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Propiedades líquidos y agua
- 1. LOS LIQUIDOS Y EL AGUA LAURA VALENTINA VELA LOAIZA DIANA JARAMILLO QUIMICA 10-1 INSITUCION EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACION IBAGUE-TOLIMA 2019
- 2. INTRODUCCIÓN La realización del laboratorio es la parte del curso de Mecánica de fluidos, que sirve para confirmar los conceptos teóricos desarrollados en clase, con el comportamiento real de los fenómenos físicos; para luego aplicar con confianza los conceptos teóricos en el estudio de manejo de fluidos en diferentes campos de la Ingeniería. Se llamará fluido a cualquier sustancia que se pueda hacer escurrir mediante una aplicación apropiada de fuerzas. En términos generales, se pueden clasificar en líquidos y gases. Los líquidos son prácticamente incompresibles, por lo que se puede considerar que su volumen es constante, aunque su forma puede variar. Los gases son altamente compresibles, por lo no tienen un volumen característico, sencillamente se expanden hasta llenar cualquier recipiente en que se les coloque. Todo fluido soporta fuerzas normales o perpendiculares a sus fronteras, sin que haya escurrimiento, y puede estar en equilibrio bajo la acción de una diversidad de fuerzas de este tipo. Sin embargo, un fluido no puede resistir la acción de una fuerza tangencial, ya que tan pronto como se ejerce este tipo de fuerza, el fluido responde deslizándose sobre sus fronteras, provocando el movimiento del fluido. Por lo tanto, una condición necesaria para que un fluido esté en equilibrio, es que sus fronteras sólo experimenten fuerzas normales. Así mismo El Agua es un tesoro de valor incalculable, mucho mayor que el del oro o el petróleo, y esto es así porque de ella depende la estabilidad del planeta y la continuidad de las especies que en él habitan. Todo lo que perjudica al Agua, repercute directamente sobre los ecosistemas que le rodean, por ello hay que ser consciente de cómo se administra y se consume. Cuanta más Agua se emplee y despilfarre, más embalses y depuradoras harán falta; y es precisamente la
- 3. construcción y funcionamiento de estas instalaciones una importante causa de deterioro medioambiental (anegación de hábitats, interrupción de caudales, producción de lodos tóxicos, etc.) El "agua "Uno de los compuestos más importantes para la vida del planeta y del universo, el cual, podemos encontrar en diferentes estados como liquido, solido y gaseoso. Este compuesto es una sustancia líquida formada por la combinación de dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno, que constituye el componente más abundante en la superficie terrestre. Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era un elemento. Fue el químico ingles Cavendish quien sintetizó agua a partir de una combustión de aire e hidrógeno. Sin embargo, los resultados de este experimento no fueron interpretados hasta años más tarde, cuando Lavoisier propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto formado por oxígeno y por hidrógeno, siendo su fórmula H2O. Este compuesto es uno de los más abundantes en nuestro planeta, el cual cubre el 71% de la superficie de la terrestre formando los océanos, lagos, lagunas, glaciares, ríos, napas subterráneas, riachuelos, canales, etc. La escasez vital del agua dulce hace llamar la atención de científicos, técnicos, políticos y en general, de muchos de los habitantes del planeta. Ya que solo el 3% es agua dulce y el 97% agua salada preveniente de los océanos. Además, el agua tal como se encuentra en la naturaleza, para ser utilizada sin riesgo para el consumo humano requiere ser tratada, para eliminar las partículas y organismos que pueden ser dañinos para la salud. Y finalmente debe ser distribuida a través de tuberías hasta tu casa, para consumirla sin ningún problema ni riesgo alguno. Este fundamental compuesto, permite la existencia de vida en la tierra ya que los seres vivos están constituidos por el porcentaje importante de agua.
- 4. OBJETIVOS Reconocer las propiedades de los fluidos Conocer acerca de la evaporación que se efectúa en los fluidos Definir los líquidos y el agua Reconocer las propiedades del agua Entender la estructura molecular
- 5. MARCO TEORICO LIQUIDOS: El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible, lo que significa que su volumen es casi constante en un rango grande de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero no con forma fija. Fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión también constante. Las partículas que lo constituyen están unidas entre sí por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por ello, pueden trasladarse con libertad, lo que determina su fluidez (en oposición a la viscosidad). Así se explica que los líquidos adopten la forma del recipiente que los contiene. Este mismo hecho hace que en ausencia de gravedad, la forma que adquieran los líquidos sea esférica, ya que así se minimiza la tensión superficial, como consecuencia de la aplicación del principio de Hamilton, que dice que todo sistema mecánico evoluciona hacia un mínimo de energía. Esta mínima tensión superficial hace que el líquido en ausencia de fuerzas externas tienda a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, siendo la esfera la forma más óptima. PROPIEDADES: Una vez conocidos los tipos de fuerzas intermoleculares podemos analizar y explicar las propiedades de los líquidos: o TENSIÓN SUPERFICIAL: La superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensión. A este fenómeno se le conoce como tensión superficial. La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido presenta una resistencia al aumentar
- 6. su superficie, lo que en efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), poder desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido. Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. o CAPILARIDAD: Es una propiedad de los fluidos que depende de su tensión superficial, la cual, a su vez, depende de la cohesión del fluido, y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El
- 7. líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa. es la cualidad que posee una sustancia de absorber a otra. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto causa que el menisco tenga una forma cóncava cuando el líquido está en contacto con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, éste succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que materiales porosos absorban líquidos. Un aparato comúnmente empleado para demostrar la capilaridad es el tubo capilar; cuando la parte inferior de un tubo de vidrio se coloca verticalmente, en contacto con un líquido como el agua, se forma un menisco cóncavo; la tensión superficial succiona la columna líquida hacia arriba hasta que el peso del líquido sea suficiente para que la fuerza de la gravedad se equilibre con las fuerzas intermoleculares.
- 8. El peso de la columna líquida es proporcional al cuadrado del diámetro del tubo, por lo que un tubo angosto succionará el líquido más arriba que un tubo ancho. Así, un tubo de vidrio de 0,1 mm de diámetro levantará una columna de agua de 30 cm. Cuanto más pequeño es el diámetro del tubo capilar mayor será la presión capilar y la altura alcanzada. En capilares de 1 µm (micrómetro) de radio con una presión de succión 1,5*103hPa (hectopascal = hPa = 1,5atm), corresponde a una altura de columna de agua de 14 a 15 m. Dos placas de vidrio que están separadas por una película de agua de 1 µm (micrómetro) de espesor, se mantienen unidas por una presión de succión de 1,5 atm. Por ello se rompen los portaobjetos humedecidos, cuando se trata de separalos. Entre algunos materiales, como el mercurio y el vidrio, las fuerzas intermoleculares del líquido exceden a las existentes entre el líquido y el sólido, por lo que se forma un menisco convexo y la capilaridad trabaja en sentido inverso. Las plantas usan la capilaridad para succionar agua a del entorno, aunque las plantas más grandes requieren la transpiración para mover la cantidad necesaria de agua allí donde se precise.
- 9. o VISCOSIDAD: La viscosidad es la medida de la resistencia interna de un fluido a desplazarse o moverse. En los líquidos la viscosidad se debe a la fuerza de cohesión entre sus moléculas. La viscosidad mide cuánta fuerza se requiere para deslizar una capa del fluido sobre otra, los fluidos tienden a seguir la ley de la gravedad, pero no todos se trasladan con la misma facilidad. Si no fuera por la viscosidad, un líquido podría desplazarse a través de un tubo por su propia inercia sin que ninguna diferencia de presiones tuviera que empujarlo entre los extremos del conducto La unidad de medición de la viscosidad en el sistema internacional es el "poiseville", que se define como: "La viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido y
- 10. la velocidad de éste, respecto a la superficie es de un metro por segundo". De acuerdo a la definición anterior la unidad de viscosidad en el sistema internacional es el N·s/m2, la cual recibe el nombre de Pascal·seg, y esta última recibe el nombre especial de poiseville (PI). Si un fluido en movimiento no tuviera viscosidad, podría pasar por un tubo horizontal sin que se le aplicara fuerza alguna. Pero debido a la viscosidad se requiere de la aplicación de una fuerza y por lo tanto de una diferencia de presiones en los extremos del tubo para que el fluido se mueva, es decir, para que haya flujo. El científico francés Jean Léonard Poiseville determinó las variables que intervienen en la rapidez de flujo laminar y continuo de un fluido, incomprensible dentro de un tubo cilíndrico. Al valor de la viscosidad de un fluido se le llama coeficiente de viscosidad y depende de la temperatura. En los líquidos, el coeficiente de la viscosidad disminuye si la temperatura aumenta y en los gases aumenta al aumentar la temperatura. El aceite de los automóviles tiene una viscosidad elevada. Esto es importante porque recubre las piezas móviles del motor e impide que la fricción los desgaste. En la industria la viscosidad se cuantifica en forma práctica, utilizando recipientes con una determinada capacidad, que tienen un orificio de un diámetro establecido convencionalmente. Al medir el tiempo que
- 11. el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad. o PRESIÓN DE VAPOR: La Presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado. Si las moléculas del líquido poseen una mayor intensidad de fuerza intermolecular, entonces quedarán atrapadas en el líquido y tendrán menor facilidad para pasar a la fase gaseosa. Por el contrario, a menor intensidad de fuerza intermolecular, entonces las moléculas podrán escapar más fácilmente al estado gaseoso. La Presión de Vapor de los Líquidos es una de las propiedades más adecuadas para el conocimiento de lo que es el estado liquido, esta
- 12. propiedad se encuentra defendida como la presión del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el liquido. Esto ocurre cuando un liquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por que en el momento que se da la vaporización aumenta el numero de moléculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presión ejercida por el vapor. Esta presión se debe a los choques de las moléculas que lo forman contras las superficies que lo están limitando. Pero cuando estas moléculas gaseosas chocan contra la superficie del liquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las moléculas del liquido y quedan retenidas allí formando otra ves parte del liquido. o EVAPORACIÓN: La evaporación es el proceso por el cual las moléculas en estado líquido (por ejemplo, el agua) se hacen gaseosas espontáneamente (ej.: vapor de agua). Es lo opuesto a la condensación. Generalmente, la evaporación puede verse por la desaparición gradual del líquido cuando se expone a un volumen significativo de gas. Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente
- 13. energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. La evaporación de agua es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.
- 14. o PUNTO DE EBULLICIÓN: El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión que rodea al líquido y el líquido se transforma en vapor. El punto de ebullición de un líquido varía según la presión ambiental que lo rodea. El punto de ebullición es el término que se le da al proceso que se produce al cambio de estado de una materia que pasa de líquido a gaseoso. Asimismo, se refiere a la temperatura que provoca que la presión del vapor de un líquido iguale la presión del vapor por medio de la ebullición. Temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido. La Temperatura de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales ( 1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión. Para las sustancias que hierven en el intervalo de la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura es de aproximadamente 0.3º/kPa o 0.04º/mm Hg (donde la presión es aproximadamente de una atmósfera).
- 15. El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 K) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 K).
- 16. EL AGUA: El agua es una sustancia cuya molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede hallarse en su forma sólida, llamada hielo, y en su forma gaseosa, denominada vapor. El agua es un compuesto que se forma a partir de la unión, mediante enlaces covalentes, de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; su fórmula molecular es H2O y se trata de una molécula muy estable. En la estructura de la molécula los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno están dispuestos en un ángulo de 105°, lo cual le confiere características relevantes. Es una molécula dipolar – en la que el átomo de oxígeno central comparte un par de electrones con cada uno de los dos átomos de hidrógeno – con un exceso de carga negativa junto al oxígeno, compensada por otra positiva repartida entre los dos átomos de hidrógeno. Se mantienen en contante circulación. CARACTERÍSTICAS o El agua es insípida. El calor. o Cohesión La capilaridad. o Es transparente. Densidad. o No tiene olor. o Es uno de los mejores disolventes. o Es un buen conductor eléctrico. o La temperatura.
- 17. ESTRUCTURA MOLECULAR: El agua es un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Esta infografía proporciona las características más relevantes de su estructura molecular. El agua es una molécula (H2O) que contiene dos átomos de hidrógeno cada uno compartiendo un par de electrones con un átomo de oxígeno oxígeno (ver la Figura 1). Cuando los átomos comparten electrones de este modo, se crea un enlace covalente. Estos enlaces son esenciales para los organismos vivos. En las moléculas del agua, el oxígeno y los átomos de hidrógeno comparten electrones en distintas proporciones. Los electrones, que siempre llevan una carga negativa, son atraídos con mayor fuerza a los átomos de oxígeno. Debido a que los electrones compartidos pasan más tiempo rodeando el núcleo del oxígeno y menos tiempo circulando el núcleo de los átomos de hidrógeno, la molécula de agua se polariza con los extremos negativos (oxígeno) y positivos (hidrógeno). Esta propiedad se conoce como polaridad molecular.
- 18. Ya que las cargas positivas y negativas se atraen, las moléculas polares de agua se alinean cuando se aproximan unas a las otras: el extremo positivo de hidrógeno de una molécula es atraído por el extremo negativo de oxígeno de una segunda molécula. Esta atracción se llama enlace de hidrógeno (ver la Figura 2). Las moléculas de agua están unidas entre sí por enlaces débiles de hidrógeno, lo que da al agua su propiedad líquida. Si los enlaces de hidrógeno fueran más fuertes, el agua sería una sustancia rígida, en lugar de fluida. Una gota de agua contiene trillones de moléculas de agua unidas por enlaces débiles de hidrógeno. La tendencia de las moléculas de agua a unirse se llama cohesión. El hecho de que las moléculas de agua se unan utilizando enlaces débiles de hidrógeno es lo que le da al agua su consistencia fluida. La polaridad del agua también lo hace adhesiva, lo que significa que será atraído por otros tipos de moléculas con cargas positivas y negativas. Piensa en cómo los árboles transportan el agua desde el suelo hasta sus ramas altas
- 19. sin ningún tipo de bomba. Las moléculas de agua entran en la raíz y se adhieren a las moléculas que forman las paredes de los tejidos conductores de la planta, llamadas células del xilema, que tienen la forma de pequeñas pajillas para beber. El agua se evapora en el aire en el extremo opuesto del xilema – las hojas– provocando un tirón ascendente y cohesivo en toda la columna de agua y reemplazando el agua que se evaporó. La cohesión y la adhesión son algunas de las cualidades más notables del agua. Son lo suficientemente fuertes para trabajar contra la fuerza de la gravedad, lo que permite que el agua se mueva hacia la parte superior de un árbol a cientos de metros de altura. Este movimiento se denomina acción capilar y es una forma clave en como las plantas transportan líquidos a través de sus cuerpos. El agua tiene una estructura molecular simple. Está compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Cada átomo de hidrógeno se encuentra unido covalentemente al oxígeno por medio de un par de electrones de enlace. El oxígeno tiene además dos pares de electrones no enlazantes. De esta manera existen cuatro pares de electrones rodeando al átomo de oxígeno: dos pares formando parte de los enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y dos pares no compartidos en el lado opuesto. El oxígeno es un átomo electronegativo o "amante" de los electrones, a diferencia del hidrógeno. El agua es una molécula "polar"; es decir, existe en ella una distribución irregular de la densidad electrónica. Por esta razón, el agua posee una carga parcial negativa (Delta-) cerca del átomo de oxígeno y una carga parcial positiva cerca de los átomos de hidrógeno.
- 20. Una atracción electrostática entre la carga parcial positiva cercana a los átomos de hidrógeno y la carga parcial negativa cercana al oxígeno da lugar a un enlace por puente de hidrógeno, como se muestra en la figura. La habilidad de los iones y otras moléculas para disolverse en el agua es debida a la polaridad de ésta última. Por ejemplo, en la imagen inferior se muestra el cloruro sódico en su forma cristalina y disuelto en agua. Muchas otras propiedades únicas del agua son debidas a los puentes de hidrógeno. Por ejemplo, el hielo flota porque los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas de agua más separadas en el agua sólida que en el
- 21. agua líquida, donde hay un enlace de hidrógeno menos por cada molécula. Las propiedades físicas únicas, incluyendo un alto calor de vaporización, una fuerte tensión superficial, un calor específico alto y el hecho de ser casi el disolvente universal, también son debidas a la polaridad del agua y a su capacidad de formar enlaces por puentes de hidrógeno. El efecto hidrofóbico, o la exclusión de compuestos que contienen carbono e hidrógeno (sustancias no polares) es otra de las propiedades únicas del agua causadas por los enlaces de hidrógeno. El efecto hidrofóbico es particularmente importante en la formación de membranas celulares. La mejor descripción que puede darse de este efecto es que el agua "arrincona" a las moléculas no polares, manteniéndolas juntas. PROPIEDADES QUIMICAS: 1)Reacciona con los óxidos ácidos 2)Reacciona con los óxidos básicos 3)Reacciona con los metales 4)Reacciona con los no metales 5)Se une en las sales formando hidratos: 1)Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos. 2) Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el agua para formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con gran facilidad. 3) Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacían a temperatura elevada.
- 22. 4)El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos, por ej: Haciendo pasar carbón al rojo sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de agua). 5)El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose hidratos. En algunos casos los hidratos pierden agua de cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son eflorescentes, como le sucede al sulfato cúprico, que cuando está hidratado es de color azul, pero por pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico anhidro de color blanco. Por otra parte, hay sustancias que tienden a tomar el vapor de agua de la atmósfera y se llaman hidrófilas y también higroscópicas; la sal se dice entonces que delicuescente, tal es el caso del cloruro cálcico. El agua como compuesto quimico: Habitualmente se piensa que el agua natural que conocemos es un compuesto químico de fórmula H2O, pero no es así, debido a su gran capacidad disolvente toda el agua que se encuentra en la naturaleza contiene diferentes cantidades de diversas sustancias en solución y hasta en suspensión, lo que corresponde a una mezcla. El agua químicamente pura es un compuesto de fórmula molecular H2O. Como el átomo de oxígeno tiene sólo 2 electrones no apareados, para explicar la formación de la molécula H2O se considera que de la hibridación de los orbitales atómicos 2s y 2p resulta la formación de 2 orbitales híbridos sp3. El traslape de cada uno de los 2 orbitales atómicos híbridos con el orbital 1s1 de un átomo de hidrógeno se forman dos enlaces covalentes que generan la formación de la molécula H2O, y se orientan los 2 orbitales sp3 hacia los vértices de un tetraedro triangular regular y los otros vértices son ocupados por los pares de electrones no compartidos del oxígeno.
- 23. PROPIEDADES BIOLOGICAS: 1) Sus propiedades como transporte de sustancias: el agua es el principal ingrediente de la sangre. En el agua se disuelven muchas sustancias, como vitaminas o minerales, que de este modo se transportan por todo el cuerpo, pudiendo llegar a las diferentes células. Este es un papel esencial para el funcionamiento del cuerpo humano, aunque evidentemente, siendo como somos agua en una altísima proporción, no va a ser el único papel que tiene en el cuerpo humano este líquido elemento. 2) Sus propiedades como amortiguador térmico. El agua ayuda a que el calor disminuya. En el cuerpo ejerce la función de refrigerar al organismo, ayudando a que la temperatura corporal no suba de 37 grados, lo máximo en un cuerpo saludable. También ayuda a que se mantenga el calor, no bajando de 36 grados. 3) La propiedad de dar flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Los tejidos del cuerpo humano son flexibles y son elásticos gracias a su alto contenido en agua. Si no tuvieran esa gran cantidad de líquido, se secarían y se quedarían acartonados y rígidos. Esto es fácil de ver con un órgano animal, como un trozo de pulmón o de hígado, al que se le retira el agua. 4) La propiedad de favorecer la circulación y la turgencia. El agua favorece el movimiento de la sangre, que es bombeada por el corazón. Si la sangre tuviera menor contenido en agua y fuera excesivamente densa, no sería tan sencillo para el corazón impulsarla por el cuerpo y mucho menos conseguir el movimiento de retorno desde las partes más bajas, como los pies y piernas. Cuando se acumula grasa en la sangre, lo que se conoce como colesterol, esta se vuelve más densa y se pueden llegar a producir acumulaciones en los bordes de las arterias bloqueando el flujo. Este es un buen ejemplo de lo que sucede con una sangre excesivamente densa.
- 24. 5) Sus propiedades amortiguadoras y lubricantes en el roce entre los órganos. Los órganos se rozan y friccionan entre sí. El líquido del cuerpo es el responsable de que estos órganos no se dañen al rozarse, resbalando suavemente unos contra los otros. Es algo así como las piezas del motor de un coche. Si hay aceite entre ellas, el motor rula suavemente y funciona sin problemas, pero si no hay lubricante, se produce el roce y las averías. 6) Sus propiedades como reactivo en las reacciones del metabolismo y como soporte o medio de estas reacciones. Un reactivo es una sustancia capaz de causar determinadas reacciones. El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas y biológicas que ocurren en cada una de las células y en el organismo en su conjunto. Hay dos tipos de reacciones en el metabolismo, las catabólicas y las anabólicas. Las reacciones catabólicas son aquellas en las que se liberan energía, esa energía liberada se utiliza para recomponer enlaces químicos en las llamadas reacciones anabólicas. Un ejemplo de reacción catabólica es la digestión y uno de reacción anabólica es la fotosíntesis. El agua, fuente de vida, está presente en todos esos procesos de una u otra manera, siempre como elemento clave. ELECTROLISIS DEL AGUA: La primera electrólisis del agua se llevó a cabo el 1 de mayo de 1800 por dos químicos británicos William Nicholson (1753-1815) y sir Anthony Carlisle (1768-1840), un par de semanas después de la invención por Alessandro Volta de la primera batería eléctrica, la pila voltaica (publicación presentada el 20 de marzo 1800). Once años antes J. R. Deiman y A. Paets van Troostwijk ya habían logrado una electrólisis del agua por medio de una máquina electrostática y una botella de Leyden, pero sin ser capaces de interpretar la reacción observada.
- 25. La electrólisis del agua es la descomposición del agua (H2O) en los gases oxígeno(O2) e hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica continua, suministrada por una fuente de alimentación, una batería o una pila, que se conecta mediante electrodos al agua. Para disminuir la resistencia al paso de corriente a través del agua esta se suele acidular añadiendo pequeñas alícuotas de ácido sulfúrico o bien añadiendo un electrolito fuerte como el hidróxido de sodio, NaOH. Una fuente de energía eléctrica se conecta a dos electrodos, o dos platos (típicamente hechos de algún metal inerte como el platino o el acero inoxidable), como dos chinchetas, las cuales son puestas en el agua. En una celda propiamente diseñada, el hidrógeno aparecerá en el cátodo (el electrodo negativamente cargado, donde los electrones son bombeados al agua), y el oxígeno aparecerá en el ánodo (el electrodo positivamente cargado). La electrolisis de agua pura requiere una gran cantidad de energía extra en forma de sobrepotencial, con respecto al teóricamente necesario para llevarla a cabo (+1,229 V) puesto que se han de sobrepasar varias barreras de activación. Esto se debe en parte a la escasa disociación del agua pura. Téngase en cuenta que la conductividad del agua pura es de una millonésima de la del agua de mar siendo la conductividad típica del agua pura del orden de 0.055 µS·cm−1 Sin esa energía extra, o sobrevoltaje, la electrólisis de agua pura ocurre muy lentamente si es que logra suceder. Varias celdas electrolíticas pueden no tener los electrocatalizadores requeridos. Como se ha comentado anteriormente la eficacia de la electrólisis aumenta con la adición de un electrolito (como la sal, un ácido o una base) y el uso de electrocatalizadores. Las reacciones que tienen lugar en los electrodos son:
- 26. Reducción en el cátodo: Oxidación en el ánodo: Sumando las semireacciones anteriores se obtiene la reacción global: Como se puede apreciar el número de moléculas de hidrógeno producidas duplica el número de moléculas de oxígeno. Además, el número de electrones transportados a través de los electrodos es el doble del número de moléculas de hidrógeno producidas y el cuádruple del número de moléculas de oxígeno obtenidas. AGUAS DURAS: Se conoce como agua dura aquella que contiene un alto nivel de minerales, concretamente de sales de magnesio y calcio. Este tipo de aguas suelen ser las subterráneas en suelos calcáreos, que elevan los niveles de cal y magnesio, entre otros, el agua calcárea o agua dura —por contraposición al agua blanda— es aquella que contiene un alto nivel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio.1 A veces se da como límite para denominar a un agua como dura una dureza superior a 120 mg CaCO3/L.2 La dureza del agua se expresa normalmente como cantidad equivalente de carbonato de calcio (aunque propiamente esta sal no se encuentre en el agua) y se calcula,
- 27. genéricamente, a partir de la suma de las concentraciones de calcio y magnesio existentes (miligramos) por cada litro de agua; que puede expresarse en concentración de CaCO3. Es decir: Dureza (mg/l de CaCO3) = 2,50 [Ca++] + 4,116 [Mg++]. Donde: [Ca++]: Concentración de ión Ca++ expresado en mg/l. [Mg++]: Concentración de ión Mg++ expresado en mg/l. Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre la masa molecular del CaCO3 y las masas atómicas respectivas: 100/40 (para el Ca++); y 100/24,3 (para el Mg++). La dureza del agua mide la concentración de minerales disueltos, en particular sales de calcio y de magnesio (aunque otros como el hierro, el estroncio y el manganeso también influyen en su endurecimiento, en menor medida). Tener un agua dura influye sobre todo en el rendimiento y el mantenimiento de los electrodomésticos de limpieza, así como en el sabor del agua. Un agua descalcificada, por el contrario, reduce la cantidad de detergente necesaria, tanto en lavadoras domésticas como industriales, ya que si la dureza es excesiva se generan sales insolubles que producen espuma, haciendo que haga falta más cantidad de producto limpiador. Un agua dura, con mucha presencia de sales de calcio y magnesio, sabrá peor que un agua más ligera. Pero ojo, porque un agua excesivamente blanda tampoco tendrá buen sabor, lo ideal en este caso es que tenga una mineralización equilibrada para disfrutar de unas adecuadas características organolépticas, tanto para consumo directo como para cocinar. Se puede definir la dureza de un agua como la suma de todas las sales de iones metálicos no alcalinos presentes en ella. En realidad, estamos hablando
- 28. mayoritariamente de bicarbonatos de calcio y magnesio, aunque también entrarían sulfatos, cloruros, nitratos, fosfatos y silicatos de otros metales como bario, estroncio y otros metales minoritarios. Se llama dureza temporal a la causada por el bicarbonato o carbonato ácido [Ca (HCO3)2], pues al calentar el agua se forma a partir de él carbonato de calcio (CaCO3), que es insoluble y forma depósitos en las superficies calientes. Estos depósitos se pueden formar en el fondo de los recipientes de cocina, en las resistencias para calentar el agua (termos, lavavajillas, lavadoras…), en conducciones calentadas, como las calderas, disminuyendo la transmisión térmica y pudiendo llegar a obturarlas. La dureza permanente casi siempre es debida a cloruros y sulfatos y no provoca depósitos al calentar.
- 29. AGUAS PESADAS: Se denomina agua pesada, formalmente óxido de deuterio, a una molécula de composición química equivalente al agua, en la que los dos átomos del isótopo más abundante del hidrógeno, el protio, son sustituidos por dos de deuterio, un isótopo pesado del hidrógeno (también conocido como "hidrógeno pesado"). Su fórmula química es: D2O o 2H2O. El agua pesada es una forma de agua que contiene una cantidad más grande de lo normal de deuterio, un isótopo del hidrógeno, (también conocido como "hidrógeno pesado") en lugar del isótopo común de hidrógeno-1 o protio, del que está compuesta la mayor parte del agua normal. Por lo tanto, algunos o la mayoría de los átomos de hidrógeno del agua pesada contienen un neutrón, lo que provoca que cada átomo de hidrógeno sea aproximadamente dos veces más pesado que un átomo de hidrógeno normal (aunque el peso de las moléculas de agua no se ve sustancialmente afectado, ya que aproximadamente el 89 % del peso molecular reside en el átomo de oxígeno). El aumento de peso del hidrógeno en el agua hace que sea un poco más densa. El término coloquial agua pesada a menudo también se utiliza para referirse a una mezcla altamente enriquecida de agua que contiene principalmente óxido de deuterio, pero que también contiene algunas moléculas de agua ordinarias. Así por ejemplo el agua pesada que se utiliza en los reactores CANDU es de un enriquecimiento del 99,75 % por cada átomo de hidrógeno, lo que significa que el 99,75 % de los átomos de hidrógeno son del tipo pesado (deuterio). En comparación, en el agua ordinaria, a veces llamada "agua ligera", solo hay alrededor de 156 átomos de deuterio por cada millón de átomos de hidrógeno. El agua pesada no es radiactiva. En su forma pura, tiene una densidad aproximadamente un 11 % mayor que la del agua, pero, por lo demás, es física y
- 30. químicamente similar. Sin embargo, las diversas diferencias entre las aguas que contienen deuterio (que afectan especialmente a las propiedades biológicas) son mayores que en cualquier otro compuesto común con sustitución isotópica debido a que el deuterio es único entre los isótopos estables en ser dos veces más pesado que el isótopo más ligero. Esta diferencia aumenta la fuerza de los enlaces hidrógeno- oxígeno del agua, y esto a su vez es suficiente para causar diferencias que son importantes para algunas de las reacciones bioquímicas. El cuerpo humano contiene de forma natural deuterio equivalente a aproximadamente cinco gramos de agua pesada, que es inofensivo. Cuando una fracción grande de agua (> 50 %) de los organismos superiores se sustituye por agua pesada, el resultado es la disfunción celular y la muerte. El agua pesada se produjo por primera vez en 1932, pocos meses después del descubrimiento del deuterio.4 Con el descubrimiento de la fisión nuclear a finales de 1938, y la necesidad de un moderador de neutrones que capturara pocos neutrones, el agua pesada se convirtió en un componente de investigación de la primera energía nuclear. Desde entonces, el agua pesada ha sido un componente esencial en algunos tipos de reactores, tanto de los que generan energía como de los diseñados para producir isótopos para armas nucleares. Estos reactores de agua pesada tienen la ventaja de poder emplear uranio natural sin el uso de los moderadores de grafito (que pueden plantear en la fase de desmantelamiento riesgos radiológicos o de explosión del polvo). Los reactores más modernos utilizan uranio enriquecido con "agua ligera" normal (H2 O) como moderador.
- 31. PEROXIDO DE HIDROGENO: (H2O2), también conocido como agua oxigenada, dioxogen, óxido de agua o dioxidano, es un compuesto químico con características de un líquido altamente polar, fuertemente enlazado con el hidrógeno tal como el agua, pero que en general se presenta como un líquido ligeramente más viscoso que ésta. Es conocido por ser un poderoso oxidante. A temperatura ambiente es un líquido incoloro con olor penetrante e incluso desagradable. Pequeñas cantidades de peróxido de hidrógeno gaseoso se encuentran naturalmente en el aire. El peróxido de hidrógeno es muy inestable y se descompone lentamente en oxígeno y agua con liberación de gran cantidad de calor. Su velocidad de descomposición puede aumentar mucho en presencia de catalizadores. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede causar combustión espontánea cuando entra en contacto con materia orgánica o algunos metales, como el cobre, la plata o el bronce. El peróxido de hidrógeno se encuentra en bajas concentraciones (del 3 al 9 %) en muchos productos domésticos para usos medicinales y como blanqueador de vestimentas y el cabello. En la industria, el peróxido de hidrógeno se usa en
- 32. concentraciones más altas para blanquear telas y pasta de papel, y al 90 % como componente de combustibles para cohetes y para fabricar espuma de caucho y sustancias químicas orgánicas. En otras áreas, como en la investigación, se utiliza para medir la actividad de algunas enzimas, como la catalasa. Existe un compuesto químico que tiene múltiples usos, el cual conocemos en leguaje común, como agua oxigenada. Este compuesto, es el peróxido de hidrógeno, un oxidante, con variadas aplicaciones, especial las que lo involucran como agente oxidante y reductor, lo cual se debe a su volatilidad y excelente capacidad de reaccionar fácilmente frente a otras sustancias y distintos materiales. Por otra parte, todos conocemos el peróxido de hidrógeno, desde muy pequeños, no en vano, en todos los botiquines de primeros auxilios en hogares y escuelas, siempre hay un envase con agua oxigenada, utilizado con mucha frecuencia para desinfectar y curar raspones, rasguños y pequeñas cortaduras, que siempre están presentes en todo lugar donde hay niños.