Las propiedades físicas y químicas del agua

Las propiedades físicas y químicas del agua.

Las propiedades del agua: generalidades y curiosidad.
Las propiedades del agua: isótopos y estructura molecular.

Historia

Los Antiguos consideraron el agua como uno de los 4 elementos fundamentales: el mundo estaba compuesto por una mezcla de estos 4 principios esenciales en proporción variable. Fue considerado un cuerpo simple hasta el siglo XVIII. Luego, varios químicos descubrieron que el agua no era un cuerpo simple al realizar su síntesis y análisis. Citemos a los precursores, Priestley que produjo agua de la combustión de hidrógeno (1774), Watts (1783) que propuso la hipótesis de que el agua no era un cuerpo simple, Monge que se dio cuenta de la síntesis bajo la acción de una chispa eléctrica de una mezcla de oxígeno e hidrógeno. Pero el experimento decisivo de síntesis fue el de Lavoisier y Laplace (1783) que sintetizaron agua a partir de hidrógeno y oxígeno durante un experimento público memorable. La descomposición del agua tuvo lugar más tarde, después del descubrimiento de la celda eléctrica por Volta en 1800. La electrólisis del agua permitió medir la relación respectiva de oxígeno e hidrógeno para finalmente llegar al Fórmula química bien conocida H2O. La primera electrólisis práctica (y espectacular) se llevó a cabo en 1800 en París por Robertson; La fórmula química fue aclarada por los trabajos teóricos de Dalton (1803) y Avogadro (1811).

Propiedades físicas del agua

El agua tiene propiedades físicas bastante específicas en comparación con otros líquidos. Aparece como un líquido "estructurado", y no desordenado como otros líquidos, por el hecho de que sus componentes elementales están asociados.

Las propiedades del agua sirven como referencia para la estandarización internacional de escalas digitales: temperatura, densidad, masa, viscosidad, calor específico. El calor específico es excepcionalmente alto (18 calorías en moles por grado), explica la gran inercia térmica del agua y su función reguladora de la temperatura de la superficie de la tierra. Los océanos almacenan una enorme cantidad de calor que redistribuye por las corrientes oceánicas; La evaporación del agua absorbe energía en el ambiente acuático y disminuye la temperatura, la condensación del vapor en las gotas en las nubes restaura este calor a la atmósfera. Los cuerpos de agua en la superficie del globo son verdaderos transbordadores térmicos para climas.

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La densidad del agua varía con su temperatura; aumenta cuando baja la temperatura, pero la densidad máxima es de 4 ° C (0,997 g / cm3) y no de 0 ° como cabría esperar. Así, los mares y lagos se congelan desde la superficie y no desde el fondo donde se acumula, por fenómeno de estratificación, el agua más densa. El agua en estado sólido es más ligera que el agua líquida (densidad del hielo: 0,920 g / cm3).

La viscosidad del agua depende de su composición isotópica: el agua pesada es un 30% más viscosa que el agua ordinaria. La viscosidad disminuye primero con la presión y luego aumenta después.

El coeficiente de compresibilidad isotérmica del agua es pequeño (4,9 10-5 por barra) y, como primera aproximación, podemos considerar el agua como incompresible. Sin embargo, las grandes depresiones atmosféricas actúan sobre el nivel del mar que aumenta durante las tormentas. La tensión superficial es alta: el agua es un buen agente humectante (72 dinas / cm); se arrastra y penetra en todos los intersticios y poros de las rocas, así como en los suelos por el fenómeno de capilaridad. Esta propiedad es fundamental para el almacenamiento de agua en acuíferos, para la erosión superficial de las rocas (estallando bajo el efecto de las heladas: el paso de agua y hielo desarrolla una presión de hasta 207 KPa). La fuerte tensión superficial también explica la forma esférica de las gotas de agua.

El estado físico del agua depende de la temperatura y la presión. El paso de líquido-gas se realiza convencionalmente a 100 ° C a presión normal pero a 72 ° C solo en la cumbre del Everest (8 m). La temperatura de fusión del hielo disminuye con la presión: bajo el efecto de una presión, el hielo se vuelve líquido nuevamente: por lo tanto, los patinadores se deslizan sobre una fina película de agua líquida formada bajo el efecto de la presión del patín. . El punto triple del agua es 848 ° C por debajo de 0,01 mbar.

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El agua puede permanecer líquida por debajo del punto de fusión del hielo: este fenómeno de sobreenfriamiento se puede mantener hasta una temperatura de -40 ° C. Se explica por la ausencia de gérmenes para iniciar la cristalización sólida. En la naturaleza, el germen es proporcionado por una bacteria común, Pseudomonas syringae. La manipulación genética de esta bacteria hace posible retrasar la congelación de los árboles frutales o acelerar la congelación para hacer más fácilmente nieve artificial.

El agua es finalmente un excelente solvente que sirve como vehículo para la mayoría de los iones en la superficie del globo.

Propiedades quimicas del agua

El agua es un excelente solvente que disuelve una gran cantidad de sales, gases, moléculas orgánicas. Las reacciones químicas de la vida tienen lugar en un medio acuoso; Los organismos son muy ricos en agua (hasta más del 90%). Durante mucho tiempo se ha considerado como un disolvente neutro que participa poco o no en las reacciones químicas. La dilución en agua hizo posible en particular ralentizar la actividad de los reactivos. De hecho, el agua es un agente químico muy agresivo que corre el riesgo de atacar las paredes del recipiente que lo contiene: en una botella de vidrio, los iones de silicio pasan a través del agua. El agua pura puede existir desde un punto de vista reglamentario, es decir, agua sin contaminantes bacterianos y químicos, pero prácticamente no existe desde un punto de vista químico: incluso el agua destilada contiene trazas de iones o Moléculas orgánicas tomadas de tuberías y contenedores.

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En las reacciones químicas, el agua interviene primero por su disociación en protones H +, a menudo asociados con H2O para formar protones hidratados H3O +, y en iones hidroxilo OH-. Es la relación entre estos 2 tipos de iones lo que determina el pH de la solución (pH: logaritmo de la inversa de la concentración molar de H +). Muchos metales pueden descomponer el agua, produciendo hidrógeno y un hidróxido metálico.

La disolución de iones (sales, ácidos, bases) es una consecuencia de la naturaleza polar del agua. La concentración de iones en una sal caracteriza el producto de solubilidad. Las sales tienen diferentes valores de producto de solubilidad, lo que explica el fenómeno de cristalización fraccionada durante la evaporación de una solución salina. En las marismas, el agua de mar deposita primero el carbonato de calcio, sulfato de calcio, luego cloruro de sodio y finalmente sales muy solubles como potasio, yoduros y bromuros.

Una propiedad importante en la superficie de la Tierra es la disolución de CO2 que produce un ácido débil, ácido carbónico, responsable de la alteración química de muchas rocas, en particular las rocas calizas. La cantidad de CO2 disuelto es una función de la presión y una función inversa de la temperatura. El carbonato de calcio puede disolverse en forma de carbonato ácido y luego reprecipitarse según las variaciones de temperatura y presión, como en el caso de las redes kársticas.

Fuente: http://www.u-picardie.fr/

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