Cuidemos el Agua

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Estructura molecular del agua: Enlaces covalentes. moléculas polares y no polares. Puentes de hidrógeno

MOLÉCULA DEL AGUA.

El agua pura no tiene olor, sabor, ni color, es decir, es inodora, insípida e incolora. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua.

Henry Cavendish descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt publicaron un documento científico que demostraba que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H₂O).

Entre las moléculas de agua se establecen enlaces por puentes de hidrógeno debido a la formación de dipolos electrostáticosque se originan al situarse un átomo de hidrógeno entre dos átomos más electronegativos, en este caso de oxígeno. El oxígeno, al ser más electronegativo que el hidrógeno, atrae más, hacia este, los electrones compartidos en los enlaces covalentes con el hidrógeno, cargándose negativamente, mientras los átomos de hidrógeno se cargan positivamente, estableciéndose así dipolos eléctricos. Los enlaces por puentes de hidrógeno son enlaces por fuerzas de van der Waals de gran magnitud, aunque son unas 20 veces más débiles que los enlaces covalentes.

Los enlaces por puentes de hidrógeno entre las moléculas del agua pura son responsables de la dilatación del agua alsolidificarse, es decir, su disminución de densidad cuando se congela. En estado sólido, las moléculas de agua se ordenan formando tetraedros, situándose en el centro de cada tetraedro un átomo de oxígeno y en los vértices dos átomos de hidrógeno de la misma molécula y otros dos átomos de hidrógeno de otras moléculas que se enlazan electrostáticamente por puentes de hidrógeno con el átomo de oxígeno. La estructura cristalina resultante es muy abierta y poco compacta, menos densa que enestado líquido. El agua tiene una densidad máxima de 1 g/cm³ cuando está a una temperatura de 4 °C,² característica especialmente importante en la naturaleza que hace posible el mantenimiento de la vida en medios acuáticos sometidos a condiciones exteriores de bajas temperaturas.

La dilatación del agua al solidificarse también tiene efectos de importancia en los procesos geológicos de erosión. Al introducirse agua en grietas del suelo y congelarse posteriormente, se originan tensiones que rompen las rocas.

ENLACE COVALENTE 

Un enlace covalente se produce por compartición de electrones entre dos o mas átomos. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar pero la diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos no metales.

A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace químico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómicoen cuestión. Entre los dos átomos puede compartirse uno, dos o tres electrónes, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple. En representación de Lewis estos enlaces pueden representarse por una pequeña línea entre los átomos.

MOLECULAS POLARES Y NO POLARES

Las moléculas apolares son aquellas moléculas que se producen por la unión entre átomos que poseen igual electronegatividad, por lo que las fuerzas con las que los átomos que conforman la molécula atraen los electrones del enlace son iguales, produciéndose así la anulación de dichas fuerzas. Un ejemplo de una molécula apolar es la molécula de Oxígeno(O₂). En esta molécula cada átomo de Oxígeno atrae a los electrones compartidos hacia sí mismo con una misma intensidad pero en sentidos opuestos, por lo que se anulan las fuerzas de atracción y la molécula no se convierte en un dipolo.

Molécula No-polar   Una molécula que tiene una distribución igual de electrones enlazados. Las moléculas no-polares están formadas por enlaces covalentes no-polares o cuando enlaces covalentes polares dan como resultado una distribución simétrica de la carga eléctrica. La configuración + - - +, por ejemplo. Compare con la molécula polar.

Apolar es todo aquello que carece de polos, y en química se aplica a cierto tipo de moléculas.

Una molécula es polar cuando uno de sus extremos está cargado positivamente, y el otro de manera

negativa.Cuando una molécula es apolar, estas cargas no existen.

Se suele usar el término hidrófobo para una sustancia apolar, debido a la similitud de comportamientos: un hidrófobo es aquel o aquello que teme u odia al agua, y las sustancias apolares, no se disuelven en agua, a pesar de ser líquidas (como el aceite) El agua es un disolvente polar, y por tanto, en su seno sólo puede albergar moléculas polares. Esto se basa en que a niveles microscópicos, algo se disuelve en una sustancia cuando aparecen unos puentes moleculares entre las partículas de disolvente y de soluto. Estos puentes (o enlaces moleculares secundarios) aparecen entre las zonas con cargas distintas en ambas sustancias. El agua es una molécula polar (tiene dos zonas con distinta carga, positiva y negativa) y cualquier cosa que se quiera disolver en ella, ha de ser polar, para poder establecerse dicho enlaces.

PUENTES DE HIDRÓGENO

El enlace puente de hidrógeno es una atracción que existe entre un átomo de hidrógeno (carga positiva) con un átomo de O , N o X (halógeno) que posee un par de electrones libres (carga negativa).

Por ejemplo el agua, es una de las substancias que presenta este tipo de enlaces entre sus moléculas. Una molécula de agua se forma entre un átomo de Oxigeno con seis electrones de valencia (sólo comparte dos y le quedan dos pares de electrones libres) y dos hidrógenos con un electrón de valencia cada uno (ambos le ceden su único electrón al oxígeno para que complete el octeto).

La molecula de agua es una molécula polar, por lo que presenta cuatro cargas parciales, de esta manera la fracción positiva (un hidrógeno) genera una atracción con la fracción negativa de otra molécula (el par de electrones libres del oxígeno de otra molécula de agua). Teóricamente una molécula de agua tiene la capacidad de formar 4 puentes de Hidrógeno

El enlace puente de hidrógeno es 20 veces más débil o de menor contenido energético que un enlace normal. Pareciera ser de poca importancia, pero debido a la gran cantidad de moléculas y gran cantidad de enlaces de este tipo que puede contener una sustancia, el enlace puente de hidrógeno tiene una especial importancia.

Si se compara al H₂O , con el H₂S deberían de ser substancias muy parecidas ya que el oxígeno y el azufre pertenecen al mismo grupo (VIA), tienen propiedades parecidas, la diferencia es que el oxígeno es más electronegativo. El agua es una moléula polar y puede formar puentes de hidrógeno, mientras que el ácido sulfhídrico (H₂S)es no polar y no tiene dicha capacidad.

Los puentes de hidrógeno que existe entre las moléculas de H₂O , explican el incremento del pF, pEb, densidad, viscosidad, capacidad caloríca, etc (ya que las moléculas se encuentran unidas entre sí), a diferencia H₂S , cuyas moléculas  no cuentan con la atracción puente de hidrógeno y por lo tanto a temperatura ambiente es un gas. 

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA.

El agua pura está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de

hidrógeno, por lo tanto tiene un peso molecular de 18 u.m.a y una masa

molar de 18 gramos.

Dadas las diferencias de electronegatividad entre el oxígeno (3.5) y el
hidrógeno (2.1), los electrones compartidos por los átomos que forman el
enlace covalente, están más cerca del oxígeno que del hidrógeno. Este
compartimento desigual de electrones hace que el oxígeno del agua tienda a
ser parcialmente negativo. mientras que el hidrógeno tienda a ser parcialmente
positivo, (se forma un enlace covalente polar). 

EJEMPLOS DE MOLÉCULAS POLARES Y NO POLARES

   

FORMACIÓN DE PUENTES DE HIDRÓGENO.

Un puente de hidrógeno es el enlace o la interacción que se
forma cuando un hidrógeno se encuentra entre dos átomos que
son muy electronegativos.

Cada molécula de agua puede interaccionar por puentes de hidrógeno con

otras cuatro moléculas. Las líneas azules discontinuas

muestran los puentes de hidrógeno y las continuas los enlaces covalentes.

Propiedades Físicas del Agua:5

1) Estado físico: sólida, liquida y gaseosa.

2) Color: incolora.

3) Sabor: insípida.

4) Olor: inodoro.

5) Densidad: 1 g./c.c. a 4°C.

6) Punto de congelación: 0°C.

7) Punto de ebullición: 100°C.

8) Presión critica: 217,5 atmósferas.

9) Temperatura critica: 374°C.

Propiedades Químicas del Agua:

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

EJEMPLO DE PUENTES DE HIDRÓGENO.