Agua , una sustancia compuesta por los elementos químicos hidrógeno y oxígeno y que existe en estado gaseoso, líquido y sólido. Es uno de los más abundantes y esenciales de compuestos . Un líquido insípido e inodoro a temperatura ambiente, tiene la importante capacidad de disolver muchas otras sustancias. De hecho, la versatilidad del agua como solvente es esencial para los organismos vivos. Se cree que la vida se originó en las soluciones acuosas de los océanos , y los organismos vivos dependen de soluciones acuosas, como sangre y jugos digestivos, para procesos biológicos. El agua también existe en otros planetas y lunas tanto dentro como fuera del sistema solar. En pequeñas cantidades, el agua parece incolora, pero el agua en realidad tiene un intrínseco color azul causado por una ligera absorción de luz en longitudes de onda rojas.
rápidos de agua, Cataratas del Niágara, Canadá El agua es el compuesto más abundante en la Tierra y es esencial para la vida. Aunque las moléculas de agua son de estructura simple (H2O), las propiedades físicas y químicas del agua son extraordinariamente complicadas. SKatzenberger / iStock.com
El agua está compuesta de hidrógeno y oxígeno, y existe en estado gaseoso, líquido y sólido. El agua es una de las más abundantes e imprescindibles compuestos , que se presenta como líquido en la superficie de la Tierra en condiciones normales, lo que lo hace invaluable para usos humanos y como planta y animal habitat . Dado que el agua se convierte fácilmente en vapor (gas), puede viajar a través de la atmósfera desde el océanos tierra adentro, donde se condensa y nutre la vida.
Una botella de agua fría parece sudor porque es una fuente de enfriamiento para el vapor de agua en la capa de aire que rodea la botella. El aire relativamente caliente puede contener más vapor de agua que el aire más frío. Cuando se introduce la botella de agua fría, el aire caliente cerca de la botella se enfría y parte del vapor de agua condensa en agua líquida, que luego se deposita en el exterior de la botella.
La ebullición ocurre cuando se forman burbujas dentro de un líquido, lo que marca un cambio de la fase líquida o sólida de una sustancia a gas. El punto de ebullición normal es el temperatura en el que el líquido Presión de vapor es igual al nivel estándar del mar presión atmosférica (760 mm [29,92 pulgadas] de mercurio). Al nivel del mar, la presión atmosférica es alta y el agua hierve a 100 ° C (212 ° F); a mayor altitud es más baja, por lo que el agua hierve a una temperatura más baja.
El agua parece azul por dos razones importantes. En pequeñas cantidades, el agua parece incolora, pero el agua en realidad tiene un color azul intrínseco causado por la ligera absorción de luz en rojo longitudes de onda . Para masas de agua más grandes: estanques, ríos, lagos y océanos: el agua parece azul en días claros porque refleja el azul del cielo. En días nublados, los cuerpos de agua más grandes aparecen grises.
La densidad del agua es máxima a aproximadamente 4 ° C (39,2 ° F), en la fase líquida. El hielo, la fase sólida del agua, es más flotante, por lo que se forma en la superficie de los cuerpos de agua y se congela hacia abajo. Los lagos y ríos rara vez se congelan por completo y el agua líquida que se encuentra debajo puede convertirse en un refugio invernal para la vida acuática. Cuando el hielo se derrite en la primavera, el agua de deshielo de la superficie que se calienta lentamente se hunde, desplazando el agua debajo y mezclando nutrientes en toda la columna de agua.
química del agua Una descripción general de la estructura química de las moléculas de agua. Sociedad Química Estadounidense (Socio editorial de Britannica) Ver todos los videos de este artículo
Aunque las moléculas de agua son de estructura simple (H2O), las propiedades físicas y químicas del compuesto son extraordinariamente complicados y no son típicos de la mayoría de las sustancias que se encuentran en la Tierra. Por ejemplo, aunque es común ver cubitos de hielo flotando en un vaso de agua helada, este comportamiento es inusual para las entidades químicas. Para casi todos los demás compuestos, el estado sólido es más denso que el estado líquido; por tanto, el sólido se hundiría hasta el fondo del líquido. El hecho de que el hielo flote sobre el agua es sumamente importante en el mundo natural, porque el hielo que se forma en estanques y lagos en áreas frías del mundo actúa como una barrera aislante que protege la vida acuática debajo. Si el hielo fuera más denso que el agua líquida, el hielo que se forma en un estanque se hundiría, exponiendo así más agua a la temperatura fría. Por lo tanto, el estanque eventualmente se congelaría por completo, matando a todas las formas de vida presentes.
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oso polar sobre un témpano de hielo Oso polar sobre un témpano de hielo en el archipiélago de Svalbard. La visión de hielo flotando en el agua es algo común, pero muestra el comportamiento químico inusual del agua, que es menos densa como un sólido que en su fase líquida. SeppFriedhuber — E + / Getty Images
El agua se presenta como un líquido en la superficie de la Tierra en condiciones normales, lo que la hace invaluable para el transporte, la recreación y como hábitat para un miríada de plantas y animales . El hecho de que el agua se convierta fácilmente en vapor (gas) permite que sea transportada a través de la atmósfera desde los océanos hasta las zonas del interior donde se condensa y, como lluvia , nutre planta y vida animal. ( Ver hidrosfera: El ciclo hidrológico para una descripción del ciclo por el cual el agua se transfiere a la Tierra.)
diagrama del ciclo hidrológico del agua En el ciclo hidrológico, el agua se transfiere entre la superficie terrestre, el océano y la atmósfera. Los números de las flechas indican los flujos de agua relativos. Encyclopædia Britannica, Inc.
Debido a su prominencia, el agua ha jugado durante mucho tiempo un importante papel religioso y filosófico en la historia de la humanidad. En el siglo VIbceTales de Mileto, a quien a veces se le atribuye el mérito de iniciar la filosofía griega, consideraba al agua como el único bloque de construcción fundamental de la materia:
Es el agua que, al tomar diferentes formas, que constituye la tierra, la atmósfera, el cielo, las montañas, los dioses y los hombres, las bestias y los pájaros, la hierba y los árboles, y los animales hasta los gusanos, las moscas y las hormigas. Todas estas son diferentes formas de agua. ¡Medita en el agua!
Doscientos años después, Aristóteles consideraba que el agua era uno de los cuatro elementos fundamentales, además de la tierra, el aire y el fuego. La creencia de que el agua era una sustancia fundamental persistió durante más de 2.000 años hasta que los experimentos de la segunda mitad del siglo XVIII demostraron que el agua es un compuesto formado por los elementos hidrógeno y oxígeno.
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Recolección de agua Los investigadores inventan un dispositivo que puede recolectar agua potable del aire del desierto. Mostrado con permiso de The Regents de la Universidad de California. Reservados todos los derechos. (Un socio editorial de Britannica) Ver todos los videos de este artículo
El agua en la superficie de la Tierra se encuentra principalmente en sus océanos (97,25 por ciento) y casquetes polares y glaciares (2,05 por ciento), con el resto en lagos de agua dulce, ríos y aguas subterráneas. A medida que crece la población de la Tierra y aumenta la demanda de agua dulce, la purificación y el reciclaje del agua se vuelven cada vez más importantes. Curiosamente, los requisitos de pureza del agua para uso industrial a menudo superan a los de uso humano. consumo . Por ejemplo, el agua utilizada en las calderas de alta presión debe tener al menos un 99,999998 por ciento de pureza. Debido a que el agua de mar contiene grandes cantidades de sales disueltas, se debe desalar para la mayoría de los usos, incluido el consumo humano.
Presa Hoover La presa Hoover en el río Colorado en la frontera de Nevada y Arizona demuestra cómo se pueden aprovechar los recursos naturales del agua para una variedad de propósitos, incluido el consumo humano, el riego y la industria. Imágenes de Robert Glusic / Getty
diagrama de un sistema de tratamiento de agua Los sistemas de tratamiento de agua son importantes para desalinizar el agua de mar para que pueda ser utilizada para consumo humano y para purificar agua para uso industrial. Encyclopædia Britannica, Inc.
Este artículo describe la estructura molecular del agua, así como sus propiedades físicas y químicas. Para otros tratamientos importantes del agua, ver clima ; obras ambientales; hidrosfera; hielo ; y contaminación.
La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno, cada uno unido por un enlace químico único a un átomo de oxígeno. La mayoría de los átomos de hidrógeno tienen un núcleo que consta únicamente de un protón. Dos formas isotópicas, deuterio y tritio, en las que los núcleos atómicos también contienen uno y dos neutrones , respectivamente, se encuentran en un pequeño grado en el agua. Deuterio óxido (D2O), llamada agua pesada, es importante en la investigación química y también se utiliza como neutrón moderador en algunos reactores nucleares.
Molécula de agua Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Un solo átomo de oxígeno contiene seis electrones en su capa exterior, que puede contener un total de ocho electrones. Cuando dos átomos de hidrógeno se unen a un átomo de oxígeno, se llena la capa externa de electrones de oxígeno. Encyclopædia Britannica, Inc.
Sea testigo de un experimento que explica por qué el agua dulce y el agua de mar tienen diferentes puntos de congelación. Aprenda por qué el agua dulce y el agua de mar tienen diferentes puntos de congelación. Contunico ZDF Enterprises GmbH, Mainz Ver todos los videos de este artículo
Aunque su fórmula (H2O) parece simple, el agua presenta propiedades químicas y físicas muy complejas. Por ejemplo, su punto de fusión, 0 ° C (32 ° F), y su punto de ebullición, 100 ° C (212 ° F), son mucho más altos de lo que cabría esperar en comparación con análogo compuestos , como sulfuro de hidrógeno y amoníaco. En su forma sólida, el hielo, el agua es menos densa que cuando es líquida, otra propiedad inusual. La raíz de estos anomalías radica en la estructura electrónica de la molécula de agua.
La molécula de agua no es lineal, sino que se dobla de una manera especial. Los dos átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno en un ángulo de 104,5 °.
La distancia O ― H (longitud del enlace) es de 95,7 picómetros (9,57 × 10−11metros, o 3.77 × 10−9pulgadas). Debido a que un átomo de oxígeno tiene una mayor electronegatividad que un átomo de hidrógeno, los enlaces O ― H en la molécula de agua son polares, el oxígeno tiene una carga parcial negativa (δ−) y los hidrógenos una carga parcial positiva (δ +).
Los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua son atraídos por regiones de alta densidad de electrones y pueden formar enlaces débiles, llamados enlaces de hidrógeno, con esas regiones. Esto significa que los átomos de hidrógeno en una molécula de agua son atraídos por los pares de electrones no enlazantes del átomo de oxígeno en un adyacente molécula de agua. Se cree que la estructura del agua líquida consiste en agregados de moléculas de agua que se forman y se vuelven a formar continuamente. Este orden de corto alcance, como se le llama, explica otras propiedades inusuales del agua, como su alta viscosidad y tensión superficial.
gotitas de agua El agua es una molécula polar y es atraída por otras moléculas polares. Por lo tanto, se forman gotas o perlas de agua en una superficie no polar porque las moléculas de agua se adhieren entre sí en lugar de adherirse a la superficie. fotofuerst / Fotolia
splitting water Un catalizador que divide el agua en hidrógeno y oxígeno. Sociedad Química Estadounidense (Socio editorial de Britannica) Ver todos los videos de este artículo
Un átomo de oxígeno tiene seis electrones en su capa exterior (valencia), que puede contener un total de ocho electrones. Cuando un átomo de oxígeno forma un solo enlace químico, comparte uno de sus propios electrones con el núcleo de otro átomo y recibe a cambio una parte de un electrón de ese átomo. Cuando se une a dos átomos de hidrógeno, se llena la capa externa de electrones del átomo de oxígeno.
La disposición de los electrones en la molécula de agua se puede representar de la siguiente manera.
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Cada par de puntos representa un par de electrones no compartidos (es decir, los electrones residen solo en el átomo de oxígeno). Esta situación también se puede representar colocando la molécula de agua en un cubo.
Cada símbolo ↑ ↓ representa un par de electrones no compartidos. Esta estructura electrónica conduce a la formación de puentes de hidrógeno.
