El agua tiene muchas propiedades realmente interesantes. ¿Por qué flota el hielo cuando la mayoría de los demás sólidos se hunden? ¿Por qué las ciudades costeras tienden a ser un poco más templadas que las del interior? ¿Cómo ayudan las elegantes camisetas deportivas a eliminar el sudor tan rápidamente? Podemos hablar de estas cuestiones en términos de enlaces de hidrógeno .
La unión de hidrógeno hace que el agua sea única
Hemos aprendido que se pueden formar enlaces de hidrógeno entre átomos con carga parcial. Entonces, si tengo un átomo aquí con una carga parcial positiva, y tengo un átomo aquí con una carga parcial negativa, puede formar un enlace de hidrógeno entre esos dos átomos, uniendo estas dos moléculas. Dado que el agua es una molécula con átomos parcialmente cargados, el agua puede formar un enlace de hidrógeno con otras moléculas de agua. Y esta propiedad es lo que le da al agua muchos de sus atributos únicos que ayudan a hacer posible la vida.
 |
Densidad
La primera pregunta que planteé fue ¿por qué el hielo flota cuando la mayoría de los demás sólidos se hunden? Si tengo una taza de agua aquí y le pusiera un cubito de hielo, flotará. Sin embargo, como alternativa, si tomara un pequeño grano de sal y lo metiera en la taza de agua, se hundiría inmediatamente hasta el fondo de la taza, aunque es mucho más pequeño que este cubo de hielo más grande. Entonces, ¿por qué sucede eso? Bueno, de lo que tenemos que hablar para entender cómo está funcionando el cubo de hielo es de algo llamado densidad . La densidad es una medida de la masa de un objeto por unidad de volumen. Esto nos dará una idea de cuánta masa, o cuánta materia, ocupa el volumen dado. En términos de la mayoría de los sólidos, el sólido va a tener más densidad que el líquido, en este caso, el agua. La cosa con más densidad se va a hundir; va a ir hacia abajo. Las cosas con menos densidad van a flotar o moverse hacia arriba en relación con el agua.
Propiedades del hielo y el agua líquida
Lo diferente del hielo son los enlaces de hidrógeno. El agua puede formar enlaces de hidrógeno y, en estado líquido, estos enlaces se forman y se rompen constantemente. Ahora, se van a formar múltiples enlaces de hidrógeno entre diferentes moléculas y debido a que se forman y se rompen constantemente, eso le da al agua su naturaleza más fluida. A medida que baje la temperatura del agua líquida, comenzará a formarse hielo. Lo que sucederá es que las moléculas de agua se volverán más ordenadas porque se formará cada enlace de hidrógeno que pueda formarse. Debido a que todos estos enlaces de hidrógeno se forman al mismo tiempo, las moléculas de agua se están volviendo más ordenadas; están formando una estructura cristalina .
 |
Debido a este enlace, las moléculas de agua están en esta estructura rígida, y esta estructura rígida las mantiene más separadas de lo que estarían si hubieran estado en estado líquido. Debido a que se mantienen más separados, ocupan más volumen y porque ocupan más volumen, si recordamos nuestra fórmula de densidad, dijimos que la densidad era igual a la masa dividida por el volumen, si he aumentado el volumen pero mantuvo la masa igual (porque hemos aumentado este volumen aquí) la densidad general ha disminuido porque el denominador ha aumentado pero el numerador se ha mantenido igual. Entonces, debido a que esta densidad es menor, el hielo flotará sobre el agua.
¿Por qué el punto de ebullición del agua es tan importante para la vida en la Tierra?
Estados de la materia y calor específico
Otra pregunta que planteé al comienzo de la lección fue por qué las ciudades costeras son más templadas que las ciudades del interior en general. Para responder a esta pregunta, tenemos que pensar en otro aspecto del agua. Se necesita una cierta cantidad de energía para cambiar los estados físicos de la materia. Entonces, por ejemplo, aquí podemos hablar de hielo. Sabemos que se necesita cierta cantidad de energía para derretir ese hielo y convertirlo en agua. De la misma manera, se necesita una cierta cantidad de energía, nuevamente, que hay que agregar al agua para poder hervirla, para convertirla en vapor. Ahora, esto es cierto para todas las sustancias, pero lo que es diferente, nuevamente, sobre el agua, también debemos recordar que el agua está unida por enlaces de hidrógeno. Por tanto, necesitamos introducir energía en el sistema para romper estos enlaces de hidrógeno, además de la energía necesaria para cambiar el estado de la materia. Hablamos de la energía que se necesita para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de una sustancia: el calor específico . Entonces podemos decir que el agua tiene un calor específico alto.
El efecto del agua en la temperatura climática
Esta es la razón por la que los cuerpos de agua pueden ayudar a enfriar el área circundante. Entonces, si tengo mi buen cuerpo de agua aquí y tengo mi tierra circundante, se necesitará energía adicional para calentar este aire porque la energía también está siendo absorbida por esta agua para calentar esta agua que está cerca de esta tierra. Entonces, esta área que está cerca de la tierra experimentará un clima más templado debido a esta agua que la aísla del aire caliente, mientras que en algún lugar más tierra adentro, ese aislamiento no está sucediendo.
Por qué sudamos
La última pregunta que planteé fue cómo esas camisetas deportivas te ayudan a mantenerte seco. Para responder a esta pregunta, primero tomemos un minuto para pensar por qué nuestros cuerpos incluso sudan. Según lo que hemos comentado hasta ahora sobre el agua, ¿cómo crees que sudar beneficia a los humanos? Tómate un minuto para pensar en eso por un segundo. Ya hemos hablado de cómo el agua tiene un calor específico alto y también hemos hablado de cómo eso afecta la cantidad de energía que se necesita para cambiar el agua de un líquido a un gas. Entonces, si tenemos una gota de sudor sobre nuestra piel, se necesitará mucha energía del tejido circundante para poder evaporar ese sudor. Al eliminar esta energía del tejido, lo ha enfriado. Ésta es una razón por la que nuestro cuerpo suda: para refrescarse mientras hacemos ejercicio.
Cohesión, adhesión y acción capilar
Ahora que sabemos por qué sudamos, veamos cómo estos brillantes científicos de camisetas diseñaron estas camisetas para ayudarnos. Hay otro fenómeno del que podemos hablar con el que probablemente esté familiarizado llamado acción capilar . La acción capilar es eso que ves cuando tienes un poco de agua en el fondo de tu taza. El agua de la pajita se ha elevado de alguna manera por encima del nivel de esta agua; de alguna manera está desafiando la gravedad. Puede que no le sorprenda basándonos en lo que ya hemos estado hablando en esta lección, pero los enlaces de hidrógeno son los responsables. Hablamos de los enlaces de hidrógeno que unen las moléculas y les dan más fuerza. Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua se denominan cohesión . Entonces, las moléculas de agua se combinan con las moléculas de agua, pero las moléculas de agua son polares y también pueden unirse a otras cosas polares. Las moléculas de agua también pueden unirse al plástico. Si tengo el plástico de la pajilla, se pueden formar enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y el plástico de la pajilla. Estas cargas parciales son las cosas que interactúan entre las moléculas de agua que son el plástico. A esto se le llama adhesión . Entre la cohesión y la adherencia, eso proporciona la fuerza suficiente para hacer subir parte del agua por la pajilla contra las fuerzas de la gravedad. De la misma manera, lo que han hecho los científicos de nuestras camisas es crear una tela que tendrá pequeñas grietas. Estas grietas van a causar una acción capilar en nuestras moléculas de agua, y básicamente succionarán las moléculas de agua de nuestra piel hacia estas pequeñas grietas y luego permitirán que se evapore de la parte superior de la camisa. Bastante ingenioso, ¿eh? Estas son solo algunas de las propiedades realmente interesantes del agua que le confieren los enlaces de hidrógeno.
Resumen de la lección
Los enlaces de hidrógeno, como puede ver, pueden explicar muchas de las propiedades especiales que hacen del agua una parte realmente importante de la vida en la tierra. Los enlaces de hidrógeno ordenados e ininterrumpidos en el hielo hacen que las moléculas de agua estén más separadas de lo que estarían en estado líquido. Esta menor densidad resultante del hielo en relación con el agua explica por qué flota. El calor específico es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en un grado Celsius. Debido a que se necesita energía adicional para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, el agua tiene un calor específico alto. La naturaleza polar de las moléculas de agua hace que se peguen. Esto se conoce como cohesión. De manera similar, las moléculas de agua también pueden formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, y esto se conoce como adhesión. Juntas, la cohesión y la adhesión explican la acción capilar, que es la capacidad del agua para elevarse contra las fuerzas de la gravedad en un tubo pequeño.
¿Cómo reaccionan los metales alcalinos con el agua?
¿Qué significa que un ácido débil se Ioniza parcialmente en Agua?
Explora más sobre este tema
Selecciona un tema y sigue aprendiendo...
