“Año del Centenario de Machu Picchu para el mundo”
QUIMICA GENERAL
Monografía:
El agua, propiedades que varían
de acuerdo a la temperatura.
Editora: Daniel Alvarado
LIMA - PERÚ
Índice
I) INTRODUCCIÓN Pág.3
II) BREVE CONCEPTO DEL AGUA Pág.4
2.1. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
DEL AGUA Pág.4
1
III) GRÁFICOS
3.1. DENSIDAD VS. TEMPERATURA Pág.7
3.2. VISCOSIDAD VS. TEMPERATURA Pág.9
3.3.
TENSIÓN SUPERFICIAL VS.TEMPERATURA
Pág.11
3.4.
PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA VS. TEMPERATURA
Pág.12
IV) CONCLUSIONES. Pág.17
V) BIBLIOGRAFÍA Pág.18
I) INTRODUCCIÓN
En la siguiente monografía se explicará la que es
realmente el agua, se tratará desde el punto de vista
científico. Luego se explicará las propiedades físicas y
químicas del agua a una temperatura y presión estándar (1
atm ), se explicará de manera general estas propiedades
ya que el tema central tiene que ver con las propiedades
2
del agua afectadas por el factor temperatura, tema del en el
que se mostrarán los gráficos de la densidad del agua
afectada por la temperatura al igual que la viscosidad,
tensión superficial y el producto iónico del agua en el que
mediante fórmulas se hallará la concentración de iones
hidrógeno ([H
+
] en el agua a diferentes temperaturas.
II) EL AGUA
BREVE DEFINICIÓN DESDE EL PUNTO DE VISTA
CIENTÍFICO
Sabemos que es un liquido vital para los seres vivos, también que es un
solvente universal. Su formula química es H
2
O. Burns dice que:” El agua es
probablemente el líquido mejor conocido para todo el mundo, pero es una
sustancia química fuera de lo común” esto quiere decir que aunque la mayoría
tenga una idea de lo que es agua, para la ciencia el agua es un compuesto
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complicado por las mismas propiedades que tiene. Aportando más ideas sobre
el agua Chan menciona que: “El agua participa en todos los procesos vitales”
(p.428), dando no solo una aplicación del agua en la química en el laboratorio
sino que también incluyéndolo como base importante para todos los proceso
como los metabólicos del ser humano.
Propiedades físicas y químicas del agua
El agua se caracteriza por ser el mejor y único solvente universal debido
a sus propiedades físicas y químicas, en el siglo XVIII se creía que el agua era
un elemento de la tabla periódica hasta que conforme pasó el tiempo y
conforme se hicieron más investigaciones se comprobó que lo conformaba dos
moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno.
Comenzando por sus propiedades químicas tenemos que es el agua es
muy importante por esta propiedad que tiene en la química de componer varias
reacciones químicas que se dan en la naturaleza e incluso en el laboratorio al
hacer experimentos, lo podemos ver en el lado de los productos o en el lado de
los reactantes. Otra cosa muy importante que agregar es que el agua no es ni
ácida ni alcalina por lo que no altera las soluciones con que se mezcla, siempre
mantienen un pH neutro a temperatura ambiente pero conforme la temperatura
aumenta cambia, por otro lado es bueno destacar que el agua es un buen
catalizador en muchas reacciones químicas.
En las siguiente tabla se encuentran algunas propiedades físicas del
agua con sus respectivos valores, podemos ver que tanto el punto de fusión
como el punto de ebullición son valores estándar que usualmente se utilizan y
esto se debe a que el agua casi siempre es tomada como referencia en mucho
experimentos por su densidad, ebullición, fusión, fuerza molecular, calor
específico entre otros ya que al tener valores como la unidad hace que los
experimentos no varíen por error.
PROPIEDADES
Punto de Fusión 0 °C
Punto de ebullición 100 °C
4
Densidad a 4°C 1.00 g/mL
Calor específico estado líquido.
en
4.184 J/g-K
Cuadro de propiedades del agua
El agua tiene una elevada fuerza de cohesión y esto es debido a sus
puentes de hidrógeno presentes en la molécula que permiten que este
compuesto pueda disolver muchos otros compuestos. Esta misma fuerza
intermolecular que tiene en sus puentes de hidrógeno se puede ver en las
elevada tensión superficial que tiene, más adelante se presentará una tabla con
las variaciones de la tensión superficial conforme se eleva la temperatura. El
calor específico es otra de sus propiedades físicas ya mencionadas en la tabla
anterior en la que se da en las unidades de J/g-K si convertimos esta unidad a
cal/g°C obtendríamos que el agua tiene 1 cal/g°C esto quiere decir que para
calentar un gramo de agua se necesita una caloría, que es la energía, para
elevar su temperatura en un grado centígrado, lo cual a comparación de otros
componentes es muy grande y esto es debido a que para calentar un gramo de
agua se debe utilizar mucha energía calorífica por los puentes de hidrógeno
presentes.
Cuando hablemos de las propiedades físicas del agua lo más resaltante
es ver que se podemos encontrar este compuesto en sus tres estados, sólido,
líquido y gaseoso, como por ejemplo encontramos el agua en estado sólido en
los glaciares, encontramos agua en estado líquido combinada con sal y otro
minerales en el mar o la encontramos pura en los manantiales; y por último
encontramos el agua en estado gaseoso en las nubes. Otra propiedad física es
decir visible es que el agua es incolora, sin color; inodora, sin olor e insípida,
sin sabor.
Algo que menciona Chang en su libro sobre el agua es: “La propiedad
más sobresaliente del agua es que su formas sólida es menos densa que su
forma líquida: el hielo flota en la superficie del agua líquida” (p.427). La
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explicación para ello es que cuando el agua está en estado sólido
electrónicamente tiene la forma tetraédrica, al tener dos electrones
desapareados une ese dos espacios libre con otros hidrógenos formando una
red que la hace más compacta por lo que no permite que otros compuestos
rompan esta fuerza de los puentes de hidrógeno.
Dentro de las propiedades físicas encontramos a la densidad que en 4°C
es la unidad. Otra de sus propiedades físicas es que a pesar de ser
transparente cuando hay más de ocho metros capas de espesor tiene un color
azul, también al hablar de la propiedad que tiene como la capitalidad que es
solo el paso de esta sustancia por tubos angostos, un claro ejemplo de ello son
las plantas cuando se alimentan del agua que tasa por su tallo subiendo de la
tierra. Desde el punto de vista molecular el agua es un compuesto polar de
forma angular pero electrónicamente hablamos que es un compuesto de forma
tetraédrica,
Estructura molecular del agua
Tomado GRAFICAS de: http://tantasedymuchaagua.blogspot.com/
DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS EN
FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DEL AGUA.
DENSIDAD vs TEMPERATURA
La densidad es una propiedad de la materia relacionada con la masa
sobre el volumen de dicha materia cuando se encuentre en estado líquido o
sólido. Como el tema es la densidad relacionado con el agua vemos que la
densidad del agua es la unidad cuando está a 4°C, esto se debe a que
originalmente el gramo se tuvo como equivalente a un mL de agua para
comparar, claro está a cierta temperatura. Las unidades según el sistema
Tomado de: http://enlazate-con-la- ciencia.blogspot.com/
Estructura electrónica del agua
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internacional para la densidad son el gramo sobre el centímetro cúbico o el mililitro, g/cm3 ó g/mL. El factor que hace que la densidad no sea constante en
el tiempo es la temperatura, estas dos son propiedades intensivas del agua. En
el siguiente cuadro se puede ver la variación de la que se habla de la
temperatura afectando la densidad del agua, teniendo en cuenta que la presión
sigue siendo constante, es decir tomamos como referencia una atmósfera (1
atm).
En el siguiente cuadro vemos que la densidad del agua llega a la unidad solo
cuando está a 4°C.
Gráfico 1.1 TEMPERATURA
Densidad del agua a DENSIDAD
diferentes temperaturas.
°C
g/ml 0 °C 0,99897 4 °C 1 10 °C 0,99973 15 °C 0,99919 20 °C 0,99829 25 °C 0,99823 30 ° C 0,99568 35 ° C 0,99408 40 °C 0,99225 45 °C 0,99022 50 °C 0,98807
7
55 °C 0,98565 60 °C 0,98324 65 °C 0,98045 70 °C 0,97781 75 °C 0,97468 80 °C 0,97183 85 °C 0,96839 90 °C 0,96534 95 °C 0,96162 100 °C 0,95838 Tabla 1.1 La densidad del agua a diferentes temperaturas, la densidad
expresada en g/ml y la temperatura expresada en °C.
El cuadro tiene como eje X la temperatura de 0°C hasta los 100°C y
tiene como eje Y la densidad. Esta curva llega a tocar la coordenada (4;1), es
decir cuando el cuatro el eje Y llega a ser uno , esto confirma lo que referíamos
anteriormente acerca de que el agua llegaba a la unidad en la densidad cuando
esta estaba a 4°C.
VISCOSIDAD VS TEMPERATURA
La viscosidad es una de las propiedades del agua. Esta propiedad
se caracteriza por expresar la fuerza ejercida por cualquier líquido
cuando fluye, es decir cuánto más viscoso sea un líquido, será
mucho más resistente a la fluidez como por ejemplo la miel, por otro
lado si la viscosidad es menor el líquido tendrá más fluidez como es
el caso del alcohol.
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Estas sustancias se ven y encuentran a determinadas temperaturas y según el tamaño de las moléculas de estos fluidos. Formalmente la viscosidad es el radio de la presión compartida sobre la velocidad de la gradiente. La viscosidad es independiente de la presión pero el factor que le afecta es la temperatura factor que graficaremos más adelante.
En el SI la unidad de la viscosidad es el Pascal segundo (Pa s) pero esta unidad no se utiliza mucho. La medida de la viscosidad se expresa comúnmente en dianas segundo por centímetro cuadrado que se le da el nombre de Poise (P). El Pa s equivale a 10 poise haciendo que un centipoise sea igual a un milipascal por segundo.
TEMPERATURA °C
VISCOSIDAD g/cm.s
VISCOSIDAD VS TEMPERATURA 2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
VISCOSIDAD g/cm.s
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 °C 10°C 20°C 30°C 40 °C 50°C 60°C 70°C 80°C 90°C 100°C
9
0 °C 1,792 10°C 1,308 20°C 1,003 30°C 0,798 40 °C 0,656 50°C 0,547 60°C 0,467 70°C 0,404 80°C 0,355 90°C 0,315 100°C 0,282
Gráfico 1.2 Viscosidad del agua a diferentes temperaturas.
Tabla 1.2 La viscosidad del agua a diferentes temperaturas, la viscosidad
expresada en g/cm.s y la temperatura expresada en °C.
TENSIÓN SUPERFICIAL VS TEMPERATURA
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