieve), la litosfera (la corteza terrestre) y la biosfera. En las últimas décadas, también el ser humano (como causante del aumento en la emisión de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano) se ha convertido en un factor que afecta al clima. 
En el sistema climático de la Tierra, el mar cumple una función primordial. La elevada capacidad calórica del agua marina y las particularidades de su balance térmico, como la mezcla de las capas superiores, amortiguan las diferencias de temperatura a lo largo del año. Tanto el sistema de circulación general de la atmósfera como el de los océanos contribuyen, en proporciones similares, al equilibrio térmico entre las latitudes altas y bajas.
Además, los océanos influyen sobre el clima no sólo térmicamente, sino también como parte de los grandes ciclos biogeoquímicos, especialmente el ciclo del carbono que, en forma de dióxido de carbono, es fundamental para la futura evolución del clima. Quien quiera saber hoy cómo será el clima mañana, no puede ignorar los océanos

3.3.6. SOLUCIONES. CONCENTRACIÓN EN POR CIENTO Y MOLAR.

Concentración de soluciones

La concentración se refiere a la cantidad de soluto que hay en una masa o volumen determinado de solución o solvente. Puesto que términos como concentrado, diluido, saturado o insaturado son inespecíficos, existen maneras de expresar exactamente la cantidad de soluto en una solución. 

Molaridad
La molaridad se refiere al número de moles de soluto que están presentes por litro de solución. Por ejemplo, si una solución tiene una concentración molar de 2.5M, sabemos que hay 2.5 moles de soluto por cada litro de solución. Es importante notar que el volumen de solvente no es tomado en cuenta sino el volumen final de la solución.

Molaridad = moles de soluto / litros de solución
M = mol soluto / L solución 

Porcentajes.Por definición el porcentaje es la proporción (en partes) por cada 100 partes de un todo.
Si aplicamos este concepto a las disoluciones podemos definir la concentración de una solución como partes de soluto en 100 partes de solución. Las “partes” puedes ser expresadas en Masa (g) o volúmenes (mL, L).


3.3.7. ELECTROLITOS Y NO ELECTROLITOS 

Las sustancias como los ácidos, las bases y las sales que en disolución tienen la propiedad de ser conductoras de la corriente eléctrica, reciben el nombre de electrolitos, las de mas sustancias se consideran como no electrolitos.

3.3.8. ÁCIDOS, BASES Y PH

La primera sistematización de los conceptos de ácido y base fue elaborada por el sueco Svante Arrhenius, quien en 1897 definió un ácido como una sustancia que en solución libera iones hidrógeno o protones (H+)i y una base como una sustancia que en solución libera iones hidroxilo (OH¯)

Según estos conceptos, el agua tiene propiedades de ácido y base, porque puede ceder o aceptar 

protones, como se muestra en las reacciones siguientes:

a) Frente a un ácido, como el Cloruro de Hidrógeno (HCl) el agua actúa como base:

HCl + H2O  H3O+ + Cl¯

b) Frente a una base, como el Amoniaco (NH3) actúa como ácido:

NH3 + H2O  NH4+ + HO¯

c) Consigo misma actúa de ambas formas:

H2O + H2O  H3O+ + HO¯

3.3.9. NEUTRALIZACIÓN Y FORMACIÓN DE SALES 

Cuando a una solución de Na (HO), en la que se encuentra cationes Na+ y aniones OH-, se añade solución de HCL, que contiene cationes H+ y aniones CL-, se produce una reaccion quimica: el anion OH-del hidróxido se une al cation H+ del acido formado agua y el cation Na+ de la base se combina con el anion CL- de l acido originando cloruro de sodio. esto queda expresado en la siguiente ecuacion química:

Na (OH) + HCL→  H2O + NaCL

entonces, desaparecen las cationes hidrógeno, responsable del sabor agrio dela acido,  y los aniones ixhidrilo que le confiere el sabor amargo a la base.
luego, si se colocan igual numero de moleculas de Na(OH) y de HCL, solo queda una solucion de cloruro de sodio en agua. el ácido ha neutrado al hidróxido o viceversa,formandose agua y sal.
para igualar la ecuación