3.3 El porque de las maravillas del agua

3.3 el porque de las maravillas del agua.

Hacia el año 600 a.C., los griegos dirigían su atención hacia la naturaleza del universo y la estructura de los materiales que la forman. Sus filósofos tenían como prioridad el porqué de las cosas y no se fijaban en otros aspectos y así propusieron lo que hoy se conoce como teoría química.

Tales de Mileto al cuestionarse como: ¿una sustancia puede transportarse en otra? Entre otras cosas decidió que el agua era el elemento base de todas las sustancias, ya que se encuentra en mayor cantidad, rodea la tierra y sin ella la vida se extingue.

Heráclito, Anaxímedes y Empédocles, propusieron el fuego, aire y tierra como elementos constituyentes del universo, mas el agua sumaba 4 elementos fundamentales de la tierra.

Esta idea de los 4 elementos termino en el año de 1783 cuando Enrique Cavendish hizo reaccionar ciertos metales con acido obtuvo un gas llamado hidrogeno, que al quemarlo y estudiar la reacción comprobó que los vapores producidos y condensados eran agua.

A partir de esto la teoría griega de los elementos demostró que el agua era el producto de la combinación de dos gases.

Lavoisier llamo al gas de Vendish hidrogeno y dedujo por su combinación con el oxigeno, 20 años después demostraron que el agua esta combinación de un volumen de oxigeno y dos volúmenes de hidrógeno.

3.3.1 estructura y propiedades de los líquidos.

Modelo cinético molecular de los líquidos.

El modelo cinético molecular dice que, las moléculas están en continuo movimientos y entre ellas están las fuerzas de cohesión. En un caso del estado liquido, dichas fuerzas son menos iintensas que el sólido e impiden que las moléculas puedan independizarse, así, mientras mayor temperatura tiene un sistema solido, sus moléculas se moverán más rápido y aumenta la distancia entre ellas y disminuye la fuerza de cohesión.

Con estudios se explico que los líquidos y gases son fluidos porque sus moléculas tienen movimiento pero la diferencia es que las de los gases no se atraen y las de los liquidas si por efecto de débiles fuerzas de atracción intermolecular (F. DE VANDER WAALS).

Las velocidades y las energías cinéticas de las moléculas tienen un intervalo de energía cinética de baja a alta, siendo su distribución similar a la de los gases, algunas se liberan y pasan a vapor. Esto depende de la fuerza intermolecular como de su energía cinética, y esta de su temperatura.

Si un liquido esta e un recipiente abierto se libera y se evapora para irse a la atmosfera, pero en uno cerrado el liquido se queda atrapado.

La velocidad a la que las moléculas salen del liquido se igualara al entrar de nuevo al liquido.

Velocidad de evaporación = velocidad de condensación

Con esto las moléculas en la fase de vapor se va constante se dice que el sistema se encuentra en equilibrio dinamico.

3.3.2. Propiedades del agua

El agua tiene tres estados físicos: solido liquido y gas. El agua pura es liquida, incolora, inodora e insípida; hierve a 100°C a nivel del mar.

Después del aire es la mas abundante y es un liquido con masa molecular baajaa (18 uma).

Puntos de fusión y ebullición.

Eñ agua se congela a 0°C y hierve a 100°C a nivel del mar, los puntos de congelamiento y ebullicon son la base de la medicon de la temperatura.

Densidad

El agua en hielo es menos densa que en su forma liquida, por esto flota. Además, el agua tiene mayor densidad que muchos liquidos comunes incluyeno los derivados del petróleo; por esto en una fuga de petróleo afecta a la fauna acuatica.

la mayor densidad del agua alcanza los 4°c y es de 19/ml; esto es un 1g/mL;esto es, un mL de agua equivale a 1g, asi un litro de agua vale 1kg. De la misma manera 1 g de agua eleva su temperatura 1°C cuando se le simunistra lo que equivale a una caloría.

Capacidad calorífica.

El agua tiene un alto índice de calor. Esto siginifica que puede absorber mucho calor antes de empezar a calentarse. Por esto las industrias la usan como enfirador.

Calores latentes de fusión y evaaporacion.

El alto índice especifico de calor del agua ayuda a regular el cambio de la temperatura, como también su elevada capacidad calorífica. Se necesita una caloría para elevar la temperatura de 1g de agua a 1°C. esta energía se llama calor especifico.

Tensión superficial

El agua es pegajosa y elástica, y se une en gotas en lugar de separarse en una delgada y fina capa, gracias a la tensión superficial, esto es responsable de la acción de capilaridad para llegar a las raíces, partes del cuerpo y poder disolver sustancias.

Poder disolvente

El agua es el mayor disolvente que hay en la naturaleza. Ya que las moleciulas de esta penetran en el soluto, las separan y las rodean, conforme entran en la disolución.

3.3.3 composicion del agua: electrolisis y síntesis.

El agua se puede descomponer en dos constituyentes por electrolisis o a la inversa , ser sintetizada a partir de sus componentes. en cualquier disolución acuosa, esto se convierten en conductos y se conoces con el nombre dde electrolitos.

Forma iones, disuelto en agua. Sii se conecta el coonducimetro a una corriente directa, uno de los electrodos será negativa (llamado catodo) y el otro positivo (llamado anodo). En la disolución ionica, los iones positivos de la disolución serán atraídos hacia el catodo. Por esta razón, los iones positivos se llaman cationes. Los negativos serán atraídos hacia el anodo.

Síntesis del agua.

De acuerdo de la ley de avogadro, la reacción de síntesis del agua necesitaría que dos atomos de hidrogeno reaccionaran con uno de oxigeno para obtener dos moléculas de agua. la molecula de oxigeno tiene que estar formada al menos por dos átomos. Para que uno de ellos entre a formar parte de cada molécula de agua.

3.3.4 Estructura moléculas del agua: enlaces covalentes.

         Moléculas polares y no polares. Puente de hidrogeno.

El agua se forma por dos atomos de hidrogeno y uno de oxigeno formando un angulo de 105° C.

El oxigeno atrae los electrones con mayor fuerza que el hidrogeno; asi se forma molecula polar, donde el oxigeno tiene una carga negativa y el hidrogeno , una carga parcial negativa y el hidrogeno, una carga parcial positiva.

Puente de hidrogeno

En un enlace intermolecular mas fuerte que los otros de este tipo (ion-dipolo, dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión de london), pero mas débil que la mayoría de los enlaces covalentes o ionicos. Para romper un puente de hidrogeno se necesitan alrededor de 5 kcal-mol; en cambio, se necesitan de 80 a 100 kcal/mol para destruir un enlace covalente. En este enlace un atomo de hidrogeno esta enlazado a un atomo pequeño y muy electronegativo; este atomo electronegativo atrae al de hidrogeno parcialmente positivo de otra molecula formando un puente que une a las moléculas.

Los puentes de hidrogeno son indispensables para que el agua se comporte como un liquido a temperatura ambiente; sin ellos las moléculas del agua se atraerían con menos fuerza y sería muy difícil separarlas.

En los compuestos orgánicos de importancia biología y su estructura química basada en el puente de hidrogeno se tienen, proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.

3.3.5 Influencia del agua en la regulación del clima.

La tierra se conforma en mayor parte por el agua de los océanos. Los océanos son la mayor fuente de agua en el ciclo hidrológico y la fuente principal del calor para la atmosfera. Su evaporación da vapor a la atmosfera y le da calor latente en la condensación

3.3.6 Solucines. Concentración en porciento y molar

Disoluciones acuosas las disoluciones siempre están compuestas de al menos 2 sustancias, necesitamos ser capases de identificar cada una. El soluto es la sustancia que esta siendo disuelta mientras que el disolvente es el que esta haciendo la disolución. Si el disolvente es agua son acuosas, si es otro disolvente son no acuosas.

Las disoluciones acuosas son mesclas homogenas por lo general se encuantra una sola fase formándola la solubilidad es la capacidad de disolverse en otras. Cuando sierta cantidad de soluto en una cantidad determinada de disolvente, se trata de la concentración.

Si se tiene una pequeña cantidad de soluto, y una determinada cantidad de disolvente se tiene una disolución diluida; si aumenta la cantidad de soluto y laq misma de solbente se hace una disolución concentrada y si vuelve a aumentar el soluto se tiene una disolución sobresaturada.

Concentraciones de disoluciones de porcentaje

Para definir las concentraciones de las disoluciones se basa en el porcentaje de soluto en la disolución este método tal vez cause confustia ya que puede haber dos tipos de concentraciones de porcentaje:

1.  Por masa

2.  Por volumen

Disoluciones de porcentaje por masa

Se divide la masa del soluto de la disolución y multiplicamos el resultado por 100

Disoluciones de porcentaje por volumen

La concentración de disolucines también puede expresarse en términos de “porcentaje por volumen” dentro de una disolución.

Concentración molar o molaridad

Es el numero de moles de soluto disueltos en un litro de disolución

M=n/V=moles/litros

La molaridad de una disolución se define como el numero de moles de soluto disueltos en un litro de disolución.

Partes por millón

Esta unidad de composición se simboliza como PPM y en el caso particular del aire quiere decir numero de molécula en un millón de moléculas de aire, en disoluciones son miligramos de soluto por litro de disolución.

3.3.7 electrolito y no electrolito

Electrolito.

Es cualquier sustancia que contiene iones libres, que se comportan como un medio que conduce electricidad. También conocidos como soluciones ionicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos fundidos. Estos pueden ser acidos, bases o sales. También algunos polímeros biológicos como ADN  o sinteticos como polielectrolito.

Medición

La medición de electrolitos es un procedimiento diagnostico realizado de manera común que se efectua via examen de sangre con electrodos selectivos o urinaliasis por tecnólogos médicos

Bebidas deportivas

Los electrolitos suelen encontrarse en bebidas deportivas. Estas con electrolitos contienen sales de sodio y potasio que restablecen el agua del cuerpo y niveles de electrolitos, después de la deshidratación por ejercicio, diaforesis, diarrea, vomito, intoxicación  o hambre.

Electroquímica

Cuando se coloca un electrodo en un electrolito y se aplica voltaje, el electrolito conducirá electricidad. Los electrones por si solos normalmente no pueden pasar a través del electrolito; en vez de ello, una reacción química ocurre en el cátodo, consumiendo los electrones del mismo, y otra reacción química ocurre en el ánodo produciendo electrones del mismo, y otra reacción tiene lugar en el ánodo, produciendo electrones para ser capturados por este.

Electrolito seco

Los electrolitos secos son: esencialmente, geles en una estructura molecular cristalina y flexible.

No electrolito

Sustancia que se separan en sus moléculas cuando se disuelven en agua: las moléculas tienen moivlidad por estar en disoluciones acuosas pero son eléctricamente neutro.

Ácidos, bases y pH.

Un acido es una sustancia cuya disolución acuosa que posee un sabor agrio, tiñe de rojo el tornasol azul, reaccionan con los metales activos, con desprendimiento de hidrogeno y neutraliza las bases.

Una base es la sustancia cuya disolución acuosa posee un sabor amargo, tiñe de azul el papel tornasol rojo, tiene aspecto jabonoso y neutraliza los ácidos.

Un acido, al reaccionar con una base a viceversa, se neutraliza, y se obtiene como resultado una sal y agua.

Teoría ACIDO – BASE

En 1884, el químico sueco, Svante Archenius, definió un acido como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones hidrogeno (H),o bien , iones hidronio (H3O) y a una base como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones oxhidrilo(OH).

Esta teoría está restringida en el sentido de que el concepto se limita al disolver agua. sin embargo., muchas reacciones químicas de naturaleza similar pueden llevarse a cabo en disolvente no acuosos y en reacciones sin disolventes.

Teoría de Brönsted- Lowry

En 1923, Johonnes Nicolaus Brönsted y Thomas Martin Lowry propusieron de manera independiente que los ácidos podrían definirse como donadores de protones y las bases como aceptores de protones.

Las reacciones de neutralización implican una transferencia de protones. Las sales no son solo agregados de iones que se producen en la mayoría de las reacciones de neutralización.

Teoría Lewis

En 1923 , el estadounidense Gilbert Newton Lewis propuso un concepto más general, la teoría electrónica, que tuvo poca aceptación hasta 1938; en ese mismo año, se enuncio de nuevo esta teoría y se comprendió; estructuralmente dice los siguiente:

“Base es una sustancia que contiene un átomo capaz de ceder un par de electrones, y un acidoes una sustancia que contiene un atomo capaz de aceptar un par de electrones”.

Clasificacion de ácido y bases.

Tomando la concetracionde iones hidronio [H3O+] y de iones oxhidrilo [OH+], es decir en función del POH, los ácidos y las bases se clasifican en débiles y fuertes.

Acido fuerte

Es todo sustancia que al disolveres se ioniza con gran facilidad produciendo un aumneto en la concentración de iones hidronia y, por tanto, si pH será bajo (0 a 3).

Acido débil

Si una sustancia al disolverse no se ioniza con gran facilidad, produciendo una baja concentración de iones hidronio;  su pH será relativamente alto, entonces podemos afirmar que se trata de un acido débil, entre los que tenemos: acido acético o vinagre (CH3COOH), acido carbonico (H2CO3).

Base fuerte

Cuando una sustancia, al disolverse, se ioniza fácilmente aumentando la concentración de iones oxhidrilo (OH-) se le conocr  como una base fuerte.

Base débil

Si una sustancia, al disolverse, no se ioniza con gran facilidad , produciendo una baja concentración de iones oxhidrilo, su pH será relativamente alto (7.1 a 11); entonces,  es posible afirmar que es una base débil.

3.3.9 Neutralización y formación de sales.

En la determinación del pH de una disolución pueden utilizarse sustancias orgánicas, que son medios ácidos o básicas con cambios de color. En los ácidos o bases débiles la forma molecular tiene un color diferente al de la forma iónica, estaos son indicadores.

Para saber en el pH especifico, se necesita el indicador adecuado, porque tiene un vive de coloración solo en cierto rango de pH. Los intervalos del pH de indicadores acido-base se han determinado con extremo cuidado. Ya que solo asi se podrá saber el pH exacto.

Neutralización e hidrólisis.

Neutralización

Al ponerse en contacto los ácidos y las bases en una disolución acuosa, los iones hidronio del acido y los iones oxhidrilo de la base, se combinan para formar agua.

Acido + base = sal + agua

Titulación o valoración

Es el proceso por el cual se determina la cantidad de disolución de concentración conocida que se necesita para reaccionar completamente con cierta cantidad de muestra que será analizada. A este respecto, existen dos tipos de disoluciones: disolución patrón o estándar y disolución problema. La primera es la disolución de concentración conocida; la segunda es la disolución a la que se le desconoce su concentración.