Las propiedades físicas y químicas del agua.
Las propiedades del agua: generalidades y curiosidades
Las propiedades del agua: isótopos y estructura molecular.
Historia
Los Antiguos consideraban el agua como uno de los 4 elementos fundamentales: el mundo estaba formado por una mezcla de estos 4 principios esenciales en distintas proporciones. Se consideró un cuerpo sencillo hasta el siglo XVIII. Luego, varios químicos descubrieron que el agua no era un simple cuerpo al realizar la síntesis y luego el análisis. Citemos a los precursores, Priestley, que produjo agua a partir de la combustión de hidrógeno (1774), Watts (1783), que planteó 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 a partir de una mezcla de oxígeno e hidrógeno. Pero el experimento de síntesis decisivo fue el de Lavoisier y Laplace (1783), quienes sintetizaron agua a partir de hidrógeno y oxígeno en un memorable experimento público. 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 a la Fórmula química conocida H2O. La primera electrólisis práctica (y espectacular) fue realizada en 1800 en París por Robertson; la fórmula química fue aclarada por el trabajo teórico de Dalton (1803) y Avogadro (1811).
Propiedades físicas del agua
El agua tiene propiedades físicas bastante especiales en comparación con otros líquidos. Aparece como un líquido “estructurado” y no desordenado como otros líquidos, por el hecho de que sus constituyentes elementales están asociados.
Las propiedades del agua sirven de referencia para la estandarización internacional de escalas numéricas: temperatura, densidad, masa, viscosidad, calor específico. El calor específico es excepcionalmente elevado (18 calorías molares por grado), lo que explica la gran inercia térmica del agua y su papel en la regulación de la temperatura de la superficie terrestre. Los océanos almacenan una enorme cantidad de calor que redistribuye por las corrientes marinas; la evaporación del agua absorbe energía en el medio acuático y baja su temperatura, la condensación del vapor en gotitas en las nubes devuelve este calor a la atmósfera. Las masas de agua en la superficie del globo son verdaderos volantes térmicos para los climas.
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 el agua más densa por estratificación. El agua en estado sólido es más liviana 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 primero disminuye con la presión y luego aumenta a partir de entonces.
El coeficiente de compresibilidad isotérmica del agua es pequeño (4,9 10-5 por bar) y como primera aproximación podemos considerar el agua como incompresible. Sin embargo, las grandes depresiones atmosféricas actúan sobre el nivel del mar que se eleva durante las tormentas. La tensión superficial es alta: el agua es un buen agente humectante (72 dinas / cm); se insinúa y penetra en todos los intersticios y poros de las rocas, así como en los suelos por fenómeno de capilaridad. Esta propiedad es fundamental para el almacenamiento de agua en los acuíferos, para la erosión superficial de las rocas (estallar por efecto de las heladas: el paso agua-hielo desarrolla una presión de hasta 207 KPa). La alta 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 cima del Everest (8 m). La temperatura de fusión del hielo disminuye con la presión: bajo el efecto de la 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 está a 848 ° C por debajo de 0,01 mbar.
El agua puede permanecer líquida por debajo del punto de fusión del hielo: este fenómeno de sobreenfriamiento puede mantenerse a una temperatura de -40 ° C. Esto se explica por la ausencia de semillas para iniciar la cristalización sólida. En la naturaleza, el germen lo proporciona una bacteria común, Pseudomonas syringae. La manipulación genética de esta bacteria permite retrasar la congelación de los árboles frutales o acelerar las heladas para hacer más fácilmente nieve artificial.
Finalmente, el agua es un excelente solvente que sirve como vehículo para la mayoría de los iones en la superficie del globo.
Propiedades químicas del agua
El agua es un excelente disolvente que disuelve una gran cantidad de sales, gases y 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 un disolvente neutro que interviene poco o nada en las reacciones químicas. La dilución en agua permitió, 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 la contiene: en una botella de vidrio, los iones de silicio atraviesan el agua. El agua pura puede existir desde un punto de vista regulatorio, 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 extraídas de tuberías y recipientes.
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 la que determina el pH de la solución (pH: logaritmo de la inversa de la concentración molar de H +). Muchos metales pueden descomponer el agua, emitiendo hidrógeno y un hidróxido metálico.
La disolución de iones (sales, ácidos, bases) es consecuencia de la naturaleza polar del agua. La concentración de iones de una sal caracteriza el producto de solubilidad. Las sales tienen valores de producto de diferente 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 carbonato de calcio, sulfato de calcio, luego cloruro de sodio y finalmente sales muy solubles como potasio, yoduros y bromuros.
Una propiedad importante de la superficie de la Tierra es la disolución del CO2 que produce un ácido débil, el ácido carbónico, responsable de la meteorización química de muchas rocas, en particular la piedra caliza. La cantidad de CO2 disuelto es función de la presión y función inversa de la temperatura. El carbonato de calcio se puede disolver 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/