Indice
1.
Introducción
2. Propiedades Físicas Del
Agua
3. Propiedades Químicas del
Agua
4. Animales De Agua Dulce
6. Bibliografía
Nombre común que se aplica al estado
líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno
H2O. Los antiguos filósofos consideraban el agua como
un elemento básico que representaba a todas las sustancias
líquidas. Los científicos no descartaron esta idea
hasta la última mitad del siglo XVIII. En 1781 el
químico británico Henry Cavendish sintetizó
agua detonando
una mezcla de hidrógeno y aire. Sin
embargo, los resultados de este experimento no fueron
interpretados claramente hasta dos años más tarde,
cuando el químico francés Antoine Laurent de
Lavoisier propuso que el agua no era
un elemento sino un compuesto de oxígeno
e hidrógeno. En un documento científico presentado
en 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac
y el naturalista alemán Alexander von Humboldt demostraron
conjuntamente que el agua
consistía en dos volúmenes de hidrógeno y
uno de oxígeno, tal como se expresa en la fórmula
actual H2O.
2. 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
más en las regiones marinas.
El agua se comporta 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 máxima, 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 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.
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 más 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 aumenta más hasta llegar a
un valor
máximo 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.
3. Propiedades
Químicas del Agua
1)Reacciona con los óxidos ácidos
2)Reacciona con los óxidos básicos
3)Reacciona con los metales
4)Reacciona con los no metales
5)Se une en las sales formando hidratos
1)Los anhídridos u óxidos ácidos
reaccionan con el agua y forman ácidos
oxácidos.
2) Los óxidos de los metales u
óxidos básicos 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,
denominándose 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 está hidratado es de color azul, pero por
pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico
anhidro de color blanco.
Por otra parte, hay sustancias 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
cálcico.
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 átomo 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 átomo 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 más posible.
Experimentalmente se encontró que el ángulo que
forman los 2 enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno
es de 105º y la longitud 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. Además,
el que el ángulo 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
ángulo de enlace hasta los 105º.
Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones
tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la
misma carga) y cuando no están apareados también se
repelen (principio de exclusión de Pauli). Además
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
más 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 ácido y
álcali 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 átomo de oxígeno es más
electronegativo que el de hidrógeno, por lo que esta
molécula tiene un momento dipolar electrostático
igual a 6.13×10-30 (coulombs)(angstrom), lo que
también indica que la molécula H2O no es
lineal, H-O-H.
El agua es un compuesto tan versátil 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, quizá el compuesto químico más
importante en las actividades del hombre y
también más versátil, ya que como reactivo
químico funciona como ácido, álcali,
ligando, agente oxidante y agente reductor.
Difusión
Proceso
mediante el cual ocurre un flujo de partículas
(átomos, 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 disolverá y se difundirá 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, a
temperatura constante. En la ósmosis clásica, 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
cáscara. En este experimento, el agua pasa en ambos
sentidos a través de la membrana. Pasa más 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 elevará hasta que la
presión hidrostática iguale el flujo de
moléculas de disolvente a través de la membrana en
ambos sentidos. Esta presión hidrostática recibe el
nombre de presión osmótica. Numerosos principios de la
física y
la química
intervienen en el fenómeno de la ósmosis en
animales y
plantas.
Capilaridad
Es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de
pequeño diámetro (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
hidrostática de los vasos comunicantes, según la
cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los
puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos
capilares, es decir, tubos de diámetro 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 será
cóncava y el líquido subirá por el tubo, es
decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático.
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 será
convexa y el líquido caerá por debajo del nivel
hidrostático. 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 estilográfica (fuente) o el rotulador
(plumón) se basan en este principio.
4. Animales De Agua
Dulce
La composición de las comunidades de agua dulce depende
más del clima que las de
agua salada. Los océanos cubren vastas extensiones y se
entremezclan entre ellos, esto no ocurre con las masas de agua
dulce. Por esta razón, la propagación de las
especies de agua dulce está mucho más limitada que
la de las especies de agua salada. La variación en la
composición química es mayor en
las aguas del interior que en las de los océanos, ya que
los minerales
disueltos en el agua dulce no pueden dispersarse en áreas
tan extensas como en aquéllos. Sin embargo, considerando
estas limitaciones, existen dos grandes divisiones de las aguas
dulces del interior: aguas corrientes y aguas estancadas. En
general, las primeras están en relación con el mar,
y una parte importante de la población animal proviene del gran
número de especies oceánicas que penetran en los
ríos. La rapidez de las corrientes en las aguas libres
requiere que los animales sean grandes nadadores (como el
salmón), habitantes de las profundidades (como el cangrejo
de río), o formas que pueden fijarse a las rocas, plantas
acuáticas, o detritos (como la sanguijuela). Las aguas
estancadas experimentan pequeñas fluctuaciones, de modo
que las formas sedentarias y de natación
lenta son abundantes en estas zonas. Las cuencas de agua
estancada reúnen una mayor cantidad de detritos
orgánicos que las que fluyen, lo que hace posible la
existencia de poblaciones vegetales tan grandes como para
facilitar un aporte abundante de alimentos a la
población animal.
5. Animales De Agua
Salada
Se ha descrito un gran número de
especies de ballenas y peces
depredadores en todos los mares. Sin embargo, la mayoría
de los animales acuáticos están limitados a unas
áreas climáticas relativamente definidas. En
general, los animales no abandonan su zona climática y,
cuando una zona está dividida por masas terrestres, evitan
el paso a otras masas de agua dentro de la misma zona.
Las condiciones medio ambientales en las aguas profundas son
muy diferentes según el nivel de profundidad. La
temperatura del agua desciende y la presión aumenta a
medida que se avanza hacia el fondo. Las posibilidades de
alimentarse, que dependen del número y tipo de plantas y
animales que existan, varían también mucho con la
profundidad. Un animal acuático que sólo puede
sobrevivir en profundidades de 6.000 a 7.000 m, no puede cruzar
una cordillera del suelo del
océano si su cresta se encuentra sólo a 3.000 m por
debajo de la superficie.
Suponiendo que exista una relativa uniformidad de temperatura,
presión y condiciones alimentarias, los hábitats de
agua salada pueden ser divididos en tres zonas: litoral,
pelágica y abisal. El litoral incluye las regiones
costeras de océanos y mares, desde la orilla del mar hasta
una profundidad de aproximadamente 180 m. La población
animal incluye una gran cantidad de seres vivos propios de la
zona de orilla como corales, mejillones, artrópodos
superiores y peces. La zona
pelágica comprende la columna de agua del mar abierto de
idéntica profundidad que la del litoral. Muchas formas
pelágicas, como las medusas y los peces verdaderos
equipados con cámaras de aire,
están adaptados para flotar, aunque la mayoría de
los habitantes de esta zona son capaces de nadar. La zona abisal
es el fondo oscuro y profundo del océano. Esta
región carece prácticamente de vida vegetal, pero
los habitantes abisales, como los cangrejos, se alimentan de
organismos muertos que se hunden desde la superficie. En este
entorno, las comunidades de plantas y animales que viven en las
grietas hidrotermales, donde la cadena
alimenticia se basa en bacterias que
digieren azufre, son únicas.
Agua Subterránea
Agua que se encuentra bajo la superficie terrestre. Se encuentra
en el interior de poros entre partículas sedimentarias y
en las fisuras de las rocas más
sólidas. En las regiones árticas el agua
subterránea puede helarse. En general mantiene una
temperatura muy similar al promedio anual en la zona.
El agua subterránea más profunda puede
permanecer oculta durante miles o millones de años. No
obstante, la mayor parte de los yacimientos están a poca
profundidad y desempeñan un papel discreto
pero constante dentro del ciclo hidrológico. A nivel
global, el agua subterránea representa cerca de un tercio
de un uno por ciento del agua de la Tierra, es
decir unas 20 veces más que el total de las aguas
superficiales de todos los continentes e islas.
El agua subterránea es de esencial importancia para la
civilización porque supone la mayor reserva de agua
potable en las regiones habitadas por los seres humanos. El agua
subterránea puede aparecer en la superficie en forma de
manantiales, o puede ser extraída mediante pozos. En
tiempos de sequía, puede servir para mantener el flujo de
agua superficial, pero incluso cuando no hay escasez, el agua
subterránea es preferible porque no tiende a estar
contaminada por residuos o microorganismos.
La movilidad del agua subterránea depende del tipo de
rocas subterráneas en cada lugar dado. Las capas
permeables saturadas capaces de aportar un suministro útil
de agua son conocidas como acuíferos. Suelen estar
formadas por arenas, gravas, calizas o basaltos. Otras capas,
como las arcillas, pizarras, morrenas glaciares y limos tienden a
reducir el flujo del agua subterránea. Las rocas
impermeables son llamadas acuífugas, o rocas
basamentarias. En zonas permeables, la capa superficial del
área de saturación de agua se llama nivel
freático. Cuando en lugares muy poblados o zonas
áridas muy irrigadas se extrae agua del subsuelo demasiado
deprisa, el nivel freático puede descender con gran
rapidez, haciendo que sea imposible acceder a él,
aún recurriendo a pozos muy profundos.
Aunque el agua subterránea está menos
contaminada que la superficial, la
contaminación de este recurso también se ha
convertido en una preocupación en los países
industrializados.
Agua Pesada
Isótopo de hidrógeno, estable y no radiactivo, con
una masa atómica de 2,01363, y de símbolo D o 2H.
Se conoce también como hidrógeno pesado, al ser su
masa atómica aproximadamente el doble de la del
hidrógeno normal, aunque ambos tienen las mismas
propiedades químicas. El hidrógeno, tal como se da
en la naturaleza,
contiene un 0,02% de deuterio. Este isótopo tiene un punto
de ebullición de -249,49 °C, 3,28 °C
más alto que el del hidrógeno. El agua pesada
(óxido de deuterio, D2O) tiene un punto de
ebullición de 101,42 °C (en el agua normal es de
100 °C); tiene un punto de congelación de
3,81 °C (en el agua normal es de 0 °C), y a
temperatura ambiente su
densidad es un 10,79% mayor que la del agua normal.
El químico estadounidense Harold Clayton Urey, junto
con sus colaboradores, descubrió el deuterio en 1932;
consiguió separar el primer isótopo en estado puro
de un elemento. Los métodos
más eficaces utilizados para separar el deuterio del
hidrógeno natural son la destilación fraccionada del agua y el
proceso de
intercambio catalítico entre agua e hidrógeno. En
este último, al combinar agua e hidrógeno en
presencia de un catalizador apropiado, se forma deuterio en el
agua en una cantidad tres veces superior que en el
hidrógeno. El deuterio también se puede concentrar
por electrólisis, centrifugación y
destilación fraccionada del
hidrógeno líquido.
El núcleo de los átomos de deuterio, llamado
deuterón, es muy útil para la investigación en el campo de la física, ya que puede
ser acelerado fácilmente por ciclotrones y otros aparatos
semejantes, utilizándose como proyectil atómico en
la transmutación de elementos. El deuterio también
tiene importantes aplicaciones en la investigación biológica y se usa
como isótopo trazador en el estudio de los problemas del
metabolismo.
Durante la II Guerra Mundial,
el agua pesada se empleó como agente moderador en los
primeros tipos de reactores nucleares, aunque el grafito ha ido
ocupando su lugar gradualmente. El deuterio, en forma de
óxido de deuterio o de deuteruro de litio, es, junto con
el tritio, un componente esencial de las armas de
fusión nuclear, también llamadas bombas de
hidrógeno.
Agua Mineral
Agua de manantial que contiene sales minerales o
gases y que,
por tanto, puede tener efectos diferentes sobre el cuerpo
humano que el agua corriente. Las aguas minerales se han empleado
como remedio desde la más remota antigüedad, y eran
familiares para los antiguos griegos y romanos. Acostumbran a
clasificarse en alcalinas, salinas, ferruginosas, sulfurosas,
aciduladas y arseniosas. Las aguas minerales más notables
son las de Vichy, Tehuacán, Apollinaris y Caldas de
Malavella, bicarbonatadas; Apenta, Friedrichhall y Ledesma, aguas
salinas ricas en sulfatos; Karlovy Vary, Marienbad, Solares y
Cestona, ricas en cloruro sódico; Lanjarón,
ferruginosa; Aquisgrán, Baden y Aix-les-Bains, sulfurosas;
Bath y Baden, arseniosas; y Panticosa, rica en
nitrógeno.
- Biologia I, Estrada, 1995
- Ciencias Biologicas I, Santillana, 1988
- Quimica General e Inorganica, Kapuluz, 1995
Autor:
Juan Martin Paramio