El agua y sus propiedades PPTCES030CB33-A15V1 Clase El agua y sus propiedades

Resumen de la clase anterior Reactivo limitante Reactivo que se consume primero en una reacción Rendimiento de una reacción Teórico Real Cantidad de producto obtenido, si reacciona todo el reactivo limitante Cantidad de producto obtenido realmente en una reacción

Aprendizajes esperados Analizar las propiedades del agua en relación con su estructura molecular. Interpretar los cambios ocurridos en la reacción de descomposición de agua.

Pregunta oficial PSU Con relación al agua, se puede afirmar que I) el agua aumenta su volumen al congelarse. II) el hielo tiene menor densidad que el agua. III) entre 0 oC y 4 oC, el agua presenta una anomalía en su dilatación. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) I, II y III. Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Proceso de admisión 2009.

Propiedades del agua Electrólisis y fotólisis del agua 3. Reacción de formación del agua

1. Propiedades del agua 1. Propiedades del agua 1.1 Estructura molecular Las propiedades del agua se deben principalmente a que la molécula es un dipolo eléctrico y a la formación de puentes de hidrógeno. Molécula polar Por las diferencias de electronegatividad entre el O y el H se forma un fuerte momento dipolar eléctrico. Un momento dipolar eléctrico es la existencia de cargas eléctricas más o menos estables al interior de la molécula de agua por la distribución asimétrica de los electrones.

1. Propiedades del agua 1.1 Estructura molecular Puentes de hidrógeno Tipo especial de interacción dipolo-dipolo, entre un elemento muy electronegativo (O, N o F), que forma parte de una molécula, y el hidrógeno que forma parte de otra molécula. Son atracciones entre moléculas de agua, en virtud de los momentos dipolares presentes en cada una de ellas.

C Ejercitación Ejercicio 17 “guía del alumno” Comprensión Con relación a la molécula del agua, es correcto afirmar que A) está constituida por un átomo de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. B) sus átomos se unen a través de un enlace covalente coordinado. C) presenta una geometría de tipo angular. D) sus átomos constituyentes presentan un ángulo de enlace de 120°. E) presenta un carácter apolar. C Comprensión

Alta tensión superficial 1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Se debe transferir una gran cantidad de calor para romper muchos puentes de hidrógeno, observándose un ligero aumento de la temperatura. Alto calor especifico Medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido. Alta tensión superficial

B Pregunta HPC Ejercicio 3 “guía del alumno” Comprensión Un grupo de alumnos realizó el siguiente experimento. Llenaron un recipiente con agua y colocaron un clip encima de un trocito de papel, depositándolo suavemente en la superficie del agua que estaba en el recipiente (paso 1). Los estudiantes observaron que el papel se hundía parcialmente y el clip quedaba flotando (paso 2). Luego, llenaron un gotario con un poco de jabón líquido y agregaron cuidadosamente gotas de jabón en el recipiente (paso 3), observando que el clip comenzó a hundirse (paso 4). En relación a este experimento se puede afirmar que el clip se hunde porque el (las) A) jabón hace que aumente la tensión superficial del agua. B) jabón hace que disminuya la tensión superficial del agua. C) clip, luego de un tiempo, se hunde por efecto de la gravedad. D) papel hace que aumente la tensión superficial del agua. E) moléculas de jabón forman puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. B Comprensión

1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Capilaridad Tendencia del agua a ascender por un tubo estrecho en contra de la fuerza de gravedad. Es resultado de dos tipos de fuerzas. Elevada fuerza de adhesión. Elevada fuerza de cohesión. Corresponde a la fuerza o atracción intermolecular entre moléculas distintas. Corresponde a la fuerza o atracción intermolecular entre moléculas semejantes.

B Ejercitación Ejercicio 8 “guía del alumno” Comprensión El esquema representa las fuerzas presentes entre las partículas de agua y una determinada superficie. Al respecto, las fuerzas X e Y se denominan, respectivamente, fuerzas de A) cohesión y adhesión. B) adhesión y cohesión. C) adhesión y tensión. D) tensión y cohesión. E) atracción y repulsión. B Comprensión

1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Viscosidad Medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos que los que tienen fuerzas intermoleculares débiles. Interacciones débiles: menos viscoso. Interacciones fuertes: más viscoso.

1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Densidad Su forma sólida es menos densa que su forma líquida. Esto se debe a la formación de los enlaces de hidrógeno formando una red tridimensional. Entre 0 y 4 °C el agua se vuelve progresivamente más densa, sin embargo, sobre los 4 °C predomina la expansión térmica y la densidad del agua disminuye con el aumento de la temperatura. Agua en estado sólido Agua en estado líquido

D Ejercitación Ejercicio 20 “guía del alumno” ASE El siguiente gráfico muestra la variación de la densidad del agua en función de la temperatura. ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correcta(s)? I) Por sobre los 4 °C, la densidad del agua disminuye con el aumento de la temperatura. II) La densidad del agua a 0 °C es la misma que a 8 °C. III) El agua sólida presenta una densidad de 0,9997 g/mL. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo II y III C) Solo III D ASE

1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Poder disolvente El agua es capaz de disolver una cantidad muy grande de compuestos iónicos y polares.

1. Propiedades del agua 1.2 Propiedades fisicoquímicas Sustancia insípida (sin sabor), incolora e inodora. Bloquea ligeramente la radiación UV. H2O En estado puro presenta una baja conductividad eléctrica. Puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis.

A Ejercitación Ejercicio 21 “guía del alumno” Comprensión ¿Cuál de las siguientes alternativas NO corresponde a una propiedad del agua? A) Cuando el agua cambia de estado sólido a líquido, las moléculas de agua se organizan en el espacio, ocupando mayor volumen. B) Posee un punto de ebullición igual a 100 °C a nivel del mar. C) La masa de un litro de agua es casi 1 kg a de 4 °C de temperatura. D) Es capaz de disolver una gran variedad de sustancias, tanto inorgánicas (sales, ácidos, etc.) como orgánicas (azúcares, alcoholes). E) La molécula del agua es un dipolo, donde el oxígeno tiene una densidad de carga negativa y el hidrógeno una densidad de carga positiva. A Comprensión

1. Propiedades del agua 1.3 Diagrama de fases. Punto triple El diagrama de fases presentado se divide en tres regiones y cada una representa una fase pura. La línea que separa dos regiones indica las condiciones en las que estas dos fases pueden estar en equilibrio. El punto en el que se unen las tres curvas se denomina punto triple, y corresponde a la única condición en la que las tres fases pueden estar en equilibrio recíproco. Para el agua este punto está a 0,01 °C y 0,006 atm. Si la presión aumenta por arriba de 1 atm, aumentará el punto de ebullición y disminuirá el punto de fusión.

C Ejercitación Ejercicio 6 “guía del alumno” ASE A continuación se presenta un diagrama general de fases del agua. Al respecto, es correcto afirmar que las fases 1, 2 y 3 corresponden a C ASE

2. Electrólisis y fotólisis del agua Es un proceso a través del cual un compuesto se separa en sus elementos constituyentes, aplicando una corriente eléctrica. Esta reacción se realiza en una celda electrolítica y ambos gases pueden ser recogidos con tubos de ensayo que se colocan invertidos sobre los electrodos. La celda está formada por la pila, los electrodos y los tubos de ensayo.

2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) 2. Electrólisis y fotólisis del agua La siguiente ecuación balanceada describe el proceso de electrólisis del agua: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) La ecuación se verifica en el hecho experimental de que el volumen de hidrógeno recogido es el doble del volumen de oxígeno.

2. Electrólisis y fotólisis del agua La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas verdes producen glucosa a partir de dióxido de carbono y agua. Es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. El oxígeno liberado proviene del agua y no del dióxido de carbono y las moléculas de agua “se rompen” por acción de la luz, donde hv representa la energía de un fotón. Este proceso se denomina fotólisis.

C Ejercitación Ejercicio 15 “guía del alumno” ASE La siguiente figura muestra el procedimiento de la electrólisis del agua. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es INCORRECTA con respecto a este proceso? A) Requiere de energía externa para que ocurra. B) Alrededor del polo negativo se produce hidrógeno. C) Se desprende el mismo volumen de H2 que de O2. D) Alrededor del polo positivo se produce oxígeno. E) Se realiza en una cuba, la cual contiene el electrólito disuelto o fundido y dos electrodos. C ASE

3. Reacción de formación del agua La formación del agua requiere de la participación de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), que existen en la naturaleza en estado gaseoso (g), a presión y temperatura ambiente. El proceso ocurre con liberación de energía, por lo que se define como un proceso exotérmico. La representación de este proceso se realiza mediante la siguiente ecuación química: Dos mol de hidrógeno gaseoso Un mol de oxígeno gaseoso Dos mol de agua líquida Reaccionan con Producen

E Pregunta oficial PSU Con relación al agua, se puede afirmar que I) el agua aumenta su volumen al congelarse. II) el hielo tiene menor densidad que el agua. III) entre 0 oC y 4 oC, el agua presenta una anomalía en su dilatación. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) I, II y III. Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, Proceso de admisión 2009. E Comprensión

Disoluciones químicas Tabla de corrección Nº Clave Unidad temática Habilidad 1 A Disoluciones químicas Comprensión 2 E 3 B 4 5 6 C ASE 7 D Reconocimiento 8 9 Aplicación 10 11 12

Disoluciones químicas Tabla de corrección Nº Clave Unidad temática Habilidad 13 C Disoluciones químicas Reconocimiento 14 B 15 ASE 16 Aplicación 17 Comprensión 18 E 19 20 D 21 A 22 23 24 25

Síntesis de la clase Fuerzas intermoleculares Propiedades Dipolaridad Fotosíntesis Agua Estructura molecular Diagrama de fases Reacción de formación y descomposición Punto triple

Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, estudiaremos Disoluciones I: mezclas, disoluciones y unidades porcentuales de concentración

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