2.12: Agua - Gas, Líquido y Agua Sólida
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- Explicar el significado biológico de la capacidad del hielo para flotar en el agua
Estados del agua: gas, líquido y sólido
La formación de enlaces de hidrógeno es una cualidad importante del agua líquida que es crucial para la vida tal como la conocemos. A medida que las moléculas de agua forman enlaces de hidrógeno entre sí, el agua adquiere algunas características químicas únicas en comparación con otros líquidos, y dado que los seres vivos tienen un alto contenido de agua, comprender estas características químicas es clave para comprender la vida. En el agua líquida, los enlaces de hidrógeno se forman constantemente y se rompen a medida que las moléculas de agua se deslizan entre sí. La ruptura de estos enlaces es causada por el movimiento (energía cinética) de las moléculas de agua debido al calor contenido en el sistema. Cuando el calor se eleva a medida que se hierve el agua, la mayor energía cinética de las moléculas de agua hace que los enlaces de hidrógeno se rompan por completo y permite que las moléculas de agua escapen al aire como gas (vapor o vapor de agua). Por otro lado, cuando la temperatura del agua se reduce y el agua se congela, las moléculas de agua forman una estructura cristalina mantenida por enlaces de hidrógeno (no hay suficiente energía para romper los enlaces de hidrógeno). Esto hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida, fenómeno que no se ve en la solidificación de otros líquidos.
Fases de la materia: Vea lo que sucede con los enlaces intermoleculares durante los cambios de fase en este interactivo.
La menor densidad del agua en su forma sólida se debe a la forma en que se orientan los enlaces de hidrógeno a medida que se congela: las moléculas de agua se separan más en comparación con el agua líquida. Con la mayoría de los otros líquidos, la solidificación cuando baja la temperatura incluye la disminución de la energía cinética entre las moléculas, lo que les permite empacar aún más apretadamente que en forma líquida y dando al sólido una mayor densidad que el líquido.
La baja densidad del hielo, una anomalía, hace que flote en la superficie del agua líquida, como un iceberg o los cubitos de hielo en un vaso de agua. En lagos y estanques, se forma hielo en la superficie del agua creando una barrera aislante que protege a los animales y la vida vegetal en el estanque de la congelación. Sin esta capa de hielo aislante, las plantas y los animales que viven en el estanque se congelarían en el bloque sólido de hielo y no podrían sobrevivir. El efecto perjudicial de la congelación en los organismos vivos es causado por la expansión del hielo en relación con el agua líquida. Los cristales de hielo que se forman al congelarse rompen las delicadas membranas esenciales para el funcionamiento de las células vivas, dañándolas irreversiblemente. Las células solo pueden sobrevivir a la congelación si el agua en ellas es reemplazada temporalmente por otro líquido como el glicerol.
Puntos Clave
- A medida que el agua se hierve, la energía cinética hace que los enlaces de hidrógeno se rompan completamente y permite que las moléculas de agua escapen al aire como gas (vapor o vapor de agua).
- Cuando el agua se congela, las moléculas de agua forman una estructura cristalina mantenida por enlaces de hidrógeno.
- El agua sólida, o hielo, es menos densa que el agua líquida.
- El hielo es menos denso que el agua porque la orientación de los enlaces de hidrógeno hace que las moléculas se separen más, lo que disminuye la densidad.
- Para otros líquidos, la solidificación cuando baja la temperatura incluye la disminución de la energía cinética, lo que permite que las moléculas se empaquen con más fuerza y hace que el sólido sea más denso que su forma líquida.
- Debido a que el hielo es menos denso que el agua, es capaz de flotar en la superficie del agua.
Términos Clave
- densidad: Una medida de la cantidad de materia contenida en un volumen dado.