ESTADO ELECTRÓNICO DE LA MOLÉCULA DEL AGUA
El
agua es un compuesto que está
constituido por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo
de oxígeno. Los enlaces hidrógeno – oxígeno son covalentes, dado que comparten
un par electrónico. Debido a que el oxígeno tiene un carácter no metálico de
mayor electronegatividad, el par electrónico de enlace está más cerca de este
elemento que del hidrógeno, determinando la polaridad del enlace. La estructura
de la molécula de agua es angular, y el ángulo de enlace es de 104,5º, tal como
lo muestra la siguiente figura:
La estructura del agua es un dipolo, donde el oxígeno tiene una densidad de carga negativa, y asociado a los hidrógenos encontramos una densidad de carga positiva.
La condición de polaridad de las moléculas del agua hace que estas se
atraigan entre sí, generando una
interacción molecular entre el polo positivo de una
molécula y el polo negativo de otra, mediante una asociación llamada puente de
hidrógeno o enlace puente de hidrógeno.
En el caso de agua
este punto de ebullición es de 100ºC a nivel del mar, es decir, a la
presión normal de 760 mmHg. En la cordillera, este punto de ebullición es
menor pues la temperatura cambia con la presión atmosférica.
ISÓTOPOS DE HIDRÓGENO
El hidrógeno tiene tres isótopos naturales, algunas veces se les
denomina como 1H, 2H y 3H, también conocidos como protio, deuterio y tritio, respectivamente.
Se ha logrado sinterizar en laboratorios
otros radioisótopos que van desde el 4H al 7H. El más estable de todos
los radioisótopos del hidrógeno es el tritio, el cual posee una vida media de 12.32 años. Todos los demás isotopos
más pesados que el tritio son sintetizados y tienen una vida media menos a
un Zeptosegundo (10-21 segundos), de estos, el 5H es el más estable y el más inestable
es el 7H
El hidrógeno es el único elemento que tiene diferentes
nombres para sus isótopos en el uso corriente. El 2H es más
comúnmente referido como deuterio mientras que el 3H es más aludido como
tritio, también es común referirse a estos isótopos con los símbolos de D y
T como si fueran elementos químicos puros. . Al átomo de hidrógeno que no
contiene un neutrón en su núcleo se le conoce como protio, sin embargo se le conoce
más como simplemente hidrógeno o hidrógeno-1.
·
Protio
El protio, hidrógeno-1, 1H o1H,
es el más común de todos los isótopos estables de hidrógeno, con una abundancia natural de más del 99.98%.
Debido a que su núcleo esta compuesto de un único protón se le da el nombre
descriptivo de protio, sin embargo este nombre es poco usado en la práctica, a
diferencia de los nombres de los otros isótopos del hidrógeno.
·
Deuterio
El deuterio, hidrógeno-2, 2H o 2H,
es otro de los isótopos estables de hidrógeno, su núcleo atómico esta compuesto
por un protón y un neutrón en su núcleo. El deuterio comprende del 0.0026 -
0.0184% (en población, no en masa) de todo el hidrógeno terrestre, el
porcentaje más bajo tiende a ser encontrado en el hidrógeno gaseoso, mientras
que las concentraciones más ricas (0.015% o 150 ppm) tienden a encontrarse en el agua de mar.
El deuterio y sus componentes son usados como
"etiquetas" o "marcadores" no radioactivos en experimentos
químicos o en solventes para 1H El deuterio es también un combustible potencia
para la fusión nuclear comercial.
·
Tritio
El tritio, hidrógeno-3, 3H, 3H, es el
tercer y último isótopo natural del hidrógeno, está compuesto por un protón y
dos neutrones en su núcleo atómico. Este isótopo es radioactivo, decae aHelio-3 mediante desintegración beta, tiene una vida media de 12.32 años. Es
usado en armas de fusión termonuclear, como un trazador en la geoquímica de isótopos y especialmente en dispositivos de
iluminación autoalimentados. El método más común para producir tritio es
bombardeando un isótopo natural de litio, el litio-6, con neutrones en un reactor
nuclear.
El tritio es usado frecuentemente
en marcaciones químicas y biológicas
como un marcador radioactivo. La fusión nuclear D-T utiliza al tritio como el
principal reactivo, junto con el deuterio, liberando energía a través de la
pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a temperaturas
altísimas.
El agua que contiene átomos de
tritio en lugar de protio se llama agua superpesada o agua tritiada, y a la mezcla
que contiene un átomo de deuterio y otro de tritio se le denomina agua semi-
superpesada.
AGUA PESADA, HIPERPESADA Y SEMIPESADA
·
Agua pesada:
Se denomina agua pesada
a una molécula de composición química equivalente al agua, en la que los átomos de hidrógeno son
sustituidos por deuterio; un isótopo pesado del hidrógeno.
La fórmula química del agua
deuterada, óxido de deuterio o agua pesada es: D2O o 2H2O.
·
Agua superpesada
La fórmula química del agua tritiada,
óxido de tritio o agua superpesada es:T2O o 3H2O.
Como ya se ha indicado, esta forma es radiactiva. Además hay otras variedades
isotópicas como: agua semipesada cuya
fórmula química es HDO, DHO o 1H2H O. y una forma sin
nombre que correspondería a un "agua
semi - superpesada", a veces llamada agua tritiada, cuya fórmula química es HTO,
THO o 1H3H O. Esta forma es radiactiva. También es de
suma utilidad para detectores de neutrinos como el kamiokande.
Propiedades
Esta diferencia en los
elementos del núcleo modifica algunas de sus propiedades físicas, tales
como la densidad o el punto de ebullición. El
agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua
normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada.
También se puede separar del agua por absorción con amoníaco que contenga
deuterio.
Propiedad
|
D2O (agua pesada)
|
H2O (agua común)
|
Punto de fusión (°C)
|
3,82
|
0,0
|
Punto de ebullición (°C)
|
101,4
|
100,0
|
Densidad (a 20 °C, g/mL)
|
1,1056
|
0,9982
|
Temp. de máxima densidad (°C)
|
11,6
|
4,0
|
Viscosidad (a 20 °C, centipoise)
|
1,25
|
1,005
|
Tensión superficial (a 25 °C, dyn•cm)
|
71,93
|
71,97
|
Entalpía de fusión (cal/mol)
|
1,515
|
1,436
|
Entalpía de vaporización (cal/mol)
|
10,864
|
10,515
|
pH (a 25 °C)
|
7,41
|
7,00
|
BIOFÍSICA DEL AGUA EN SUS
TRES ESTADOS
La molécula de Agua está formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de
Oxigeno
El agua tiene
carácter tetraédrico, con el átomo de oxigeno en el centro y los dos átomos de hidrógeno dispuestos en dos los vértices de dicho tetraedro.
El
ángulo formado entre los dos átomos de Hidrógeno es de 104.5º mientras que la
distancia entre oxigeno y el hidrógeno es de 0.096nm.
La mayor electronegatividad del oxigeno respecto al hidrógeno determina
una distribución asimétrica de las cargas electrónicas entre los átomos de O y de H, existiendo
mayor densidad electrónica en torno al
átomo de O y por lo tanto, un déficit electrónico en torno a los de H. Todo esto
explica que la molécula de agua sea un dipolo eléctrico.
Esta estructura condiciona muchas propiedades físicas y químicas del
agua
Principalmente el establecimiento de puentes de Hidrógeno entre las moléculas acuosas y con otras moléculas.
o
PUENTES
DE HIDRÓGENO
Recordemos que un
enlace por puentes de hidrógeno se establece entre un átomo electronegativo y
el átomo de Hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo.
:D :D :D
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