Propiedades térmicas del agua

¿Qué es el agua?

Es probable que sepa que el agua es importante. Pero, ¿realmente comprendes lo importante que es? Si lo piensas bien, nuestro planeta está cubierto de agua. Tu cuerpo es principalmente agua. De hecho, solo sobrevivirías unos días sin él. ¡Pero no eres el único! Todos los organismos vivos necesitan agua para sobrevivir. Y lo que hace que el agua sea especial es que tiene algunas propiedades térmicas únicas que nos ayudan a nosotros, y a todo lo demás en la Tierra, a levantarnos y seguir con nuestro día sin ni siquiera pensar en ello.

Alta capacidad calorífica específica

Comencemos con la capacidad calorífica específica del agua, que es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 gramo de algo en 1 ° C, o más generalmente, la resistencia al cambio de temperatura. El agua tiene una capacidad calorífica específica muy alta, por lo que puede absorber mucho calor con solo un pequeño cambio de temperatura. Es por eso que las áreas costeras tienen temperaturas más consistentes durante todo el año. Los grandes cuerpos de agua absorben y almacenan grandes cantidades de calor del sol y, a medida que se enfrían, lo liberan al aire. Esto ayuda a proteger no solo la vida en tierra de las fluctuaciones extremas de temperatura, sino también la vida marina.

La capacidad calorífica específica conocida del agua también puede ayudarnos a medir los cambios de energía en las reacciones químicas. Como sabemos cuánta energía se necesita para cambiar la temperatura del agua en 1 ° C, podemos usar agua para medir el cambio de calor (energía) de una reacción química.

Fusión, ebullición y densidad

El agua también es especial porque tiene un punto de fusión y un punto de ebullición altos (0 ° C / 32 ° F = punto de fusión; 100 ° C / 212 ° F = punto de ebullición). Como recordatorio rápido, el punto de fusión es la temperatura a la que un sólido se convierte en líquido y el punto de ebullición es la temperatura a la que un líquido se convierte en gas. El agua no es una molécula muy ‘pesada’, por lo que podría pensar que se derretiría y herviría fácilmente. ¡No es el caso! Los enlaces de hidrógeno del agua mantienen unidas las moléculas con mucha fuerza, lo que dificulta su separación.

El punto de fusión de una sustancia es también su punto de congelación porque aquí es donde ocurre el cambio de fase en ambas direcciones. Y esto nos lleva a nuestra siguiente propiedad térmica del agua, su densidad . Esta es la cantidad de material empaquetado en una determinada cantidad de espacio. La densidad en sí no es necesariamente una propiedad térmica, pero debido a que cambia con la temperatura y la fase, y debido a que la densidad del agua es tan única, debemos cubrirla aquí.

La mayoría de las sustancias se vuelven más densas a medida que se enfrían porque sus moléculas se ralentizan y se condensan juntas. ¡El agua tiene sus propias ideas sobre esto! Lo crea o no, ¡el agua se vuelve menos densa a medida que se enfría! A medida que el agua se enfría, en lugar de acercarse, las moléculas se mantienen separadas entre sí con esos enlaces de hidrógeno y crean una estructura cristalina agradable. Esto también explica por qué el hielo flota sobre el agua líquida; ¡es menos denso!

La importancia de esto no puede subestimarse porque esta propiedad del agua es lo que permite que la vida en la Tierra sobreviva. Si el hielo fuera más denso que el agua líquida, se hundiría y toda el agua eventualmente se congelaría y se convertiría también en hielo, matando toda la vida en los lagos y océanos. Sin embargo, dado que el hielo flota, crea una manta en la superficie que aísla el agua debajo y evita que se congele. Esto permite que la vida continúe debajo de esa manta como si nada hubiera pasado.

Calor de fusión y vaporización

Relacionado con la capacidad calorífica específica del agua y sus puntos de fusión y ebullición están el calor de fusión y el calor de vaporización. La fusión también se conoce como fusión, por lo que el calor de fusión es la cantidad de energía necesaria para convertir un sólido en líquido. Asimismo, dado que la vaporización ocurre cuando un líquido se convierte en gas, el calor de vaporización es la cantidad de energía requerida para convertir un líquido en gas. Para el agua, estos valores son 334 julios por gramo y 2256 julios por gramo, respectivamente.

Ya sabemos que el agua puede absorber mucho calor antes de que cambie de temperatura. Pero lo importante sobre el calor que absorbe es cuando todo el calor almacenado se libera en otro lugar. Esto es lo que sucede cuando el calor almacenado en cuerpos de agua se vaporiza en el aire en lugares como los trópicos y luego se transporta a otras partes del mundo. Cuando ese vapor de agua caliente llega a un área más fría, se condensa nuevamente en forma líquida y libera algo de ese calor, lo que ayuda a estabilizar las temperaturas en la Tierra.

Resumen de la lección

Así que repasemos. Es seguro comenzar diciendo que está claro que el agua es increíble. Sus muchas propiedades únicas sustentan la vida en la Tierra de varias maneras. Los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas de agua son responsables de muchas de sus propiedades, incluida su alta capacidad calorífica específica o la capacidad de resistir cambios de temperatura; su alto punto de fusión , que es cuando un sólido se convierte en líquido; punto de ebullición , que es cuando un líquido se convierte en gas; y la cantidad de energía que se necesita para fundir y hervir el agua, su calor de fusión y su calor de vaporización .

La densidad del agua , la cantidad de cosas empaquetadas en una determinada cantidad de espacio, también es importante porque esta propiedad es lo que permite que exista vida en la Tierra. El agua congelada es menos densa que el agua líquida, lo que significa que flota. ¡Esto a su vez permite que la vida acuática sobreviva durante los fríos inviernos en lugar de congelarse como paletas heladas!