Propiedades Especiales del Agua: Comprendiendo su Comportamiento Único
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Propiedades que se derivan (Propiedades especiales del agua)
El agua presenta temperaturas de fusión y ebullición más altas de lo normal. De hecho, es líquida a temperatura ambiente, mientras que compuestos análogos (H2S) son gaseosos.
En compuestos moleculares, los estados de agregación vienen condicionados por la fortaleza de las fuerzas intermoleculares. Cuanto mayores sean las fuerzas intermoleculares, más energía (calor) habrá que dar para romperlas y mayores serán los puntos de fusión y de ebullición.
En el H2S, las fuerzas intermoleculares existentes son de tipo dipolo-dipolo, mientras que en el H2O aparecen enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son más intensos que las fuerzas dipolo-dipolo y, por tanto, hacen falta más de 25 ºC para romper los necesarios para que la sustancia se convierta en gas.
Otras propiedades físicas, como la tensión superficial, el calor específico y el calor de vaporización, también son más altas de lo normal por el mismo motivo: la fortaleza excepcional de la interacción molecular.
Por otro lado, el agua adquiere su máxima densidad a 4 ºC en estado líquido, mientras que, en general, la máxima densidad se alcanza en estado sólido. Esta circunstancia también es debida a la formación de enlaces de hidrógeno, concretamente a su geometría, condicionada por la disposición de los pares de electrones solitarios.
Por debajo de cero grados (temperatura de fusión), se forman casi todos los enlaces de hidrógeno posibles. En el hielo, las moléculas de agua se disponen formando una estructura tetraédrica muy abierta. Cada molécula forma dos enlaces de H con sus respectivos H y recibe otros dos sobre el O, siguiendo la orientación de los pares de electrones libres en los orbitales sp3.
Por encima de la temperatura de fusión, se produce la ruptura de algunos de los enlaces de hidrógeno y se facilita la movilidad de algunas de las moléculas, que tienden a situarse entre los huecos dejados por aquellas que siguen enlazadas. Según va subiendo la temperatura, son más las moléculas separadas que pueden introducirse en los huecos. Este fenómeno se llama compactación y es predominante hasta 4 ºC, donde alcanza su punto máximo. Por encima de 4 ºC, se siguen rompiendo más enlaces, pero al ir incrementando la agitación térmica, la movilidad de las moléculas es aún mayor; se desplazan a mayores distancias y este fenómeno se impone al de compactación, haciendo que la densidad disminuya de manera regular. A 100 ºC, la agitación térmica es tal que se rompen casi todos los enlaces de hidrógeno y el agua pasa a estado gaseoso.