Estudio completo de la molécula del agua

1. Estudio completo de la molécula del agua Mª Candelaria Nagele y Marta Arencibia IES LAS SALINAS -2º BACH. TÉCNICAS DE LABORATORIO

2. 1. Composición , tamaño, geometría, energía de enlace, polaridad,... L íquido constituido por dos sustancias gaseosas  oxígeno (O) e hidrógeno (H) Tamaño: distancia hidrógeno-oxígeno 0'00000001 cm = 1 Ångström 1 Ångström = 10 -10 m = 10 -8 cm T etraedro casi regular (e⁻ compartidos con el H en dos de sus vértices y e ⁻ sin compartir en los otros dos .) Ángulo de 104.5º entre átomos de H Geometría determinada por la forma de los orbitales electrónicos más externos del oxígeno

3. Energía de enlace : la energía de los enlaces O-H en el agua es 458,9 kJ/mol . Esto es porque: Energías medias de enlace en KJ/mol H-H 436 C-H 415 N-H 389 O-H 460 Cl-H 431 C-C 347 C=C 611 CC 830 Se necesitan 493,4 kJ/mol para romper el enlace de hidrógeno en la molécula (energía enlace de disociación) Por otro lado se necesitan 424,4 kJ/mol para romper el enlace restante

4. Polaridad: A pesar de tener carga positiva y negativa, la molécula de agua es polar al mismo tiempo que neutra, puesto que existen cuatro regiones con carga que se neutralizan. Esta característica del agua es la responsable de varias propiedades del H 2 O. Átomo de oxígeno mayor que el átomo de hidrógeno  desequilibrio eléctrico : ‘dipolaridad molecular’ H 2 O es un dipolo, es decir, tiene dos polos: uno positivo (O) y otro negativo (H) .

5. 2. Enlaces 2.1. Cómo se unen los enlaces (de puente de H) 2.2. Cuánto vale la E de esos enlaces La vida media de un puente de hidrógeno = 10 -9 segundos, es decir, se forman y destruyen sucesivos puentes de hidrógeno en muy poco tiempo Cada molécula de agua se relaciona con otras cuatro moléculas por  puentes de hidrógeno La energía de un enlace de hidrógeno  de 5 a 30 kJ/mol Otras moléculas con puentes de hidrógeno intramoleculares Nitrógeno (NH 3) Flúor (HF) En el agua  23,3 kJ/mol. Un átomo de nitrógeno puede actuar como aceptor de un solo puente de hidrógeno, por ello, el amoníaco (NH 3 ) posee menos energía de enlace que el agua (H 2 O)

6. 3. Características físicas y químicas 3.1. Características físicas (Tª de fusión, ebullición,...) El agua pura a la temperatura ambiente es un líquido inodoro , insípido e incoloro 0º 100º S ólido L íquido Gaseoso No presenta puentes de hidrógeno  están rotos Elevado calor específico + gran cantidad de calor que pone en juego cuando cambia de estado = excelente regulador de temperatura en la superficie de la Tierra (más aún en regiones marinas)

7. 3.2.  Características químicas del agua (Metales, No metales,...) ① Disolvente universal: reacciona con Óxidos ácidos Óxidos básicos Metales y no metales Se une en las sales formando hidratos ② El agua pura es mala conductora de la electricidad, pero si contiene sales minerales, los iones de estas sales permiten el paso de la electricidad. ③ Presencia de puentes de hidrógeno -> responsable de su elevada capacidad calorífica (75.327 J mol -1 K -1 (25ºC)) ④ Tensión superficial = 0,07198 N m -1 (25ºC ). E jemplo: insecto “zapatero” ⑤ Cohesión  motivo de la estructura molecular del agua.

8. 4. Dilatación anómala del agua Gráfica de la densidad del agua en función de la temperatura Al contrario que los demás materiales El agua de 0 ºC a 4 ºC se contrae 4 ºC a 0 ºC se dilata D ensidad  decrece de forma gradual hasta que el agua alcanza su punto de congelación. Hielo posee + volumen que el agua debido a la forma en que se unen los grupos de moléculas en una estructura cristalina. El agua: volumen mín. y densidad máx. a 4°C

9. Ejemplo Al observar la capa de agua congelada sobre un lago, no vemos que debajo se mantiene el agua líquida, lo que hace que pueda existir vida (peces o plantas) debido a que la densidad del hielo es menor que la densidad del agua líquida. Que esto ocurra se debe a la diferencia estructural entre ambas situaciones (agua sólida y agua líquida) y en concreto a la menor coordinación de los átomos superficiales. En este hecho tiene mucha influencia la elevada tensión superficial que posee el agua.

10. Bibliografía   http://www.bionova.org.es/biocast/tema04.htm   http://biologia.laguia2000.com/bioquimica/composicion-quimica-del-agua   http://www.rac.es/ficheros/doc/00464.pdf   http://www.ecured.cu/index.php/Enlace_por_puente_de_hidr%C3%B3geno   http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_agua#Polaridad   http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/cohesi%C3%B3n/cohesi%C3%B3n.htm