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Por qué el agua se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente

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Por qué el agua se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente

 

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La gran polaridad eléctrica que presentan los enlaces H-O (Hidrógeno-Oxígeno) es de suma importancia para la formación de disoluciones. Las moléculas que poseen enlaces de Hidrógeno-Flúor (H-F), Hidrógeno-Oxígeno (H-O) o Hidrógeno-Nitrógeno (H-N) pueden formar uniones intermoleculares, es decir, enlaces entre distintas moléculas con polaridad eléctrica. Estos enlaces mencionados que permiten vincularse entre sí a moléculas polares se llaman Enlaces de Hidrógeno o Puentes de Hidrógeno, ya que actúan como puentes que vinculan a moléculas. El agua es una de estas sustancias, dado que cuenta con dos enlaces dipolo H-O. En el agua, los átomos de H actúan como polos positivos y se coordinan por atracción electrostática con los polos negativos de otras moléculas polares, mientras que el átomo de O actúa como polo negativo y se coordina por atracción electrostática con los polos positivos de otras moléculas.

Es gracias a estos fuertes enlaces de hidrógeno que a temperatura ambiente el agua se mantiene en estado líquido y no gaseoso. El calor es energía térmica, y si se le aplica energía a los enlaces intermoleculares (enlaces entre moléculas), dichos enlaces se rompen y las moléculas se mueven libremente. Cuando los enlaces intermoleculares de una sustancia son débiles, con la energía térmica disponible a temperatura ambiente (aproximadamente entre 20 ºC y 30 ºC) los enlaces se romperían y las moléculas se moverían con mayor libertad, esto significa que a temperatura ambiente la sustancia se encontraría en estado gaseoso.

Sin embargo, en el caso del agua, a causa de su gran polaridad eléctrica se forman fuertes enlaces intermoleculares de tipo puente de hidrógeno entre los polos positivos (átomos de Hidrógeno) y los polos negativos (átomos de Oxígeno) de las moléculas de agua. Debido a la gran intensidad de estos puentes de hidrógeno, a temperatura ambiente la energía térmica disponible no es suficiente para romper a los enlaces intermoleculares, por lo que las moléculas de agua se mantienen juntas y su movimiento es más lento. En otras palabras, el agua se mantiene en estado líquido. Para romper a los puentes de hidrógeno que mantienen juntas a las moléculas de agua y pasarla a estado gaseoso se necesita mucha energía térmica, es decir alcanzar los 100 ºC.

Si no fuese por estos fuertes enlaces polares que mantienen unidas entre sí a las moléculas de agua por atracción electrostática de sus átomos de H y O, el agua no se mantendría en estado líquido a las temperaturas que hay en la superficie terrestre, sería un gas, y los océanos estarían vacíos. Para romper a los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua y pasarla a estado gaseoso, se requiere energía térmica. Es por eso que el agua se evapora cuando se calienta, de lo contrario se mantiene en estado líquido.

Una de las razones por las que se requiere bastante energía para romper a los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y pasarla de estado líquido a gaseoso es que cada molécula de agua puede vincularse con hasta 4 moléculas de agua. En consecuencia, cada vez que se calienta el agua, esta energía térmica debe romper más enlaces intermoleculares que en el caso de muchas otras sustancias.

En la imagen de arriba los enlaces de hidrógeno o puentes de hidrógeno están representados por líneas punteadas que vinculan a los polos positivos y negativos de las moléculas de agua.

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Fuentes de información:

  • Basic Chemistry (Capítulo 12.3 "Bond Polarity and Dipole Moments", página 364). Autores Steven S. Zumdahl, Donald J. DeCoste. Publicado por Brooks/Cole Cengage Learning (año 2010) - ISBN: 13-978-0-538-73637-4 (en inglés)
  • AS Chemistry for AQA (Module 1. Part 2: "Bonding", páginas 34 a 37) - Escrito por John Atkinson, Carol Hibbert - Publicado por Heinemann Educational Publishers (Año 2000). ISBN de 10 dígitos: 0-435581-34-1 (en inglés)
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