El hielo flota
¿Por qué es raro?
Casi todas las sustancias son más densas cuando están sólidas. El agua no: su sólido flota sobre su propio líquido.
Qué necesitás traer
Esta clase abre el módulo del agua. Es la única del módulo que mira la molécula por dentro: las cuatro que siguen explican propiedades que vas a poder medir, y todas se apoyan en lo que veas acá.
Desarrollo
Leer la explicación
Qué vemos
El agua se porta raro, y no en un detalle: en casi todo.
Hierve a 100 °C
¿Por qué es raro?
Es una molécula chiquita. Otras del mismo tamaño, como el metano, hierven a $-161\ \mathrm{^\circ C}$.
Un clip puede flotar
¿Por qué es raro?
El metal es mucho más denso que el agua. Y sin embargo, apoyado con cuidado, el clip no se hunde.
Las tres rarezas tienen una sola causa, y está en la molécula. Vamos a buscarla ahí y, en las clases que siguen, a volver sobre cada una de estas observaciones.
Una molécula con forma de V
El agua es $\mathrm{H_2O}$: un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno. Lo importante no es cuántos átomos tiene, sino cómo están acomodados y cómo se reparten los electrones.
Dos hechos, y una consecuencia
El oxígeno tira más fuerte
electronegatividadQué pasa
En cada unión O–H los dos átomos comparten electrones, pero no en partes iguales: el oxígeno es más electronegativo y los atrae hacia su lado.
Resultado
El oxígeno queda con una carga parcial negativa, $\delta^-$, y cada hidrógeno con una parcial positiva, $\delta^+$. Son cargas parciales: la molécula entera sigue siendo neutra.
La molécula no es recta
104,5°Qué pasa
Los dos hidrógenos están del mismo lado, formando una V.
Por qué importa
Si estuvieran enfrentados, las dos polaridades apuntarían en sentidos opuestos y se anularían. Al estar del mismo lado, se suman.
De los dos hechos juntos sale la consecuencia: el agua es una molécula polar. Tiene un lado negativo y otro positivo, como un imán diminuto con dos polos.
Pista: hacen falta las dos cosas. Una molécula con uniones polares pero geometría simétrica no es polar: es el caso del $\mathrm{CO_2}$, que es recto.
El puente de hidrógeno
Ahora poné muchas moléculas de agua juntas. El lado positivo de una queda cerca del lado negativo de otra y, como las cargas opuestas se atraen, quedan enganchadas.
Esa atracción entre el hidrógeno de una molécula y el oxígeno de la vecina se llama puente de hidrógeno. Dos cosas que conviene tener claras:
- Es una atracción entre moléculas, no una unión dentro de una molécula. Las uniones O–H que mantienen armada a cada molécula son mucho más fuertes.
- Es más débil que una unión química, pero mucho más fuerte que las atracciones que tienen otros líquidos. Y en el agua no hay un puente: hay una red, porque cada molécula puede engancharse con hasta cuatro vecinas a la vez.
Pensá antes de abrir: el metano, $\mathrm{CH_4}$, tiene casi el mismo tamaño que el agua y hierve a $-161\ \mathrm{^\circ C}$. El agua hierve a $100\ \mathrm{^\circ C}$. ¿Qué explica una diferencia de más de 260 grados?
Ver una respuesta para comparar con la tuya
Para que un líquido hierva, sus moléculas tienen que separarse unas de otras. En el metano casi no hay nada que las retenga: se sueltan con muy poca energía. En el agua, en cambio, cada molécula está enganchada a varias vecinas por puentes de hidrógeno, y romper toda esa red cuesta muchísima más energía.
El tamaño de la molécula no explica nada acá. Lo que explica la diferencia es cuánto se atraen entre sí.
El hilo de todo el módulo
De acá en adelante, cada propiedad del agua que veas se va a explicar con la misma frase: las moléculas están muy enganchadas entre sí.
| Propiedad | Clase | Qué va a explicarla |
|---|---|---|
| Cuesta mucho calentarla y evaporarla | 14 | Hay que romper puentes de hidrógeno para que las moléculas se muevan más y para que se escapen. |
| El hielo flota | 15 | Al congelarse, los puentes acomodan las moléculas en una red más abierta, que ocupa más lugar. |
| Forma gotas y sostiene un clip | 15 | Las moléculas de la superficie se atraen hacia adentro y hacia los costados. |
| Disuelve tantas cosas | 15 | Siendo polar, rodea y separa partículas con carga. |
Animación
Descripción de la animación
La animación empieza mostrando una molécula de agua: el oxígeno arriba, en rojo, y los dos hidrógenos abajo, en azul, formando una V con un ángulo de 104,5 grados. Un rótulo señala que la molécula no es recta y que los dos hidrógenos están del mismo lado.
Después aparecen las cargas parciales: un signo δ− sobre el oxígeno y un δ+ sobre cada hidrógeno, con la aclaración de que la molécula entera sigue siendo neutra. El rótulo explica que el oxígeno atrae más los electrones que comparte.
Como contraejemplo se dibuja al costado una molécula lineal, con los mismos átomos pero enfrentados. Dos flechas marcan las polaridades apuntando en sentidos opuestos, y la molécula se atenúa: si el agua fuera recta, esas polaridades se cancelarían.
Luego se ve una molécula de agua rodeada por cuatro vecinas, unidas a ella por líneas de puntos que representan los puentes de hidrógeno. El rótulo insiste en que el puente es una atracción entre moléculas distintas, no dentro de una misma molécula, y que cada molécula puede engancharse con hasta cuatro vecinas formando una red.
El cierre compara dos moléculas de tamaño parecido: el agua, con puentes de hidrógeno, hierve a 100 °C; el metano, prácticamente sin atracción entre sus moléculas, hierve a 161 grados bajo cero. La conclusión escrita es que hervir significa separar las moléculas unas de otras, así que cuanto más se atraen entre sí, más energía hace falta; el tamaño de la molécula no explica la diferencia.
Fuentes de la animación: ángulo H–O–H y puntos de ebullición de tablas de constantes físicas. Esquema, no está a escala real. El color identifica al elemento; no es una propiedad de la partícula.
Láminas para descargar
La molécula de agua
El puente de hidrógeno
Actividades
1. Dibujar y marcar
- Dibujá una molécula de agua respetando la forma angular. Marcá con $\delta^-$ y $\delta^+$ dónde quedan las cargas parciales y escribí al lado por qué quedan ahí y no al revés.
- Dibujá tres moléculas de agua juntas y marcá con línea de puntos los puentes de hidrógeno entre ellas. Cuidado: el puente va de un hidrógeno de una molécula al oxígeno de otra, nunca dentro de la misma molécula.
- Al lado de tu dibujo, escribí en una oración la diferencia entre la unión O–H y el puente de hidrógeno.
2. Dos moléculas del mismo tamaño
Compará el agua con el metano, $\mathrm{CH_4}$.
- El carbono y el hidrógeno tienen electronegatividades parecidas. ¿Qué pasa entonces con las cargas parciales en el metano?
- El metano además es simétrico en las cuatro direcciones. ¿Puede formar puentes de hidrógeno? Justificá.
- Explicá por qué el agua hierve a $100\ \mathrm{^\circ C}$ y el metano a $-161\ \mathrm{^\circ C}$, en un párrafo que no mencione el tamaño de las moléculas.
3. Si el agua fuera recta
Escribí una respuesta ordenada en tres partes.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación, tanto si acertaste como si no: leela aunque hayas acertado.
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