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Propiedades químicas del H2O:
El agua que es una molécula polar porque presenta polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa junto al oxígeno, compensada por otra positiva, repartida entre los dos átomos de hidrógeno; los dos enlaces entre hidrógeno y oxígeno no ocupan una posición simétrica, sino que forman un ángulo de 104° 45'. El agua es un termorregulador del clima, gracias a su elevada capacidad calorífica. Su elevada tensión superficial hace que se vea muy afectada por fenómenos de capilaridad.
Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria tienen lugar entre sustancias disueltas en agua. El agua es disolvente universal puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en ella.
Polaridad del H20:
La polaridad de la molécula de agua no sólo es consecuencia de su geometría tetraédrica irregular, sino que también de la naturaleza de sus átomos: hidrógeno, el átomo más pequeño de la química, y oxígeno, un átomo pequeño, pero principalmente de alta electronegatividad. Este término denota a los átomos que presentan gran capacidad de atraer electrones de enlace hacia sí. Por lo tanto, el átomo de oxígeno de la molécula de agua atrae hacia sí los electrones de los enlaces covalentes con los hidrógenos; hecho que da lugar a una polaridad de enlace.
Además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno, se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.
Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo.
Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacente.
Puentes de Hidrogeno:
Dado que el átomo de oxígeno es pequeño y bastante electronegativo, la concentración de electrones en su entorno es elevada, por lo que las cargas negativa sobre oxígeno y positiva entre los átomos de hidrógeno son considerables. Se deduce que las atracciones dipolo-dipolo entre moléculas de agua son importantes, en realidad muy fuertes, porque las moléculas polares de agua, siendo pequeñas, pueden acercarse mucho más que moléculas mayores y pueden atraerse fuertemente por su gran polaridad. Esta atracción dipolo-dipolo que es inusualmente fuerte y en la que participa el átomo de hidrógeno se denomina puente de hidrógeno.
Esta asociación intermolecular que se da en el agua líquida y en el hielo, se suele representar por una línea de puntos. En el hielo, la longitud del enlace de hidrógeno es de 1,77 Å que se compara con la longitud del enlace covalente H-O de 0,99 Å.
Esta estructura muestra que cada átomo de oxígeno de las moléculas de agua que forman una masa de hielo está unido por dos enlaces covalentes a sendos átomos de hidrógeno y por puente de hidrógeno a moléculas vecinas. La energía de los puentes de hidrógeno es aproximadamente un 1% del enlace covalente. Esta gran diferencia de energía hace la distinción entre el enlace covalente, que es un enlace químico y por lo tanto muy fuerte, y el mal llamado enlace de hidrógeno, que sólo es una asociación física, porque es una atracción dipolo-dipolo.
Se explicó que en la molécula de agua los pares electrónicos enlazantes y no enlazantes están orientados hacia los vértices de un tetraedro irregular, por lo que al considerar una masa de hielo, sus moléculas forman una inmensa red tridimensional altamente ordenada que evita que las moléculas se acerquen mucho entre sí. El puente de hidrógeno que se establece, hace que las moléculas de agua adopten una estructura que deja huecos hexagonales que forman una especie de canales a través de la red tridimensional.
Propiedades químicas del H:
El hidrógeno reacciona con muchos no metales. Combina con el nitrógeno en presencia de un catalizador para formar amoníaco NH3, con el azufre para formar sulfuro de hidrógeno H2S, con el cloro para formar cloruro de hidrógeno HCl, y con el oxígeno para formar agua H2O. Cuando el hidrógeno se mezcla con el aire o el oxígeno y se enciende, la mezcla hace explosión. El hidrógeno también combina con los metales más activos, como sodio, litio y calcio, para formar hidruros (NaH, LiH y CaH2 ). Actúa como un agente reductor sobre óxidos metálicos, tal como óxido de cobre, quitando el oxígeno y dejando el metal en estado libre. El hidrógeno reacciona con compuestos orgánicos no saturados para formar los compuestos saturados correspondientes.
Importancia para el desarrollo de la vida:
Su importancia estriba en los siguientes aspectos:
1. Es una fuente de vida: Sin ella no pueden vivir ni las plantas, ni los animales ni el ser humano.
2. Es indispensable para la vida diaria:
• Uso doméstico en la casa para lavar, regar, cocinar, etc.
• Uso industrial: en la industria para curtir, fabricar alimentos, electricidad, etc.
• Uso ganadero: para dar de beber a los animales domésticos.
• En la agricultura: para criar peces y otras especies.
• Uso medicinal: para curar enfermedades.
• Uso deportivo: en deportes como la natación, esquí acuático, etc.
• Uso municipal: en las ciudades para riego de parques y jardines.