3 hechos sobre el agua que prueban que no sigue las reglas

Imagen a través de píxeles.

Si alguna vez tuviera que apagar un incendio, ¿se arriesgaría a apagarlo con una sustancia química formada a partir de dos de los elementos más combustibles de la tabla periódica, o simplemente usaría agua del grifo?

Esa fue una pregunta capciosa: el agua es exactamente una de esas sustancias. El oxígeno y el hidrógeno, por sí mismos, son algunos de los elementos más reactivos que conocemos y gracias a Dios por su enorme potencial energético, el hidrógeno es nuestra mejor apuesta para futuros combustibles, y el oxígeno es tan desesperadamente propenso a incendios que incluso nuestras células usarlo para energía. El aire tiene aproximadamente un 21% de oxígeno, pero aumente esa concentración en un pequeño porcentaje e incluso la espuma retardante de llama se quemará como un fuego de grasa. Esta capacidad de combinarse con cualquier combustible le ha permitido alimentar organismos complejos desde que existen organismos complejos.

Sin embargo, junta los dos y se convierten en los mejores amigos de los bomberos. Lo cual es sorprendente, por decir lo menos. Al igual que ese colega que se perdió el memorando de todo el departamento, el agua pasa su día aparentemente inocente de cómo las leyes de la física y la química dicen que debe comportarse. Los químicos agrupan estos rasgos inesperados bajo el término propiedades anómalas del agua, y hoy vamos a analizar algunas de las cosas peculiares que hace este líquido.

En primer lugar, ni siquiera debería ser líquido a temperatura ambiente.

Créditos de la imagen Joe Pell/Flickr.

El agua es el ejemplo típico de lo que son los líquidos, pero químicamente hablando, debería ser un gas. El agua tiene una masa molar de aproximadamente 18 g/mol y es líquida a temperatura ambiente, pero el sulfuro de hidrógeno (con una estructura similar) y el amoníaco (con una masa molar similar) son gases en el mismo rango térmico aunque son tan pesado, si no más pesado, que el agua. Incluso el aire, con una masa de aproximadamente 29 g/mol, es más pesado que el agua, pero es decididamente gaseoso.

Esto sucede porque a las moléculas de agua les gusta estar con otras moléculas de agua. La estructura HOH del agua significa que se polarizan mucho, los átomos de hidrógeno forman polos positivos y el átomo de oxígeno forma un polo negativo. Cuando se las deja a su suerte, las moléculas de agua alinearán polos de cargas opuestas y se agruparán entre sí, formando lo que se conoce como enlaces de hidrógeno. Sin embargo, para tener una idea de su efecto, debemos observar tanto la masa molar como las densidades de estas sustancias.

La masa molar básicamente nos dice cuánto pesa un número idéntico de moléculas de cada sustancia. La densidad nos dice cuánto pesa un volumen determinado de una sustancia, por lo que podemos tener una idea de cuántas moléculas hay en un espacio determinado. De esta manera, podemos ver cuán poderoso es el efecto que tiene el enlace de hidrógeno para mantener unidas las moléculas de agua mientras que el amoníaco tiene una densidad de 0,73 kg/m y el sulfuro de hidrógeno tiene una densidad de 1,36 kg/m, el agua tiene una enorme densidad de 1000 kg/ metro. Las moléculas están increíblemente juntas, lo que reduce el espacio libre entre ellas y convierte un gas que debería ser en el líquido que conocemos y amamos.

La alta cohesión de sus moléculas también le da al agua un alto punto de congelación y fusión, lo que le permite formar todos los océanos y mares que conocemos y amamos.

Es menos denso como sólido que como líquido.

Imagen vía pixabay

Como una sustancia pasa de gas a líquido y luego a sólido, sus moléculas se aplastan progresivamente, por eso en los sólidos, la misma cantidad de materia ocupa menos espacio que en un líquido, que ocupa incluso menos espacio que un gas. Pero el agua no tendrá nada de eso. Si alguna vez has visto una imagen de un iceberg, sabrás que el hielo, la forma sólida del agua, es menos denso y, por lo tanto, flota en su estado líquido.

Las mismas moléculas de hidrógeno entran en juego aquí. El punto de congelación del agua es de 0 grados Celsius (32 Fahrenheit). Pero alcanza su densidad más alta a los 4 grados Celsius (39,2 Fahrenheit), después de lo cual las moléculas comienzan a separarse a medida que se congela. Mientras que en estado líquido cada molécula está unida a aproximadamente otras 3,4 moléculas a través de enlaces de hidrógeno, cuando el agua se congela se cristaliza en una red rígida que une cada molécula con otras 4. Esta disposición es más rígida pero menos eficiente en cuanto al espacio, formando huecos (espacio libre) que aumentan su volumen y reducen efectivamente la densidad total del hielo.

Esta propiedad ha arruinado muchas tuberías de agua durante el invierno, pero hace maravillas para la vida. Piensa en la capa de hielo de un lago congelado. Si el agua se comportara de acuerdo con el libro de reglas y el hielo fuera más denso que el líquido, los lagos se congelarían de abajo hacia arriba. Esto no solo haría que el patinaje sobre hielo fuera menos agradable, sino que también mataría a todos los animales y plantas que vivían en él. Tal como está ahora, el agua a 4 grados centígrados se hunde hasta el fondo y el agua más fría sube a la superficie. Así, los peces pueden vivir en un entorno cómodo (para ellos) y, al mismo tiempo, obtener una capa de hielo gratuita que aísla el lago del frío. Dado que la vida en la Tierra probablemente evolucionó en los océanos, todos deberíamos estar muy agradecidos por esto.

Se expande dramáticamente cuando se convierte en gas.

Créditos de la imagen usuario de Wikimedia BrockenInaglory

Como hemos visto, el agua tiene un peso molar bajo pero forma un líquido sorprendentemente denso. Esto también significa que tiene un cambio de volumen de líquido a gas muy alto, aumentando su volumen 1603,6 veces el más alto conocido, de hecho, con la excepción de los metales y casi el doble que el de los gases típicos (el oxígeno aumenta solo 804 veces).

Cuando el agua se calienta, la energía térmica separa sus moléculas, contrarrestando el efecto de sus enlaces de hidrógeno. Por eso las centrales hierven agua para sus turbinas y no alcohol, por ejemplo, aunque tenga un punto de ebullición más alto. Este gran aumento de volumen en la vaporización permite utilizar finas neblinas de agua para combatir incendios al desplazar el oxígeno con vapor de agua.

Bajo la superficie

El agua no es más que espectacular. Hay mucho más que decir al respecto, cómo cubre gran parte del planeta, da forma a los continentes, subyace a toda la vida en la Tierra y evita que el planeta se caliente demasiado, entre otras cosas, este artículo apenas toca la punta del iceberg, por así decirlo. . Pero para mí, el hecho de que incluso una sustancia tan común e inocua como el agua tenga tantas cosas debajo de la superficie, que nunca esperaríamos con solo mirarla, es nada menos que sorprendente.

"