Propiedades físicas del agua

¿Qué propiedades delata el puente de hidrógeno?

El puente entre moléculas de agua no solo sube el punto de ebullición. También deja el hielo menos denso que el líquido, hace falta mucho calor para mover la temperatura y la superficie se comporta como una piel. Cada propiedad tiene su dato en el libro. Cómo se forma el puente está en polaridad y puentes de hidrógeno. ¹

Ideas clave

• En el líquido los puentes se hacen y se rompen mientras las moléculas se deslizan. Al congelarse, no hay energía para romperlos y queda una red cristalina. Las moléculas quedan más separadas que en el líquido, el hielo es menos denso y flota. En un lago, el hielo de la superficie aísla lo que vive abajo. ¹
• El calor específico es el calor que un gramo debe ganar o perder para cambiar un grado Celsius. En el agua es una caloría. El texto dice que es unas cinco veces el de la arena, y por eso la tierra se enfría más rápido que el mar. ¹
• Hacen falta 586 calorías para pasar un gramo de agua líquida a gas. El punto de ebullición que da esa sección es 100 °C. Por debajo de esa temperatura también se evaporan moléculas de la superficie. ¹
• El sudor es agua en un 90 por ciento. Al evaporarse toma energía del lugar y lo enfría. ¹
• La tensión superficial del agua a 25 °C es 71,99 mN/m, alta entre los líquidos comunes por el puente de hidrógeno. Una aguja de acero, puesta con cuidado, flota. Un insecto más denso que el agua camina en la superficie. ²
• La viscosidad del agua en la tabla 10.2 es 0,890 mPa·s. Fluye con facilidad si se compara con la miel o el aceite. En un tubo fino de vidrio el agua sube: la adhesión al vidrio y la cohesión entre moléculas vencen un tramo de peso. ²

Ejemplos resueltos

Un lago se congela solo arriba

La red del hielo deja huecos, así que el sólido flota. La capa de arriba tapa el agua de abajo y los peces siguen en líquido. Si el hielo se hundiera, el lago se congelaría de abajo hacia arriba. El libro marca ese aislamiento como la razón de que plantas y animales del estanque no queden en un bloque sólido. Los cristales de hielo, dentro de una célula, sí rompen membranas: otra cosa es el hielo del lago y otra el hielo dentro del tejido. ¹

La orilla del mar cambia menos de temperatura que el interior

Calentar un gramo de agua un grado pide una caloría, unas cinco veces lo que pide la arena. El mar absorbe calor sin subir tanto de temperatura y lo suelta despacio. La tierra, al lado, se enfría más rápido. No hace falta memorizar un mapa: el dato es el calor específico. ¹

Una aguja se queda en la superficie

A 25 °C la tensión superficial del agua es 71,99 mN/m. La superficie actúa como una membrana estirada por la cohesión. Si apoyas la aguja sin romper esa superficie, flota, aunque el acero sea más denso. Un jabón en la superficie baja esa tensión: lo midió el trabajo de Agnes Pockels que cita la sección. No es lo mismo que el hielo flotando. El hielo flota por densidad. La aguja se sostiene por la piel del líquido. ²

Errores comunes

• Decir que el hielo se hunde porque todo sólido es más denso. En el agua el sólido es la excepción: la red lo hace menos denso. ¹
• Confundir tensión superficial con densidad. La aguja no flota como un corcho. Se apoya en la superficie sin romperla. ²
• Creer que evaporar agua no cuesta calor si aún no hierve. Separar las moléculas de la superficie ya pide energía, y por eso el sudor enfría antes de llegar a 100 °C. ¹
• Atribuir el punto de ebullición alto solo a la masa. La sección 10.1 muestra que, por masa, el agua debería hervir cerca de -80 °C. El puente explica el salto. ³

Cómo lo pregunta el examen

Una frase corta dice que, por la forma angular, el agua hace algo. La forma doblada deja la molécula polar y permite los puentes. De ahí salen el hielo que flota, el calor específico alto y la ebullición anómala. Si las opciones hablan de una red abierta, es el hielo.

Otra compara el clima de la costa con el del interior. La respuesta va al calor específico, no a que el mar "esté más cerca". El texto usa la arena: el agua pide mucho más calor por gramo y por grado.

También hay un cálculo de calor con masa, calor específico y cambio de temperatura. Estas fichas no copian ese problema. El calor específico que fija la sección 2.2 es una caloría por gramo y por grado. Y una gráfica de presión de vapor a otra presión atmosférica no está leída aquí: no inventes la temperatura de ebullición. ¹

Resumen

• El hielo es menos denso que el agua líquida y flota.
• Un gramo de agua pide una caloría para subir un grado.
• Evaporar un gramo pide 586 calorías, y el sudor enfría por eso.
• La tensión superficial a 25 °C es 71,99 mN/m.
• El punto de ebullición alto no sale de la masa: sale del puente de hidrógeno.