Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Responder
Joyero
Mensajes: 1322
Registrado: 11 Abr 2021, 22:42
Ha agradecido: 1396 veces
Ha sido agradecido: 1457 veces

Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Mensaje por Joyero »

He tardado varios meses,mas que nada debido a otras ocupaciones(algunas de esas ocupaciones eran
de hecho de este mismo foro).
Este hilo lo abro como consecuencia de mi comentario en"Dieta alcalina"a fecha 31-10-2022 y
hora 22:35
A peticion de Francisco Llinares,voy a explicar lo mejor que sepa los antecedentes del comportamiento y
propiedades del agua,y de antemano me voy a disculpar,en caso de que cualquier concepto llegase
a ser erratico,mal explicado o cualquier otro resultado equivalente del cual yo fuese responsable.
Joyero
Mensajes: 1322
Registrado: 11 Abr 2021, 22:42
Ha agradecido: 1396 veces
Ha sido agradecido: 1457 veces

Re: Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Mensaje por Joyero »

Antes que nada y en primer lugar,deben conocerse 2 tipos de
enlace quimico,puesto que estos determinan ampliamente la
forma en la cual unas moleculas interaccionan con otras,y por
ende sus propiedades y aplicaciones.
Cristal ionico.Tambien conocido como enlace ionico o
red ionica,ya que un cristal es un material cuya estructura
microscopica se encuentra ordenada.La comparacion macroscopica
mas sencilla de entender es un panal de abejas.
Y respecto a"ionico"que es la segunda palabra,se refiere a que
este tipo de enlace se forma mediante la ordenacion
de cationes(positivos)y aniones(negativos).
Un cristal ionico casi siempre esta formado de elementos
metales y no metales.La razon de ello se podra entender
mas adelante.
Siendo la salud el tema principal del presente foro,voy a
tomar como ejemplo ese cristal ionico
conocido como"sal comun"ya que es de los poquisimos que
conocemos que no hace cosas rarunas al cuerpecito serrano.
Su formulacion es NaCl y su nomenclatura(lenguaje tecnico
del area quimica)es cloruro de sodio.
Habiendo solo 2 implicados,1 sodio y 1 cloro,la estructura que
tiene es la mas simple de todos los cristales ionicos y
recibe el nombre de"cubica simple"por ello.
El sodio forma un cation muy fuerte,es decir,cede electrones
muy fuertemente,debido a su casi
nula electronegatividad(una propiedad de
los elementos,tambien llamadas propiedades periodicas,que seran
tratadas mas adelante).El cloro forma un anion de
igual fuerza(no todos los cristales ionicos tienen cationes
y aniones cuyas fuerzas electrostaticas sean
iguales y,claro esta,de sentidos contrapuestos,y de
hecho NaCl es uno de los pocos,por eso da 7 de pH tras
disolverlo en agua pura,aunque el pH sera explicado
mas adelante)pero obviamente en sentido opuesto ergo atrae
electrones muy fuertemente,de hecho es el 2º elemento
periodico mas electronegativo.
Tras ver las capacidades de repulsion y atraccion de
electrones de,respectivamente,sodio y cloro,podemos ver que
el proceso de formacion de esa red ionica consiste en
que Na cede 1 electron(en algunos cristales ionicos pueden
ser mas)a Cl,el cual atrae tambien 1,y asi queda Na cationizado
y Cl anionizado.Como los electrones cedidos se quedan en
los aniones,estos no circulan libremente dentro de la
estructura cristalina,y por ende no existe
conductividad electrica...Salvo si fundimos la sal...¡O la
disolvemos!Es por ello que la conductimetria del agua PURA
es 0,pero esa parte sera tratada mas adelante.
Si el agua(que sera tratada mas adelante)es uno de los
disolventes mas potentes...Pues resulta que NaCl es una
de las redes ionicas mas faciles de disolver,y es que tiene
una energia reticular de unos -750kJ/mol(¿a que
parece muchisimo?jejejeje),siendo kJ los kilojulios
de energia(o trabajo)necesarios para romper una red
de 1 mol de NaCl(cantidad,pero no masa ni volumen;en este
caso 1mol NaCl son 58,45 gramos).Cada red ionica tiene
su propia energia reticular,segun su temperatura,presion y
caracterizacion quimica.No es lo mismo(aunque muy
parecido)querer disolver NaCl que KCl
puesto que,cuando previamente KCl se habia formado(no se
puede romper algo sin que antes ese algo se
encuentre construido),ese K cedio su electron a Cl con
una fuerza sensiblemente diferente.
Joyero
Mensajes: 1322
Registrado: 11 Abr 2021, 22:42
Ha agradecido: 1396 veces
Ha sido agradecido: 1457 veces

Re: Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Mensaje por Joyero »

Ahora que ha sido explicado el enlace de red
ionica o cristal ionico,es momento de explicar
el tipo de enlace del agua,el covalente,y del
subtipo polar(el apolar no sera explicado
porque no viene al caso,no ayuda a explicar
propiedades del agua,pero sed libres
de preguntar).
Lo primero de todo,el enlace covalente consiste
en que los dos atomos comparten un par
de electrones(uno proviene de un atomo,el otro
proviene del otro).A diferencia de un
cristal ionico,donde un atomo cede uno y el
otro se lo queda,y este ultimo es"propietario"de dicho
electron.Mientras que en el covalente los electrones
son como los zapatos,van a pares,y ambos
atomos son"co-propietarios"de estos.
En el caso del agua(y cualquiera que
sea covalente polar)cada par no se encuentra equidistante
de ambos atomos...Estan mas cerca del oxigeno que de
los hidrogenos.Esto se debe a que el oxigeno es mucho
mas electronegativo que el
hidrogeno;la electronegatividad es la capacidad de un
atomo para atraer electrones,y el oxigeno es el 2º
elemento periodico mas electronegativo,y el
hidrogeno el menos.Al final nos queda una molecula
que nos recuerda a un iman,con un polo negativo
en el oxigeno,y el polo positivo se compone de los
2 hidrogenos.Se suele representar asi:
1sigma+1sigma-2sigma=0
Ese oxigeno son -2sigma(alfabeto griego que
a veces se usa para representar cargas atomicas
en un lenguaje matematico).
Y cada hidrogeno es 1sigma.
En principio,al ser 0 el resultado podriamos decir
que el agua no tiene polaridad,y de hecho,si la
molecula fuese de geometria lineal asi seria,pero es
de forma angular...La explicacion sera expuesta
mas adelante.
El agua es lo que se conoce como un dipolo,por las
causas que acaban de ser explicadas.Y un dipolo
ademas especial,puesto que tiene un tipo de
fuerza intermolecular llamada"puente de
hidrogeno".Las fuerzas intermoleculares son las que
atraen unas moleculas a otras.Este tipo de fuerza
intermolecular es tan solo un poco mas debil que
la fuerza del enlace covalente que tiene el
agua internamente(tal como fue
expuesto anteriormente).Esto explicaria en buena
parte la capacidad de disolucion que tiene el agua.
Un puente de hidrogeno solo surge con los
siguientes elementos:
H-O
H-F
H-N
Procedo a poner los respectivos ejemplos:
-Un hidrogeno de un agua siendo atraido por el
oxigeno de otra agua
-Un hidrogeno de un agua siendo atraido por el
fluor de un acido fluorhidrico
-Un hidrogeno de un agua siendo atraido por el
nitrogeno de una molecula de nitrogeno(los gases
de un solo elemento no van solos,sino en
moleculas que casi siempre son de 2)
Los puentes de hidrogeno solo surgen con esos 3
porque solo funciona con el elemento
menos electronegativo(el hidrogeno,como se
dijo anteriormente),y con oxigeno o
fluor o nitrogeno,que son los 3 mas electronegativos
y al mismo tiempo muy pequeños(el tamaño atomico
sera explicado mas adelante).
El agua puede formar puente
de hidrogeno,al igual que,por ejemplo,el amoniaco o
el acido fluorhidrico.Estos 3 tienen
masas molares(lo que pesa
cada molecula,dicho vulgarmente)muy bajas,y sin
embargo el agua tiene,con diferencia,los puntos
de fusion y vaporizacion/ebullicion(no confundir
con evaporacion/volatilidad,facilidad de liquido
para pasar a gas sin llegar a la temperatura de
dicho punto)mas altos...Ello se debe a que,como los
dipolos de las moleculas de agua son mucho mas
fuertes que los de los otros 2,dichas moleculas de
agua tienden a mantenerse muy cerca las unas a
las otras,y por ende es relativamente dificil
separarlas ergo relativamente dificil llegar a
los 2 puntos...Teniendo directa correlacion con
el calor especifico,que son los julios de
energia para elevar 1ºC o 1K su temperatura.
Dado su alto calor especifico,permite amortiguar
los golpes de calor/frio en una forma
de vida,pero al mismo tiempo con conductividad
termica no demasiado baja.
Y hablando de vida...La vida bajo mar helado es
posible gracias a que el hielo tiene menos
densidad que agua liquida,pero casi cualquier
compuesto al pasar a estado de agregacion solido es
mas denso al estar las moleculas
mas cercanas,mas concentradas,con mas densidad.Esto quiere
decir que,en el agua,al pasar a solido las moleculas
estan mas lejanas que al estar liquido.Esta anomalia tiene
su origen en la geometria molecular,pero no se
puede explicar la geometria molecular sin antes
hablar de"configuracion electronica"que es lo que
permite a unos elementos enlazarse con
otros para formar moleculas.
Joyero
Mensajes: 1322
Registrado: 11 Abr 2021, 22:42
Ha agradecido: 1396 veces
Ha sido agradecido: 1457 veces

Re: Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Mensaje por Joyero »

Tras exponer el enlace del agua,asi como
las fuerzas intermoleculares que
la caracterizan,procedo a explicar 1º la
configuracion electronica y 2º la geometria
del agua,ya que lo 1º explica por que el
agua tiene la geometria que tiene.
La configuracion electronica es la cantidad
de electrones de un atomo y la forma en que estos
estan dispuestos en la corteza del mismo.
Los electrones van a pares y circulan en un
volumen de distintas formas.Siendo el agua el tema
del hilo,solo voy a exponer
los orbitales"s"y"p"que son los implicados en
dicha molecula.
Un orbital"s"tiene forma de esfera...Simple,¿no?
Con el orbital"p"la cosa se vuelve
mas compleja...Imaginemos 2 conos que se tocan
con sus vertices,y cada cono tiene pegada a su
respectiva base una semi-esfera.Y ademas puede
haber hasta 3 de estos orbitales.Uno esta
en horizontal,otro vertical y otro oblicuo,de la
misma forma que una vista 3D.
Un ejemplo con el hidrogeno:1s(1)
Esto significa que el hidrogeno
tiene 1 orbital"s"y que ademas no esta lleno pues
tiene 1 electron
Un ejemplo con el oxigeno:1s(2)2s(2)2p(4)
Esto significa que el oxigeno
tiene 2 orbitales"s"llenos en los niveles
energeticos 1 y 2(el nivel 1 solo puede
tener un orbital"s"y el nivel 2 puede
tener otro"s"mas grande y los 3"p"antes citados)y otro
mas orbital"p"tambien llenos junto con 2 a medias.
Debido a las formas de los orbitales de
hidrogeno y oxigeno,los enlaces entre estos
tendran una geometria determinada,que a su
vez van a determinar el angulo del agua y
su geometria molecular.
Como un enlace covalente consiste en que
cada atomo cede 1 electron,nos damos cuenta
de que cada hidrogeno cede 1(no tiene
mas electrones,como acabo
de explicar)y el oxigeno 2 en total.
La forma en la que se construye cada
enlace es hibridando un orbital"s"junto con
3 orbitales"p"y este orbital hibrido
se conoce como sp(3).
Como ya fue expuesto,un enlave covalente consiste en
compartir electrones.Los electrones de cada orbital
hibrido del agua son"propiedad"tanto de hidrogeno
como de oxigeno.El oxigeno tiene 6 electrones en
su nivel energetico 2(que es el mas
alto y,por lo tanto,con el que se forman enlaces)y cuando
forma esos 2 enlaces con cada hidrogeno,cede 2
en total,y 4 electrones se quedan
sin enlazar.Podriamos pensar que esos 4 no enlazantes
ocupan menos espacio que los orbitales hibridos sp3
pero es justo al reves...Debido a que tenemos un par
de pares(valga la redundancia)de electrones
sin enlazar,eso forma una"nube"con carga negativa tan
alta que empuja los enlaces(y por lo tanto
los hidrogenos),y por ello la geometria del agua
es angular plana,en vez de lineal plana.
De hecho,el angulo de entre 104º y 105º obedece
a la forma de un tetraedro,si tenemos en cuenta
el volumen de esos 2 pares de electrones no enlazantes.
Joyero
Mensajes: 1322
Registrado: 11 Abr 2021, 22:42
Ha agradecido: 1396 veces
Ha sido agradecido: 1457 veces

Re: Por que el agua es asi,causas de quimica fisica

Mensaje por Joyero »

Finalmente,expongo las propiedades
mas destacables,como consecuencia de sus
particularidades tecnicas anteriormente explicadas.
Alto punto de fusion(373K)en comparacion con
otros compuestos de estructura muy parecida(HF,HCl,HI,etc.).
Esto hace que el agua sea liquida en
condiciones estandar(298K 1atm)y el resto de estos
en general sean gases a las mismas condiciones.
Poder de disolucion altisimo para muchas sales(algunas que
son muy dificiles de disolver las consigue disolver
incluso a mas de la mitad).
Debido a su estructura unica,tiene una altisima
tension superficial,ergo es menos densa solida
que liquida(normalmente es al reves,los compuestos
son mas compactos solidos y por ende mas densos).
No conduce nada electricidad,pero disuelve tan
bien que,los iones producto de esa disolucion son
muchos ergo mucha conductancia.
Doy por terminada mi exposicion.
Cualquier duda intentare resolverla de forma entendible.
Bibliografia:
https://cidta.usal.es/contamin_agua/qui ... u1c1s2.htm
https://www.ucm.es/data/cont/docs/458-2 ... 9572-7.pdf
https://biologia-geologia.com/biologia2 ... _agua.html
https://biologia-geologia.com/biologia2 ... _agua.html
Responder