E S T R U C T U R D A E L A G U A

El agua ¿molécula simple? Excepcionales propiedades químico-físicas Historia Agua Aire Tierra Fuego Aristóteles Hasta el siglo XVIII se consideró como una sustancia simple -En 1781 Joseph Priestley la sintetizó a partir de hidrógeno - Lavoisier y Cavendish demostraron que estaba formada por hidrógeno y oxígeno - En 1805 Gay Lussac y Alexandi-von Humboldoldt que el cociente de volúmenes hidrógeno/oxígeno era 2

Disoluciones de electrolitos - Partículas libres cargadas Theodor Grottus y el fenómeno de la conductividad Faraday – fenómenos que ocurren en la superficie de los electrolitos Johan W. Hittor y F. Kohlrousch disolución frente a electrolito Clausius---------existencia del ion

Arrhenius Teoría de disociación electrolítica Relación entre conductividad y concentración de electrolito “Ciertas sustancias llamadas electrolitos son capaces de desdoblarse en partículas cargadas opuestamente cuando se disuelven en disolventes apropiados (agua)” Moléculas activas – Moléculas inactivas  1 electrolito fuerte  0 electrolito débil = 0 no electrolito n  = n + m Moléculas activas Moléculas inactivas

¿Qué fuerza es la que hace generar esta disociación? ∆Hf (NaCl) = -510.78 Kj/mol Aspectos a tener en cuenta Interacción ion-disolvente Interacción ion-ion Conceptos Electrolítos ionófobos Electrolitos ionógenos Electrolitos fuertes Electrolitos débiles

Modelo de Born Esfera rígida Independiente de los demás Ion Caracterizado por su radio Con una sola capa Continuo, no estructurado disolvente Caracterizado por la cte. dieléctrica Interacciones ion-disolvente sólo electrostáticas Resultados erróneos

Inconvenientes del modelo de Born Modelo ion-dipolo Inconvenientes del modelo de Born Disolvente continuo no estructurado caracterizado sólo por la cte. dieléctrica Sólidos - Líquidos - gases Total ordenación total desorden Sólido deformable (forma del recipiente) Pérdida de fuerzas de largo alcance Fragmentos aislados de ordenación Liquido

Composición atómica H2O - Mezcla de isótopos 1H 2H 3H 16O 17O 18O

Razón mínima isotópica 2H/1H = 1 : 69.000 3H/1H = 1 : 1018 17O/18O/16O = 1: 5 : 2500 1H216O / 1H218O /1H217O /1H2H16O 997.280 / 2.000 / 400 / 320

Pesos moleculares Agua normal 18,0154 1H2O Agua deuterada 20,0276 2H2O Agua tritada 22.0315 3H2O

La molécula del agua Orbitales atómicos. - Orbitales s. - Orbitales p.

Energía de los orbitales atómicos

Hibridación de orbitales s-p Hibridación sp3: s + px + py + pz = 4 O.A. sp3 Hibridación sp2: s + px + py = 3 O.A. sp3

Teoría de orbitales moleculares 2 pares no enlazantes 2 pares enlazantes

Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos del Nivel de Valencia Ángulo de 104.5º Tetraedro regular 109.5º

Polaridad de la molécula de agua -Disposición espacial tetraédrica - H átomo más pequeño O átomo también pequeño con alta electronegatividad

El enlace de hidrógeno Alta concentración de carga negativa en el átomo de O Alta concentración de carga positiva en los átomos de H - Atracciones electrostáticas

Energía de enlace del puente de hidrógeno 4,5 Kcal/mol Energía de enlace H-O 110 Kcal/mol Asociación física Enlace de hidrógeno Enlace químico Enlace covalente

Sólido Líquido Volumen sólido < volumen líquido Sin embargo La distancia media interatómica o intermolecular apenas varía En la estructura del sólido existen huecos El hielo flota en el agua fría

T densidad g/cm3 Hielo 0 0.9168 Agua líquida 0 0.999868 4 1 10 0.99727 15 0.99126 20 0.99823 ¿ Por qué ?

El hielo

- Adquiere la forma del recipiente Agua líquida Estructura de un líquido Sólido (total ordenación) Gas (total desorden) - Adquiere la forma del recipiente - Más denso que su vapor - Expansión cuando se calienta DRX

Agua líquida Cada molécula unida a 3.6 moléculas vecinas 0,29 nm a 15ºC - Distancia O-O 0.305 nm a 83ºC Cuando el hielo se funde se rompen 10 % de los puentes de hidrógeno - Ordenación cuasi cristalina

de los puentes de hidrógeno? ¿Aún permanece el 90 % de los puentes de hidrógeno? Fluctuaciones en el tiempo “Para el caso del agua se han observado mediante rayos X y difracción de neutrones, regularidades que confirman la existencia de estructuras que poseen un tiempo de vida del orden de 10-12 seg, mientras el período de vibración molecular es del orden de 10-13 seg. Podemos entonces hablar de estructura del agua y considerarla como un líquido estructurado o asociado” (J. R. Griera, 1976). Cuasi cristalinidad

Dos teorías Mezclas de especies discretas (H2O)n (n= 1-20)

- Modelo continuo

¿Qué sucede cuando un ion penetra en el seno del agua? Interacción ion-moléculas de agua - Distorsión de la ordenación del agua

Primera capa de hidratación Acompaña al ion en su desplazamiento Segunda capa de hidratación Tercera capa de hidratación Correlación entre los resultados teóricos y experimentales

Efecto salino Presencia de un electrolito y un no electrolito a) Iones con preferencia por el agua Disminución de la solubilidad (efecto salado) b) Iones con preferencia al no electrolito Aumento de la solubilidad (efecto salino)

e1· e2 F = · r2 = constante dieléctrica define la polaridad  80 agua metanol 33 acetona 21.4 2.3 benceno

Hidruros próximos al oxígeno Compuesto E. de enlace (kj/mol) H2O 925.25 H2S 339.32 H2Se 276.56 H2Te 240.58 Compuesto Angulo de enlace H2O 104.5º H2S 92.2º H2Se 91.0º H2Te 89.5º

Compuesto Puntos de fusión H2O 0 H2S -82.9 H2Se -64 H2Te -54 Compuesto Puntos de ebullición H2O 100 H2S -60.1 H2Se -42 H2Te 0