Densidad, tensión superficial y solvente universal
El agua
Bloque Carbono y energía · El agua
El hielo flota, y eso no es normal
Casi todas las sustancias se contraen al solidificarse: las partículas se acomodan más juntas y el sólido queda más denso que el líquido. Por eso un sólido, en general, se hunde en su propio líquido.
Densidad del agua y del hielo, a presión normal.
| Estado | Temperatura | Densidad |
|---|---|---|
| Hielo | 0 °C | 0,92 g/cm3 |
| Agua líquida | 0 °C | 1,00 g/cm3 |
| Agua líquida | 4 °C | máxima densidad |
El hielo flota, y eso no es normal
El hielo es menos denso que el agua, así que flota. La explicación está otra vez en los puentes: al congelarse, cada molécula se acomoda en la posición que le permite formar cuatro puentes a la vez, y esa red resulta más abierta que el amontonamiento desordenado del líquido. Hay más espacio vacío, así que la misma cantidad de moléculas ocupa más volumen.
Pista: el agua líquida alcanza su máxima densidad a 4 °C, no a 0. Entre 4 y 0 ya se empieza a armar la red abierta.
El hielo flota, y eso no es normal
en un lago que se congela en invierno, ¿dónde se forma primero el hielo, y qué consecuencia tiene eso para los peces?
¿Por qué el hielo flota en el agua?
¿A qué temperatura el agua líquida alcanza su máxima densidad?
Tensión superficial: la piel del agua
Una molécula en el medio del líquido está rodeada de vecinas que la atraen por igual en todas las direcciones. Una molécula de la superficie no: arriba no tiene a nadie, así que todas las atracciones la tiran hacia adentro y hacia los costados.
El resultado es que la superficie se comporta como una membrana tensa. Eso es la tensión superficial.
- Por eso el agua forma gotas redondeadas en lugar de desparramarse: la esfera es la forma con menos superficie para un mismo volumen.
- Por eso un clip apoyado con cuidado no se hunde, aunque el metal sea mucho más denso: no está flotando por empuje, está apoyado sobre esa membrana.
- Por eso hay insectos que caminan sobre el agua.
El agua tiene la tensión superficial más alta de los líquidos comunes, salvo el mercurio. La causa, de nuevo, es el puente de hidrógeno.
Pista: un detergente rompe esa membrana. Eso lo vamos a usar en la clase 17, y es la razón por la que el detergente limpia.
Un clip de metal apoyado con cuidado no se hunde. ¿Por qué?
¿Qué le pasa a ese clip si agregás una gota de detergente?
Solvente universal
El agua disuelve más sustancias que cualquier otro líquido. No las disuelve todas, pero el apodo viene de ahí.
El mecanismo: la sal, NaCl, es un cristal de iones Na+ y Cl- pegados entre sí. Cuando entra al agua, el lado negativo de las moléculas de agua rodea a los Na+ y el lado positivo rodea a los Cl-. Al quedar envuelto por todos lados, cada ion se despega del cristal y se va flotando.
NaCl(s) → Na+(ac) + Cl-(ac)
De ahí sale la regla: lo semejante disuelve a lo semejante. El agua, que es polar, disuelve bien sustancias polares o con carga: sales, azúcar, alcohol. No disuelve bien el aceite, que no es polar, y por eso quedan en dos capas separadas.
¿Por qué el agua disuelve bien la sal y mal el aceite?
Conducir la electricidad
El agua destilada, pura, casi no conduce la corriente. El agua de la canilla sí, y el agua de mar mucho más.
La diferencia no está en el agua: está en lo que trae disuelto. Para que haya corriente hacen falta partículas con carga que se puedan mover, y eso son los iones. Si no hay iones disueltos, no hay quién transporte la carga.
Es la razón por la que es peligroso tocar un artefacto eléctrico con las manos mojadas: el agua que tenés encima no es destilada, trae sales.
El agua destilada casi no conduce la electricidad, pero el agua de mar sí. ¿Por qué?
Temperaturas y punto crítico
Puntos de cambio de estado del agua a presión normal, y punto crítico.
| Magnitud | Valor | Qué significa |
|---|---|---|
| Punto de fusión | 0 °C | Temperatura a la que el hielo se vuelve líquido. |
| Punto de ebullición | 100 °C | Temperatura a la que el líquido hierve. Altísimo para una molécula tan chica. |
| Punto crítico | 374 °C y unas 218 atmósferas | Más allá de ahí ya no se distinguen el líquido y el gas: son una sola fase. |
Temperaturas y punto crítico
Los dos primeros valores dependen de la presión. Por eso en altura el agua hierve a menos de 100 °C y la comida tarda más en cocinarse; y por eso una olla a presión cocina más rápido: adentro hay más presión, así que el agua hierve a más temperatura.
El punto crítico es el límite donde la distinción entre líquido y gas deja de tener sentido. Más allá de esa temperatura y esa presión, por mucho que comprimas, no vas a conseguir un líquido con su superficie: hay una sola fase.
¿Por qué en la montaña el agua hierve a menos de 100 °C?
¿Qué es el punto crítico del agua?
Animación de la clase
Fuentes de la animación: densidades de tablas de constantes físicas. Esquema, no está a escala real. El color identifica al elemento; no es una propiedad de la partícula.
Tres anomalías del agua
Conducir, hervir, punto crítico
Densidad, tensión superficial y solvente universal
Las actividades escritas, las láminas y la autoevaluación están en la página de la clase.
Resumen
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