Quimica - Agua - Disoluciones y PH

Química
Agua, Disoluciones y pH
El agua, responsable del color azul del planeta Tierra, constituye el 30% de su
masa y entre el 30 y 90% de la de los seres vivos; participa en la mayoría de las
reacciones químicas que se dan en los organismos y, por supuesto, en la
naturaleza.
Se calcula que la Tierra contiene aproximadamente 1 386 millones de km³ de agua
(López, 1985), cantidad que se mantiene prácticamente inalterada y en constante
equilibrio dinámico entre sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso); todo esto
desde el origen de la vida hasta nuestros días, reciclándose constantemente por
medio del ciclo hidrológico.
de agua que hay en la Tierra, el 97.3% es oceánica (agua
De los
salada) y el 3.7% corresponde al agua dulce (López, 1985). De este 3.7%, una
buena parte se encuentra congelada en los casquetes polares; por ello mismo, la
cantidad de agua utilizable por el hombre es realmente pequeña, de tal manera que
el ahorro en su consumo es indispensable.
Ciclo hidrológico
El complicado fenómeno del ciclo hidrológico se puede explicar en cinco,
aparentemente sencillos pasos que a continuación se listan.
1. Parte del agua de los océanos, de las aguas continentales y de la
transpiración de los vegetales se evapora mediante la acción de la energía
solar para formar, posteriormente, las nubes.
2. Las nubes, así formadas, se desplazan por la fuerza de los vientos hacia
los continentes.
3. Cuando llega a las masas continentales, el vapor de agua de las nubes se
enfría, se condensa y se precipita en forma de lluvia, granizo o nieve.
4. Al llegar al suelo, el agua de la lluvia, la nieve o el granizo, al derretirse,
escurre o se absorbe dando lugar a los llamados cuerpos de agua dulce:
ríos, lagos, lagunas, ríos subterráneos o mantos freáticos (que
posteriormente pueden llegar a la superficie en forma de manantiales, y que
se descargan también en lagos, lagunas y mar).
5. Por último, la mayor cantidad de agua regresa a los océanos y se cierra el
ciclo.
Como se puede apreciar, directa o indirectamente, el agua dulce o salada, a través
del ciclo hidrológico, es el sustento de la vida y de la estabilidad del planeta.
Propiedades físicas
El agua es inodora, incolora e insípida.
El agua, a los 0 °C y a 760 mm Hg (1 atmósfera de presión), pasa del
estado líquido al sólido; a esto se le llama punto de congelación del agua o
punto de fusión del hielo.
El agua, a los 100 °C y 760 mm Hg (1 atmósfera de presión), pasa del
estado líquido al gaseoso; a esto se le denomina punto de ebullición. En la
ciudad de México, en donde la presión atmosférica es menor, el agua hierve
a 92.8 °C.
El agua, a diferencia de otros líquidos, al aumentar su temperatura (de los
0 °C a los 4 °C) se contrae, alcanzando su mayor densidad a los 4 °C; sin
embargo, al bajar la temperatura a 0 °C también se dilata, por esta razón la
densidad del agua líquida a 4 °C es de 1 g/ml y la densidad del hielo a 0 °C
es de 1 g/1 .09 ml = 0.917 g/ml, y como el agua es menos densa en estado
sólido que en líquido, el hielo flota en el agua.
El agua tiene una alta capacidad calorífica, es decir, se necesita gran
cantidad de calor para elevar su temperatura. Por ejemplo, se necesita la
misma cantidad de calor para elevar 10 °C la temperatura de 1 kg de agua
que para elevar 93 °C la de 1 kg de hierro, o 53 °C la de 1 kg de arena, y de
igual manera tarda mucho en enfriarse. Por las propiedades anteriores, el
agua se utiliza para enfriar motores y regular la temperatura ambiental en la
naturaleza.
El agua disuelve una gran parte de las sustancias existentes, por eso se le
denomina solvente universal.
Propiedades químicas
El agua no se descompone fácilmente debido a la fuerza de los enlaces
covalentes que forman la unión de los hidrógenos y el oxígeno; para
romperlos se requiere de 2 200 °C, o bien, del paso de una corriente
eléctrica directa y continua (C.D.).
El agua produce una reacción violenta al entrar en contacto con metales
como el sodio (Na), el potasio (K) el calcio (Ca) y el litio (Li), formando
hidróxidos y desprendiendo hidrógeno y energía.
Lo anterior es un bosquejo de las innumerables cualidades y usos de uno de los
más importantes compuestos que existen en la Tierra: el agua.
Ácidos y bases
El vocablo ácido viene del latín acidus que quiere decir "agrio" y, el vocablo base,
del griego basis que significa "fundamento del compuesto salino". El nombre de
base proviene de los primeros experimentos en los cuales se calentaban las sales.
Los ácidos cambian el color de algunos colorantes vegetales de azul a rojo, y las
bases los cambian de rojo a azul; por medio de esta propiedad se pueden
identificar unas y otras.
Los ácidos reaccionan con las bases en lo que se denomina reacción de
neutralización, produciendo una sal y agua. Además, algunos ácidos disuelven
ciertos metales.
Las bases (o hidróxidos) son resbalosas al tacto y su sabor es amargo (parecidas al
jabón).
TABLA DE ÁCIDOS Y BASES
Actualmente se define a los ácidos y a las bases, de acuerdo con la teoría de
Brönsted-Lowry, de la siguiente manera:
Ácido es una especie química que dona iones hidrógeno o protones (H+),
en una reacción química y se le conoce como donador de protones.
Base es una especie química que acepta iones hidrógeno o protones (H+),
en una reacción química y se le conoce como aceptor de protones.
Los ácidos y bases que están totalmente ionizados en una solución se denominan
ácidos y bases fuertes; los que se ionizan parcialmente se conocen como ácidos y
bases débiles. El concepto de ácido y base débil o fuerte no tiene nada que ver con
su reactividad; existen ácidos débiles como el HF (ácido fluorhídrico al 0.1 M, que
está ionizado en 8%) que reacciona en forma muy vigorosa con cualquier
sustancia, incluyendo el vidrio.
, no es ni ácida ni básica sino neutra, es decir,
El agua, que tiene por fórmula
tiene un pH de 7 y sirve cómo punto de referencia para definir a los ácidos, que
tienen un pH que va de 1 a 7, o a las bases, que tienen un pH que va de 7 a 14.
Los ácidos fuertes reaccionan completamente con el agua y forman los llamados
iones hidronio
y la base (OH-); los ácidos débiles no reaccionan
completamente con el agua.
En el laboratorio, es importante no mezclar soluciones concentradas de ácidos y
bases sin las medidas de seguridad convenientes y sin el material adecuado; su
reacción es sumamente violenta (exotérmica) y, por lo tanto, quema. De igual
manera, al diluir un ácido o una base fuerte con agua, lo adecuado es verter el
ácido o la base al agua y no al contrario, porque la reacción también es muy
violenta y exotérmica.
Las sustancias que en ocasiones actúan como ácido y en otras como base se
denominan anfóteros; una de ellas es el agua.
La neutralización se utiliza para determinar la concentración de los ácidos y las
bases en una solución por medio de la acidímetría, en el caso de los ácidos; y la
alcalimetría, en el caso de los bases. El procedimiento se llama titulación y en él se
utiliza una solución problema de concentración desconocida y una solución reactivo
de concentración conocida; a éstas se agrega un indicador que determine el punto
de neutralización. Posteriormente, se calcula el número de mililitros de solución de
concentración conocida que se usaron para neutralizar la solución problema y se
calcula, estequiométricamente, a qué cantidad de sustancia equivale.
Por ejemplo, ¿cuántos ml de Na OH 1 M se necesitan para neutralizar 75 ml
de
1M , de acuerdo con la siguiente reacción?
Primer paso: determinar el problema
x ml de NaOH = 75 ml de
Segundo paso: obtener la relación estequiométrica de los reactivos en la ecuación
2 moles de NaOH = 1 mol de
Tercer paso: determinar y realizar la ecuación para solucionar el problema
por lo tanto, se necesitan 150 ml de NaOH para neutralizar 75 ml
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