La molécula de agua tiene geometría angular
El ángulo de enlace H-O-H tiene un valor de 104,45º y los enlaces son de tipo covalente
polar. Dado que el átomo oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno se generan polos positivos y negativos en su estructura (la molécula presenta un dipolo). Muchos de los hechos que se detallan más tarde son una consecuencia de esta polaridad.
Las moléculas de agua son polares, razón por la cual es un excelente disolvente de múltiples sustancias polares.
PROPIEDADES MACROSCÓPICAS
Las propiedades de la materia (visibles, medibles y observables) relacionadas con las alteraciones en su estructura, o bien, los fenómenos que competen a un cambio es su estructura íntima, (reacciones de descomposición, electrólisis, ácido-base, entre otras), guardan relación en gran medida con la masa de materia sometida a análisis. El agua es un compuesto con una masa molar pequeña, contrariamente sus propiedades físicas y químicas presentan magnitudes elevadas y bastante particulares. La densidad anómala en estado sólido, la gran capacidad calorífica y la elevada tensión superficial son algunos ejemplos. Previo al análisis conviene agrupar las distintas propiedades de acuerdo con su naturaleza y características:
Propiedades extensivas de la materia
Una propiedad extensiva es aquella que depende de la cantidad de material que se examine (volumen y masa por ejemplo).
Propiedades intensivas de la materia
Una propiedad es intensiva cuando NO depende de la cantidad de material examinado (color, punto de fusión, densidad, etc.) Analicemos algunas propiedades relevantes observables en el agua:
ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN
La gran fuerza de cohesión entre las moléculas de agua, se justifica por la gran tendencia a unirse con otras moléculas vecinas (interacciones puente de hidrógeno), lo que la convierte en un líquido prácticamente incompresible, capaz de conferir volumen y turgencia a muchos seres vivos uni o pluricelulares y con un punto de ebullición anormalmente alto (comparado con otras moléculas de similar masa molar).
ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL
Otra de las propiedades fisicoquímicas particulares en el agua es su tensión superficial. Como se sabe, las moléculas de la superficie en una fase líquida o sólida (interfase) poseen menos moléculas que aquellas ubicadas en su interior. Este hecho permite que la distancia de separación molécula-molécula sea ligeramente mayor en la interfase, lo que les confiere un exceso de energía (tensión en la superficie).
La tensión superficial representa la energía necesaria para aumentar el área de la interfase en una
unidad. Se expresa, por tanto, en unidades de energía por cada unidad de área: J/m2
.El agua presenta una tensión superficial comparativamente mayor que la de otros líquidos de similar masa molar, en parte debido a la existencia de los puentes de hidrógeno. Un ejemplo, es cuando de compara con el etanol, un alcohol orgánico que si bien tiene mayor masa molar, también presenta interacciones puente de hidrógeno. A 25ºC, el valor para la tensión superficial en el agua es de 72 mJ/m2 , mientras que para el etanol a la misma temperatura es de 21 mJ/m2 .
La presencia de solutos en disolución acuosa modifica el valor para la tensión superficial. Las sustancias hidrófilas en disolución incrementan su valor, en cambio, la disolución de sustancias hidrófobas lo disminuyen.
Esta elevada tensión superficial hace que el agua a temperatura ambiente sea líquida y no gas.
CAPILARIDAD
Es la propiedad que tienen los líquidos que dependen de su tensión superficial, que le otorga la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar de un radio determinado. Esto hace que el agua del subsuelo, en caso de terrenos húmedos ascienda por pequeños poros, lo que hace que se vean las típicas manchas de humedad en paredes y en el caso de arbustos y árboles el agua llegue a las hojas de mayor altura.
ELEVADO CALOR ESPECÍFICO (cal/ºC·g)
Para poder evaporar agua líquida se necesita una gran cantidad de calor. Lo curioso es que el
agua es un compuesto con una masa molar pequeña, sin embargo se necesita 1 caloría para
elevar en tan sólo 1 grado centígrado la temperatura de 1 gramo de agua. Con este calor, se
rompen los enlaces puente de hidrógeno que mantienen cohesionadas a las moléculas en estado
líquido y luego, parte de ese calor, permite que las moléculas ganen energía suficiente para pasar
al estado gaseoso.
El alto valor para el calor específico la convierte es un buen amortiguador térmico que mantiene
prácticamente constante la temperatura interna de los seres vivos a pesar de las variaciones
externas.
ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN
La cantidad de calor necesaria para evaporar (paso al estado vapor) 1 gramo de agua es de
alrededor de 540 calorías. Un valor excesivo tratándose de un compuesto con una masa molar
extraordinariamente pequeña. El elevado calor de vaporización permite, por ejemplo, disipar
grandes cantidades de calor corporal evaporando pequeñas cantidades de agua en el sudor.
LAS AGUAS DURAS
El agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro se denomina agua dura.
Cuando los iones metálicos (Ca+2 y Mg+2) reaccionan con los aniones del jabón forman una
sustancia insoluble, impidiendo la acción limpiadora del jabón, por lo tanto, este tipo de agua no
debe ser usada para cocinar alimentos, ni industrialmente porque forma costras en las calderas.
Es necesario remover las sales de calcio y magnesio para poder ser utilizadas, ya sea doméstica o
industrialmente, mediante un proceso denominado ablandamiento y que consiste en precipitar
esas sales o utilizar resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los iones Ca+2, Mg+2
,
Fe+3 y los cambian por otros cationes que no causan problemas.
La dureza del agua puede ser:
temporal (debido a iones bicarbonato HCO3
-
), que se elimina con hacer hervir el agua,
provocando la precipitación de la dureza en forma del conocido “sarro”.
permanente (debido a iones sulfatos SO4
2-
), que se precipitan con “ablandadores”.
Algunas de las reacciones que permiten eliminar la dureza permanente del agua se presentan a
continuación:
Con carbonato de sodio o sosa
CaSO4 + Na2CO3------------>CaCO3 + Na2SO4
Con fosfato trisódico (Na3PO4)
PO4
-3
+ H2O------------> HPO4
-2
+ OH-
3 Mg+2
+ 2 PO4 -3------------> Mg3(PO4)2
Intercambio de iones, tratamiento con zeolita (Silicato doble de sodio y aluminio)
NaAlSi2O6 + Ca+2------------> Ca(AlSi2O6)2
LAS AGUAS NEGRAS
Los microorganismos patógenos presentes en el agua son un problema que tiene su origen en la
materia orgánica presente en el agua. La descomposición bacteriana de esta materia orgánica
agota el oxígeno disuelto en el agua y las transforma en aguas negras. Una vez que se agota
todo el oxígeno presente en un efluente de agua, predominan los procesos anaerobios de
descomposición, generándose gases como NH3, H2S y CH4.
Cuando un efluente con materia orgánica sufre descomposición, los productos de desecho
gaseosos causan problemas de salubridad y muerte de ese ecosistema. Una medida de la cantidad
de oxígeno necesaria para esta degradación es la demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Cuanto
mayor es la cantidad de desechos orgánicos degradables, mayor será el valor para la DBO. Si la
DBO es lo bastante alta, se asume agotamiento del oxígeno y ningún ser vivo (con excepción de
los anaerobios) puede sobrevivir en el efluente.
AGUAS ÁCIDAS
En su caída, las aguas lluvias arrastran por disolución algunos contaminantes atmosféricos, como
óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, que se convierten en ácido nítrico (HNO3) y sulfúrico
(H2SO4).
SO3 + H2O------------------> H2SO4
Éstos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia, nieve o simplemente niebla ácida. Algo similar
ocurre con los óxidos de nitrógeno en la atmósfera.
