domingo, 12 de septiembre de 2010

Propiedades fisicoquímicas del agua

Propiedades fisicoquímicas del agua
Cuando un compuesto soluble en agua es colocado en ésta, desaparece rápidamente en el líquido. Por el contrario, si no es soluble, entonces permanece donde se le coloca. Si posee una solubilidad intermedia, entonces se puede dispersar sobre la superficie del agua hasta que se vuelve invisiblemente delgada.
Lo que determina el comportamiento de un compuesto en una solución son las complejas interacciones de tipo eléctrico en las superficies de las moléculas. Por ejemplo, la solubilidad de un compuesto químico en agua depende de la magnitud de las interacciones de unión entre sus moléculas y las del agua. El grado de solubilidad resulta de una competencia entre los enlaces que mantienen a cada molécula unida y las oportunidades alternas de unirse con la otra sustancia.

Los compuestos orgánicos varían grandemente en su solubilidad en agua. La vida en la Tierra no existiría sin esta variabilidad. Los compuestos orgánicos insolubles tienen grupos componentes de átomos que forman pocas uniones (ninguna en algunos casos) con moléculas de agua. Se dice que tales grupos son hidrofóbicos, al igual que la molécula que tenga tales grupos. Este término es confuso ya que implica una repulsión entre la molécula (o el grupo) y el agua. El efecto no surge de la repulsión sino del hecho de que la unión es tan débil que la cohesión del agua mantiene afuera al compuesto hidrofóbico1.
Estructura Molecular
Estructuralmente, la moléculas de agua está constituida por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxigeno. El en lace entre esto átomos es covalente polar (presentan dos polos: + y -), pues cada átomo de Hidrógeno tiene necesidad de compartir un electrón y el de oxígeno do electrones, formando enlaces covalentes entre los átomos, y siendo polar porque el átomo más electronegativo atrae el par electrónico con más fuerza y queda desplazado hacia él; se produce así una cierta asimetría en la distribución d las cargas2.
Propiedades térmicas del agua
El comportamiento térmico del agua es único en varios aspectos, debiéndose esto principalmente a que las asociaciones intermoleculares que forma el agua son inusualmente fuertes.
El agua tiene elevados puntos de ebullición y de fusión para ser una sustancia de peso molécula tan bajo.
El agua tiene una de las más altas capacidades caloríficas, lo que la transforma en un sumífero de calor, consecuentemente, grandes masas de aguas tienen un efecto regulador de la temperatura ambiente.
El agua tiene un calor de vaporización alto (539 Cal/g a 100ºC)
Calor requerido para aumentar 1 g a 100ºC = 100 Calorías
Calor requerido para evaporar 1 g = 539 Calorías
a→b: Enfriamiento sin condensación
b→c: Condensación de una cierta cantidad de vapor de agua.
Al condensarse, el vapor de agua entrega una gran cantidad de calor.
Esta entrega de calor disminuye el enfriamiento del aire en el punto de rocío, el aire es muy resistente a disminuciones de temperatura
El calor de difusión del agua (79,71 Cal/g a 0ºC) es una cifra común para sustancias similares.
La conductividad térmica del agua (capacidad para conducir calor) supera a la de todas las otras sustancias liquidas naturales, exceptuando el mercurio3.
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.
La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1•m-1. Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente de conducción
La conductividad en medios líquidos (Disolución) está relacionada con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones positivos y negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se somete el líquido a un campo eléctrico. Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o conductores electrolíticos.
Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinaciones conducto métricas y tienen muchas aplicaciones como, por ejemplo:
•En la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en este proceso depende en gran medida de ella.
•En los estudios de laboratorio para determinar el contenido de sal de varias soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la producción de leche condensada).
•En el estudio de las basicidades de los ácidos, puesto que pueden ser determinadas por mediciones de la conductividad.
•Para determinar las solubilidades de electrólitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones por titulación.
La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones saturadas de electrólitos escasamente solubles pueden ser consideradas como infinitamente diluidas. Midiendo la conductividad específica de semejante solución y calculando la conductividad equivalente según ella, se halla la concentración del electrólito, es decir, su solubilidad.
Un método práctico sumamente importante es el de la titulación conducto métrica, o sea la determinación de la concentración de un electrólito en solución por la medición de su conductividad durante la titulación. Este método resulta especialmente valioso para las soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores.
La conductividad eléctrica se utiliza para determinar la salinidad (contenido de sales) de suelos y substratos de cultivo, ya que se disuelven éstos en agua y se mide la conductividad del medio líquido resultante. Suele estar referenciada a 25 °C y el valor obtenido debe corregirse en función de la temperatura. Coexisten muchas unidades de expresión de la conductividad para este fin, aunque las más utilizadas son dS/m (deciSiemens por metro), mmhos/cm (milimhos por centímetro) y según los organismos de normalización europeos mS/m (miliSiemens por metro). El contenido de sales de un suelo o substrato también se puede expresar por la resistividad (se solía expresar así en Francia antes de la aplicación de las normas INEN). En la conductividad eléctrica existen buenos y malos conductores que se explicaran ahora....4.
Solubilidad
El agua pura no existe en la naturaleza, pues el agua permite disolver fácilmente en ella otras sustancias. Además, algunas de estas sustancias son fundamentales para la vida y, si el agua no pudiera disolverlas, la vida desaparecería. Por ejemplo, el agua de ríos y mares lleva oxígeno disuelto que respiran los peces. Esta característica es fundamental para la vida, pero tiene el inconveniente de que hace que el agua sea muy fácil de contaminar. Como demostración de esto último véase, por ejemplo, el mar Mediterráneo, el río Ebro, el río Po y tantos otros ríos y mares. El agua es el mejor solvente, aunque esto no significa que pueda disolver todas las sustancias. Por ejemplo, el aceite no puede ser disuelto por el agua. La solubilidad del agua se debe a que es una molécula bipolar, con dos polos (positivo y negativo) y esto hace que se comporte como un imán atrayendo y repeliendo los distintos átomos de otras sustancias5.
Disoluciones acuosas
Una disolución es una mezcla homogénea. Los componentes de una disolución reciben nombres especiales: soluto y disolvente. Sus proporciones relativas determinan la concentración.
Se obtiene una disolución cuando una sustancia química se disuelve por completo en otra.
El NaCl (sal de mesa) puede disolverse fácilmente en agua. El NaCl es el soluto y el agua es el disolvente.
Las propiedades de la disolución que se forma al disolver un soluto cualquiera en un líquido, son distintas a las del disolvente puro.
A una temperatura dada, cada sustancia tiene un límite de disolución para un determinado disolvente; pasado ese límite, el disolvente no admite más soluto, a esta propiedad se la denomina solubilidad. La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver, a una dada temperatura, en un determinado disolvente.
La concentración de una disolución es una medida de la cantidad de soluto disuelto.
En el caso de una disolución diluida, podemos decir que el disolvente es el componente que se encuentra en mayor proporción y el soluto el que se encuentra en menor proporción.
Considerando diferentes cantidades de soluto disueltas en el mismo volumen disolvente (agua, por ejemplo), una disolución puede ser:
ü Diluida: cuando contiene una pequeña cantidad de soluto.

ü Concentrada: cuando la cantidad de soluto está por llegar al límite de solubilidad.
ü Saturada: cuando la disolución está en equilibrio con exceso de soluto.
Una disolución puede estar formada por dos líquidos. Cuando un líquido se disuelve en otro se dice que son miscibles. Cuando no se mezclan, son inmiscibles, como por ejemplo el agua y el aceite. Unos pocos líquidos son miscibles sin importar las proporciones en las que se mezclen; un ejemplo es el agua y el etanol. Se dice que estos líquidos son completamente miscibles. En la mayoría de los líquidos existe un límite para la cantidad de uno que se disuelve en el otro, éstos son parcialmente miscibles6.
Propiedad coligativa
La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el comportamiento de un fluido como solvente de una solución ante una membrana semipermeable para el solvente pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple a través de la membrana, sin "gasto de energía". La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de los seres vivos.
Cuando la ósmosis es el mecanismo por el cual las sustancias infectadas se difunden por las células, se puede considerar una enfermedad, aunque el virus en si es la enfermedad, el mecanismo completo va a ser considerado.
Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes (normalmente del tamaño de micras). Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar, que son más grandes.
La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control.
Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración. Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos, que significa "impulso". Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.
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Fuentes electrónicas
1 http://www.galeon.com/scienceducation/bioquimica01.html
2 http://educasitios.educ.ar/grupo094/?q=node/48
3 http://www.fortunecity.es/expertos/profesor/171/agua.html
4 http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_eléctrica
5 http://www.clubdelamar.org/elagua.htm
6 http://www.quimica.uns.edu.ar/descargas/Modulo5.pdf

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