El agua: propiedades, estructura y cuidado
Una llave gotea en una casa del Vedado y nadie la arregla. Parece poca cosa, pero al cabo de un año el desperdicio se cuenta en miles de litros. ¿Qué es el agua, por qué es tan especial y cuánto cuesta perderla? Al final de la página lo calcularás.
La molécula de agua
El agua es la sustancia más abundante en la superficie terrestre y la base de la vida. Su fórmula es $\text{H}_2\text{O}$: cada molécula tiene un átomo de oxígeno unido por enlaces covalentes a dos átomos de hidrógeno.
La molécula no es lineal, es angular: el ángulo H–O–H mide cerca de $104{,}5°$. El oxígeno tiene dos pares de electrones sin compartir que empujan a los enlaces y los doblan.
El oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno: atrae con más fuerza los electrones del enlace. Así, el oxígeno queda con carga parcial negativa ($\delta-$) y cada hidrógeno con carga parcial positiva ($\delta+$). Como la molécula es angular, estas cargas no se compensan: la molécula es polar.
Escribe la fórmula del agua y describe la geometría de su molécula. Indica si la molécula es polar o apolar y menciona cuál es el elemento que atrae con más fuerza los…
Escribe la fórmula del agua y describe la geometría de su molécula. Indica si la molécula es polar o apolar y menciona cuál es el elemento que atrae con más fuerza los electrones del enlace.
Los puentes de hidrógeno
Como la molécula es polar, el hidrógeno ($\delta+$) de una molécula es atraído por el oxígeno ($\delta-$) de otra. Esa atracción se llama puente de hidrógeno. Es mucho más débil que un enlace covalente, pero muy numerosa: cada molécula de agua puede formar hasta cuatro.
Los puentes de hidrógeno se establecen entre el hidrógeno de una molécula (unido a un átomo muy electronegativo) y el oxígeno de otra. Explican propiedades que no esperaríamos para una molécula tan pequeña.
| Sustancia | Masa molar (g/mol) | Temperatura de ebullición |
|---|---|---|
| $\text{H}_2\text{O}$ | 18 | $100$ °C |
| $\text{H}_2\text{S}$ | 34 | unos $-60$ °C |
El sulfuro de dihidrógeno tiene molécula angular parecida y más masa, pero hierve mucho más abajo. El azufre es menos electronegativo y pequeño en polaridad: no forma puentes de hidrógeno apreciables. En el agua, para hervir hay que romper esos puentes, y eso exige mucha energía. Por eso el agua es líquida a temperatura ambiente.
El agua, $\text{H}2\text{O}$, es líquida a temperatura ambiente y hierve a 100 °C, mientras que el sulfuro de dihidrógeno, $\text{H}2\text{S}$, que tiene una molécula de…
El agua, $\text{H}_2\text{O}$, es líquida a temperatura ambiente y hierve a 100 °C, mientras que el sulfuro de dihidrógeno, $\text{H}_2\text{S}$, que tiene una molécula de forma parecida y mayor masa molar, hierve a unos $-60$ °C.
- a) Explica esta diferencia mediante los puentes de hidrógeno.
- b) Indica entre qué partes de las moléculas de agua se establecen.
- c) Menciona otra propiedad del agua que se explique por estos enlaces.
Propiedades del agua y sus consecuencias
Los puentes de hidrógeno explican otras propiedades:
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Calor específico elevado. El agua absorbe mucha energía para subir su temperatura, porque parte se gasta en debilitar puentes. Por eso el mar se calienta y enfría despacio y las ciudades costeras, como La Habana frente al Malecón, tienen un clima más suave que el interior.
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Hielo menos denso que el agua líquida. Al congelarse, cada molécula forma cuatro puentes en una red abierta con huecos. Esa estructura ocupa más volumen y el hielo flota.
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Buen disolvente. Al ser polar, el agua disuelve sustancias iónicas (como el NaCl) y polares.
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Tensión superficial alta, que permite que algunos insectos caminen sobre el agua.
Que el hielo flote es vital: en un lago de zona fría, el hielo forma una capa en la superficie que aísla el agua de abajo. Así el agua profunda sigue líquida y peces y plantas sobreviven el invierno.
El hielo flota en el agua líquida, y las ciudades costeras, como La Habana frente al Malecón, tienen temperaturas más suaves que el interior. a) Explica por qué el hielo…
El hielo flota en el agua líquida, y las ciudades costeras, como La Habana frente al Malecón, tienen temperaturas más suaves que el interior.
- a) Explica por qué el hielo es menos denso que el agua líquida, relacionándolo con la estructura de los puentes de hidrógeno.
- b) Explica por qué esta propiedad es importante para la vida en lagos de zonas frías.
- c) Relaciona el elevado calor específico del agua con el clima suave de las zonas costeras.
Usos del agua
El agua es indispensable porque es el medio donde ocurren las reacciones de las células, transporta nutrientes y desechos, y regula la temperatura del cuerpo.
| Ámbito | Usos |
|---|---|
| Hogar | beber, cocinar, higiene, lavar la ropa, limpiar |
| Agricultura | riego de la caña, el arroz, las viandas y las hortalizas |
| Industria | refrigeración, disolvente, vapor en centrales azucareras, producción de alimentos y bebidas |
Menciona tres usos del agua en la vida diaria y dos en la agricultura o la industria. Explica en una oración por qué se dice que el agua es indispensable para los seres…
Menciona tres usos del agua en la vida diaria y dos en la agricultura o la industria. Explica en una oración por qué se dice que el agua es indispensable para los seres vivos.
Potabilización del agua
El agua de un embalse no se puede beber directamente. La planta potabilizadora la trata en este orden:
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Cribado: rejillas retienen palos, hojas y objetos grandes.
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Coagulación y sedimentación: se añade un coagulante (como sulfato de aluminio) que agrupa las partículas finas en flóculos pesados que se hunden.
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Filtración: el agua pasa por capas de arena y grava que retienen lo que no sedimentó.
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Cloración: se agrega dicloro o un compuesto de cloro para eliminar microorganismos.
En casa, si dudas de la calidad del agua, puedes hervirla al menos unos minutos, filtrarla y clorarla con las gotas indicadas por las autoridades de salud, y guardarla en recipientes limpios y tapados.
Una planta potabilizadora trata el agua de un embalse con estas operaciones: cribado, coagulación y sedimentación, filtración y cloración. a) Ordena las operaciones y…
Una planta potabilizadora trata el agua de un embalse con estas operaciones: cribado, coagulación y sedimentación, filtración y cloración.
- a) Ordena las operaciones y explica qué elimina o logra cada una.
- b) Explica por qué se agrega dicloro o un compuesto de cloro al final.
- c) Indica qué puede hacer una familia en casa para asegurar el agua de consumo si tiene dudas sobre su calidad.
Contaminación y cuidado del agua
El agua dulce disponible es poca y hay que cuidarla. Algunas acciones la contaminan o desperdician: verter aceite usado por el fregadero, lavar el carro con la manguera abierta, arrojar basura a una cañada. Otras la conservan: regar por goteo, tratar los residuales antes de verterlos al río.
Un problema serio es la eutrofización:
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Los fertilizantes con nitratos y fosfatos son arrastrados por la lluvia hasta el embalse.
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Esos nutrientes hacen que las algas crezcan en exceso y el agua se ponga verde.
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Las algas mueren y las bacterias las descomponen, consumiendo el dioxígeno disuelto.
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Sin dioxígeno, los peces mueren y el agua huele mal.
Consecuencias para la población: el agua es más cara y difícil de potabilizar y no sirve para el consumo, la pesca ni el riego.
Medidas posibles: en la agricultura, dosificar el fertilizante y sembrar franjas de vegetación junto a los cauces; en el tratamiento, depurar los residuales antes del vertido; en educación ambiental, campañas en las escuelas y comunidades sobre el uso responsable.
Lisandra enumera estas acciones: verter aceite usado por el fregadero, regar con un sistema de goteo, lavar el carro con la manguera abierta, tratar los residuales antes…
Lisandra enumera estas acciones: verter aceite usado por el fregadero, regar con un sistema de goteo, lavar el carro con la manguera abierta, tratar los residuales antes de verterlos al río, arrojar basura a una cañada. Indica cuáles contaminan o desperdician el agua y cuáles ayudan a conservarla.
En un embalse cercano a unos campos agrícolas se observa que el agua se vuelve verde, huele mal y mueren los peces. Los técnicos explican que la causa es la…
En un embalse cercano a unos campos agrícolas se observa que el agua se vuelve verde, huele mal y mueren los peces. Los técnicos explican que la causa es la eutrofización por el arrastre de fertilizantes con nitratos y fosfatos.
- a) Explica paso a paso cómo se produce este fenómeno y por qué disminuye el dioxígeno disuelto.
- b) Indica dos consecuencias para el uso del agua por parte de la población.
- c) Propón y argumenta tres medidas, una agrícola, una de tratamiento y una de educación ambiental.
Cuánto cuesta una fuga
Volvamos a la llave: gotea 20 gotas por minuto y cada gota tiene $0{,}05$ mL.
Una sola llave pierde más de 500 L al año. Si en una cuadra hay cien fugas así, se pierden más de 50.000 L: agua que se bombeó, se trató y no se aprovechó, además de energía eléctrica gastada en bombearla. Acciones concretas de ahorro: reparar a tiempo las llaves y tuberías, y cerrar la llave al enjabonarse o al lavar los platos; recoger agua de lluvia para regar.
Vuelve al principio: la fuga parece pequeña, pero pasa de 500 L al año por una sola llave.
Una llave que gotea suelta 20 gotas por minuto, y se considera que cada gota tiene un volumen de 0,05 mL. Densidad del agua: 1 g/mL; masa molar: 18 g/mol. a) Calcula el…
Una llave que gotea suelta 20 gotas por minuto, y se considera que cada gota tiene un volumen de 0,05 mL. Densidad del agua: 1 g/mL; masa molar: 18 g/mol.
- a) Calcula el volumen de agua que se pierde en un día y en un año de 365 días.
- b) Calcula la masa y la cantidad de sustancia de agua perdidas en un día.
- c) Argumenta por qué pequeñas fugas son importantes en una comunidad y propón dos acciones concretas de ahorro en un hogar.