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Estructura del agua

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este es un ensayo sobre algunas de las pricipales propiedades del agua asi como su estructura

Agregado: 28 de ABRIL de 2007 (Por Julio Duarte Gutirrez) | Palabras: 2035 | Votar! |
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Categoría: Apuntes y Monografas > Biologa >
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    Autor: Julio Duarte Gutirrez (senses_97@hotmail.com)

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    Estructura del agua

    La molcula de agua est formada por dos tomos de H unidos a un tomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposicin tetradrica de los orbitales sp3 del oxgeno determina un ngulo entre los enlaces

     

    H-O-H

     

    aproximadamente de 104'5:, adems el oxgeno es ms electronegativo que el hidrgeno y atrae con ms fuerza a los electrones de cada enlace. El resultado es que la molcula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual nmero de protones que de electrones ), presenta una distribucin asimtrica de sus electrones, lo que la convierte en una molcula polar, alrededor del oxgeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los ncleos de hidrgeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

     

    Por eso en la prctica la molcula de agua se comporta como un dipolo

    As se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias molculas de agua, formndose enlaces o puentes de hidrgeno, la carga parcial negativa del oxgeno de una molcula ejerce atraccin electrosttica sobre las cargas parciales positivas de los tomos de hidrgeno de otras molculas adyacentes. Aunque son uniones dbiles, el hecho de que alrededor de cada molcula de agua se dispongan otras cuatro molcula unidas por puentes de hidrgeno permite que se forme en el agua (lquida o slida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anmalo y de la peculiaridad de sus propiedades fsicoqumicas.

     

    Propiedades del agua

    1. Accin disolvente

    El agua es el lquido que ms sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la ms importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrgeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga inica ( alcoholes, azcares con grupos R-OH , aminocidos y protenas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares Fig.7. Tambin las molculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones inicas.(Fig.6)

    En el caso de las disoluciones inicas (fig.6) los iones de las sales son atrados por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de molculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.
    La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:

    1. Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo
    2. Sistemas de transporte

     

    2. Elevada fuerza de cohesin

    Los puentes de hidrgeno mantienen las molculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un lquido casi incomprensible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrosttico, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presin generada por sus lquidos internos.

    3. Elevada fuerza de adhesin Esta fuerza est tambin en relacin con los puentes de hidrgeno que se establecen entre las molculas de agua y otras molculas polares y es responsable, junto con la cohesin del llamado fenmeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar (Fig.8) en un recipiente con agua, sta asciende por el capilar como si trepase agarrndose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presin que ejerce la columna de agua , se equilibra con la presin capilar. A este fenmeno se debe en parte la ascensin de la savia bruta desde las races hasta las hojas, a travs de los vasos leosos. 3. Gran calor especfico

    Tambin esta propiedad est en relacin con los puentes de hidrgeno que se forman entre las molculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los p.de h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de proteccin ante los cambios de temperatura. As se mantiene la temperatura constante.

    4. Elevado calor de vaporizacin

    Sirve el mismo razonamiento, tambin los p.de h. son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las molculas de agua de la suficiente energa cintica para pasar de la fase lquida a la gaseosa.
    Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 caloras, a una temperatura de 20: C.

     

     

    Cuando se calienta un objeto, su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura estn relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes. El calor es la energa total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energa molecular media. El calor depende de la velocidad de las partculas, su nmero, su tamao y su tipo. La temperatura no depende del tamao, del nmero o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeo de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene ms calor porque tiene ms agua y por lo tanto ms energa trmica total. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si aadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas ms altas tienen lugar cuando las molculas se estn moviendo, vibrando y rotando con mayor energa. Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habr transferencia de energa entre ellos porque la energa media de las partculas en cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es ms ala que la otra, habr una transferencia de energa del objeto ms caliente al objeto ms fro hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura. La temperatura no es energa sino una medida de ella, sin embargo el calor s es energa.

     

    El agua es la nica sustancia que podemos encontrar en la Tierra de forma natural como gas (vapor de agua), lquido o slido (hielo) La densidad es la medida que nos dice cmo de compacta es una sustancia. Se define como la unidad de masa dividida po el volumen que ocupa. Normalmente los slidos suelen ser la forma ms densa de cualquier sustancia, despus los lquidos y despus los gases. Normalmente la densidad disminuye con el aumento de temperatura. Sin embargo el agua pura es una excepcin a todo esto ya que alcanza su mayor densidad cuando se encuentra a 4C. Cuando el agua se convierte en hielo los puentes de hidrgeno le dan una estructura perfecta y ordenada que hace que sea menos denso que el agua lquida a bajas temperaturas y por eso el hielo flota sobre el agua.

     

    Aadir sal al agua aumenta su densidad e impide la formacin de puentes de hidrgeno. Esto se traduce en que, al contrario que el agua pura, el agua salada no tiene su mxima densidad a 4C sino cuando se congela y tambin se traduce en que el agua salada se congela a temperaturas por debajo de 0C (por eso se pone sal en las carreteras en invierno, para que el hielo tarde ms en formarse)

     

    El agua tiene un calor especfico muy alto, lo que significa que se necesita mucha energa para aumentar su temperatura (se necesita energa para romper los puentes de hidrgeno). Como la superficie de la Tierra est cubierta en un 71% por agua la energa que viene del Sol slo produce cambios muy pequeos en la temperatura del planeta. El agua evita que la temperatura sea demasiado alta o demasiado baja y permite que pueda haber vida sobre la Tierra. El calor se almacena en el agua durante el verano y se libera durante el invierno. Los ocanos actan como moderadores del clima reduciendo las diferencias de temperatura durante las estaciones.

    El agua tambin tiene un alto calor latente de evaporacin, esto significa que hace falta mucha energa para evaporar  el agua lquida. A medida que el vapor de agua se mueve de las zonas ms clidas a otras ms templadas el vapor se condensa de nuevo formando lluvia. Este proceso libera energa y calienta el aire ligeramente. A nivel global hay una gran cantidad de energa involucrada en estos procesos dando lugar a importantes tormentas y vientos.

    Muchas sustancias se disuelven en agua fcilmente y son estabilizadas por los puentes de hidrgeno, as se permite el transporte de oxgeno, de dixido de carbono, nutrientes y se hacen posibles los procesos biolgicos.

    Las molculas de aceite no tienen carga elctrica y por lo tanto no pueden romperse en molculas ms pequeas y estabilizarse en el agua. El aceite no es soluble en el agua.

    1. Composicin del agua de mar
      1. 96.5 % es agua
      2. 3.5 % sales adems de material en suspensin: orgnico e inorgnico, y gases disueltos
    2. Agua
      Debido a los datos anteriores, varias de las propiedades del agua de mar se rigen por las propiedades del agua pura.
      La estructura de la molcula de agua, H2O es la clave de las propiedades distintivas.
      1. La molcula de agua forma un dipolo elctrico.- Los tomos de hidrgeno tienen una carga positiva y el tomo de oxgeno dos cargas negativas, como estn arreglados los tomos, NO se neutralizan las cargas.
      2. El agua tiene alto poder de disociacin, es decir, separa los materiales en iones cargados de electricidad.
      3. Los tomos de hidrogeno estn 105 aparte.- Esta ubicacin es cercana a la ubicacin de tomos en un tetraedro.
        1. Cuando al agua se hace hielo todas las molculas forman un tetraedro, por ello, se expande el volumen, i.e, decrece la densidad: El hielo flota.
        2. La densidad decrece ms rpido cuando se esta cerca del punto de congelacin.
        3. El punto de congelacin decrece con la presin.

    Temperatura

    El calor es la energa que se transfiere de cuerpos calientes a cuerpos fros.

    El sol es la fuente de calor ms importante de los ocanos.

    La temperatura (T) es la medida de la energa cintica de las molculas en movimiento.

    T es una variable del estado termodinmico del ocano, es decir es una propiedad macroscpica. Las unidades son grados Celsius.

    Debido a la estructura de las molculas de agua

    1. El agua se congela a 0 C
    2. El agua hierve a 100 C
    3. Los ocanos tienen una alta capacidad calorfica
    4. Asimismo tienen un calor latente de fusin alto
    5. Y un calor latente de evaporizacin alto.
    6. Al agua de mar es un buen conductor de calor comparado con otros lquidos.
    7. El agua alcanza su mxima densidad a 4.0 C

    La temperatura de los ocanos se encuentra entre 0 C y 30 C. Aunque en los polos puede haber temperaturas de -2 C.

    Salinidad

    Contenido de sales en el agua de mar.

    La conductividad se determina por la cantidad de sales del agua de mar.

    En 1902 la salinidad se defini como la cantidad total, en gramos, contenidos en un kilogramo de agua de mar, cuando todos los carbonatos se han convertido en xidos, todo los bromuros y ioduros en cloruros y toda la materia orgnica ha sido oxidada.

    Knudsen (1902) encontr la relacin

    S(0/00) = 0.03 + 1.805 Cl (0/00)

    donde Cl es la clorinidad.
    El smbolo 0/00 se lee partes por mil. El contenido de 3.5 % de sal es equivalente a 35 0/00 o 35 gr de sal por un kilogramo de agua.

    Cox (1969) encontr la relacin:

    S(0/00) = 1.806555 Cl (0/00)

    Las frmulas de 1902 y 1969 dan resultados parecidos para una salinidad cercana a 35 (0/00).

    En 1978 se establece la escala prctica de salinidad (PSU), la cual se determina por la relacin

    S = 0.0080 - 0.1692 K1/2 + 25.3853 K + 14.0941 K3/2 - 7.0261 K2 + 2.7081 K5/2

    donde S es la salinidad prctica y la K es
    K = (Conductividad de la muestra de agua a 15 C y a la presin de 1 atms )/ (Conductividad del agua estndar a 15 C, 35 0/00 y presin de 1 atms)

    En esta definicin ya no se usa 0/00.

    35 0/00 = 35 PSU.

    Ahora la clorinidad es una cosa aparte, ya no se necesita para calcular salinidad.

    Salinidad promedio de los ocanos = 34.72 0/00

    En el rango 34 - 35 0/00 se encuentra el 92.2 % del agua de mar.

     

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