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QUÍMICA
Guía N° 1
Contenido: El Agua
La historia de la humanidad nos revela que el agua ha sido y es el recurso natural más
importante de nuestro planeta. Sin ella, no existiría la vida en la tierra.
El agua constituye entre el 50 y el 90% de la masa de los organismos vivos. Es la única
sustancia que se presenta en los tres estados físicos (sólido, líquido y gaseoso) en el rango
de temperatura en que vivimos. Tiene propiedades extraordinarias, entre las cuales se
encuentra su capacidad de disolver una gran variedad de otras sustancias.
¿Cuál es la composición del agua?
Para responder esta pregunta, debes recordar que la descomposición del agua es un proceso
endergónico que necesita energía para que ocurra, lo que se realiza aplicando energía
eléctrica en un proceso llamado electrólisis y que genera dos volúmenes de hidrógeno y uno
de oxígeno. La electrólisis del agua se representa mediante la siguiente ecuación química:
Como se observa en la ecuación, la descomposición del agua es un proceso reversible
porque puede producirse en el sentido contrario, es decir, a partir de hidrógeno y oxígeno
gaseosos, se puede formar agua. Esta reacción inversa es exergónica, o sea, desprende
energía; sin embargo, para que se produzca requiere al inicio de una chispa (energía de
activación) que inflame el hidrógeno.
Estructura de la molécula de agua
Las características que posee el agua son las responsables de que este recurso natural sea de
tanta importancia para la vida en el Tierra. Las propiedades de un compuesto dependen no
solo de los elementos que lo forman, sino también de cómo se ubican los átomos en la
molécula y de cómo se ordenan en el espacio, es decir, de su estructura geométrica
tridimensional.
En las moléculas de agua, el oxígeno es el átomo central de la molécula. Este átomo posee
seis electrones de valencia, dos de los cuales participan de los enlaces covalentes con el
hidrógeno. De aquí podemos deducir que el resto de los electrones en el átomo de oxígeno
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se encuentra como pares de electrones libres no enlazantes, tal como se muestra en la
siguiente estructura electrónica de Lewis para el agua.
Por otra parte, la geometría de la molécula de agua es angular, ya que ésta conformación
espacial le permite a la molécula alcanzar mayor estabilidad debido a que la repulsión
electrónica de los pares de electrones libres y los compartidos es mínima. De esta forma, el
átomo de oxígeno se sitúa en el vértice de un ángulo de 104.45°, mientras que los átomos
de hidrógeno se encuentran en los extremos de los lados de dicho ángulo.
La distribución de la densidad electrónica en la molécula de agua no es homogénea debido
a la diferencia de electronegatividad de los átomos que la componen, lo que se conoce
como polaridad.
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Como el oxígeno posee una electronegatividad mayor que la del hidrógeno, los electrones
compartidos en los enlaces de la molécula de agua son atraídos con mayor fuerza hacia el
oxígeno, con lo que este adquiere una densidad de carga negativa o carga negativa parcial
(δ- ), y el hidrógeno una carga positiva parcial (δ+), lo que genera un enlace polarizado.
El agua y sus interacciones
En las moléculas de agua, el extremo positivo, donde se encuentran los átomos de
hidrógeno de una molécula, resulta fuertemente atraído por el extremo negativo en el que se
halla el átomo de oxígeno de otra molécula de agua cercana. Esto ocurre no solo con una
molécula, sino que con todas las moléculas del entorno próximo, con lo cual se forman
redes de moléculas unidas entre sí a través de este tipo de unión especial, llamado
interacción por puente de hidrógeno.
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Las uniones por puente de hidrógeno son un tipo especial de interacción intermolecular que
se producen entre el átomo de hidrógeno de un enlace polar, como H-F, H-O o H-N, y un
par de electrones no compartido en un ión o átomo electronegativo cercano, generalmente
F, O o N, de otra molécula. Son mucho más débiles que los enlaces covalentes; sin
embargo, cuando un gran número de estos puentes actúan al mismo tiempo, como ocurre en
el agua, produce un efecto importante en las propiedades de las sustancias.
En nuestro planeta, el agua se encuentra en estado sólido, líquido y gaseoso. En todos ellos,
las moléculas de agua son idénticas. Las diferencias se deben al número de interacciones
intermoleculares, mientras que los enlaces permanecen intactos.
Para que el agua pase del estado sólido (hielo) al estado líquido, y posteriormente a vapor,
se requiere suministrar energía térmica, mientras que en el proceso inverso, de vapor a agua
líquida y a hielo, el agua entrega calor al medio. El fenómeno por el cual una sustancia pasa
del estado sólido al líquido se llama fusión, y el paso del estado líquido al gaseoso,
evaporación. Los procesos inversos se denominan, respectivamente, solidificación y
condensación.
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Los tres estados del agua
- Hielo: El hielo es agua sólida que tiene una estructura cristalina abierta y su geometría
molecular es tetraédrica. En ella, casa átomo de oxígeno de una molécula está rodeado por
cuatro átomos de hidrógeno. Dos de estos átomos de hidrógeno pertenecen a la misma
molécula del agua y están unidos a través de enlaces covalentes; en cambio, los otros dos
átomos de hidrógeno son de otras moléculas de agua y se unen al átomo de oxígeno a través
de puentes de hidrógeno.
La estructura del hielo tiene un gran parecido con la de un panal de abejas con canales
hexagonales.
- Agua líquida: Cuando el hielo se funde, su estructura se hace menos ordenada, pero no se
destruye completamente. Se considera que en el agua líquida persiste la interacción por
puente de hidrógeno; los átomos de oxígeno están todavía rodeados por cuatro átomos de
hidrógeno como en el hielo, pero en regiones restringidas y a distancias muy pequeñas.
La estructura global tetraédrica es menos frecuente, pues está siempre cambiando debido a
que los puentes de hidrógeno se forman y se rompen continuamente. En el estado líquido,
la energía cinética de las moléculas es mayor que en el estado sólido, lo que provoca que
los canales hexagonales colapsen para dar paso a una estructura más densa.
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- Vapor de agua: Es el estado gaseoso del agua. En este estado, las moléculas de agua
tienen una energía cinética lo suficientemente elevada como para que se separen de manera
total unas de otras, con lo que rompen definitivamente los puentes de hidrógeno. Su
comportamiento es el típico de un gas, y forma parte del aire.
Propiedades del agua
El agua tiene propiedades realmente extraordinarias que se consideran anómalas porque se
diferencian de manera significativa de las propiedades de la mayoría de los otros líquidos.
Estas propiedades se deben, por una parte, a la polaridad que presenta la molécula de agua
y, por otra, a la posibilidad que tienen las moléculas de formar interacciones por puentes de
hidrógeno.
Las propiedades anómalas del agua son: altas temperaturas de ebullición y de fusión,
variación de la densidad del agua con la temperatura, alta capacidad calorífica específica,
tensión superficial y capilaridad.
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Temperaturas de ebullición y de fusión más altas que las esperadas
La temperatura de ebullición de un líquido es la temperatura a la que, a presión constante,
el líquido pasa al estado gaseoso, o bien, la temperatura a la que la presión de vapor de un
líquido iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido.
Es importante, recordar que a temperaturas inferiores a la temperatura de ebullición y
superiores a la temperatura de fusión, se produce de manera constante el fenómeno de la
evaporación en la superficie del líquido. La ebullición tiene una característica
significativamente semejante, pues se forma vapor en el interior del líquido, lo que da lugar
a burbujas que salen a la superficie del mismo con el característico hervor. Si el líquido es
puro, la ebullición continúa a temperatura constante mientras se le aporte calor. La energía
térmica suministrada a un líquido durante el fenómeno de la ebullición se invierte en
mantener la temperatura constante y romper las interacciones intermoleculares.
¿Cómo se explica la diferencia entre la temperatura de ebullición del agua y la de otros
compuestos hidrogenados como NH3, H2S?
Propiedad
Masa molar
Composición
TFusión (1 atm)
TEbullición
H2O
18,01 g/mol
2 H, 1 O
0°C
100°C
NH3
17,01 g/mol
3H, 1 N
-77,74°C
-33,35°C
H2S
34,07 g/mol
2H, 1S
-85°C
-60°C
En el agua, las uniones por puente de hidrógeno mantienen a las moléculas menos dispersas
en un gran intervalo de temperatura, por lo que su temperatura de ebullición es mayor que
la esperada para su masa molecular.
La temperatura de ebullición del agua, al igual que la de todos los líquidos, depende de la
presión. Así, si la presión atmosférica es menor, la ebullición ocurre a una temperatura
menor, y como la presión atmosférica varía con la altura, la temperatura de ebullición
también lo hace.
La variación de la densidad del agua con la temperatura es anómala
En la mayoría de los líquidos al aumentar la temperatura, aumenta el volumen y la densidad
disminuye. Sin embargo, el agua se comporta de esta forma solo hasta que la temperatura
es un poco menor que 4°C. Desde esta temperatura hasta convertirse en hielo, es decir, 0°C
en condiciones normales, la densidad del agua disminuye, para luego retomar el
comportamiento común de otras sustancias y aumentar su densidad con el descenso de la
temperatura.
¿Cómo se explica el comportamiento anómalo de la densidad del agua?
Si se disminuye la temperatura del agua a partir de los 100°C, se va produciendo una
contracción del volumen, lo que implica un incremento de la densidad del agua (Densidad=
Masa/Volumen). La máxima contracción o la densidad máxima del agua se alcanza a los
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3,98°C. Si se continúa con el descenso de la temperatura, el volumen aumenta y la densidad
disminuye hasta los 0°C, temperatura en que el agua se solidifica.
Es por esta razón que el paso de agua líquida a hielo va acompañado de un considerable
incremento de volumen, situación que observas cuando dejas congelando agua en un vaso o
en una botella: su volumen aumenta. Este mismo fenómeno explica que el hielo al ser
menos denso pueda flotar sobre el agua líquida.
El agua posee una alta capacidad calorífica específica
Sabemos que si un material se calienta, cualquiera sea su composición o estado físico,
absorbe energía (calor) y experimenta un aumento en su temperatura. Este cambio no es
igual para todos los materiales, ya que algunos necesitan mucha energía térmica para elevar
su temperatura y otros requieren menos energía.
Para medir esta propiedad en las sustancias se utiliza una magnitud llamada capacidad
calorífica específica o simplemente calor específico (c), que se define como la cantidad de
energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de la sustancia en un Kelvin o en
un grado Celsius. Las unidades son J/gK o cal/g°C.
A partir del calor específico, c, del agua cuyo valor corresponde a 1 cal/g °C o también 4,18
joule/ g°C, se definió la caloría como la cantidad de energía necesaria para elevar la
temperatura de 1 gramo de agua en 1°C.
Que el agua posea una alta capacidad calorífica implica que es una sustancia capaz de
almacenar mucha energía, lo que se explica por su estructura y las interacciones puente de
hidrógeno.
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Calor específico, c, de algunas sustancias a 298 K
Sustancia
Agua
Aceite de oliva
Aluminio
Mercurio
J/g K
4,184
1,2
0,90
0,15
cal/g °C
1,0
0,47
0,21
0,035
Tensión superficial
Las fuerzas de cohesión entre las moléculas de la superficie de un líquido son las
responsables del fenómeno denominado tensión superficial. Este fenómeno consiste en que
las moléculas de agua que se encuentran en la superficie del líquido tienen contacto con las
moléculas de agua que están debajo de ellas y no con las del interior del líquido. Por este
motivo, las moléculas que se encuentran en la superficie se cohesionan con más fuerza a
aquellas que están inmediatamente bajo ellas y así forman un film o membrana elástica en
la superficie del líquido.
Se pueden mencionar dos factores que afectan la tensión superficial del agua. Uno de ellos
es la temperatura, pues a mayor temperatura, menor es la tensión superficial, ya que a
mayor temperatura se incrementa la energía cinética de las moléculas y disminuyen las
interacciones entre ellas. El otro factor es la presencia de detergentes o jabones que alteran
las interacciones por puente de hidrógeno entre las moléculas de agua y reducen así la
cohesión de las mismas; por lo tanto, la tensión superficial disminuye.
La tensión superficial se define como la energía necesaria para aumenta el área superficial
de un líquido en una unidad de área. La alta tensión superficial del agua, dos o tres veces
mayor que la de otros líquidos, se debe a las interacciones por puente de hidrógeno. Las que
son relativamente fuertes.
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Capilaridad del agua
¿Te has fijado que cuando colocas una bombilla dentro de un líquido este comienza a
ascender por ella sin que tú intervengas? Esto es posible gracias a una propiedad del agua
llamada capilaridad, que permite al agua subir por superficies verticales debido a que está
asociada a otra propiedad, la adhesión, que se refiere a la atracción de las moléculas de
agua hacia las moléculas de otros materiales.
Las moléculas de agua se adhieren a las paredes de cualquier contenedor, con lo que se
forma una superficie curva llamada menisco. Este fenómeno se observa mejor en
recipientes de vidrio de diámetro pequeño y se debe principalmente a la participación de
tres fuerzas; la cohesión de las moléculas de agua entre sí, la adhesión de las moléculas al
material del recipiente y la fuerza de gravedad que opera sobre la columna de agua. El
menisco del agua en un tubo de vidrio es cóncavo. Otros líquidos, como el mercurio tienen
una tensión superficial tan alta que producen solo meniscos convexos.
El agua es un gran disolvente
El agua es capaz de disolver una enorme variedad de sustancias, tanto así, que algunos la
consideran como el disolvente universal. Para comprender esta capacidad, se debe entender
qué es una disolución acuosa. Una disolución acuosa se genera cuando una sustancia se
dispersa de manera uniforme en el agua. La sustancia que se disuelve en el agua se
denomina soluto, mientras que el agua actúa como disolvente.
Es importante considerar que las disoluciones se forman solo si las fuerzas de atracción
entre el soluto y el disolvente son de magnitudes comparables a las fuerzas de atracción que
existen entre las partículas que constituyen el soluto y las fuerzas intermoleculares del
disolvente.
El agua disuelve muchos compuestos iónicos y también compuestos que pueden interactuar
con ella a través de la formación de uniones por puente de hidrógeno, como el azúcar y los
alcoholes.
Si bien el agua es un buen disolvente, no disuelve todos los compuestos iónicos y tampoco
compuestos orgánicos apolares como los aceites, las grasas y los hidrocarburos.
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Ciclo del agua
El agua en la Tierra está en continuo movimiento, y el ciclo del agua, también conocido
como ciclo hidrológico, describe este movimiento del agua sobre, en y bajo la superficie de
la Tierra. La cantidad de agua existente en el planeta se mantiene constante, pero sus
estados físicos cambian de hielo, líquido a vapor en cualquier parte del ciclo. Estos
procesos pueden ocurrir rápidamente o en miles de años. Gracias al ciclo del agua, la
misma se recicla continuamente alrededor de la Tierra.
Percolación. Una parte del agua que cae sobre la Tierra se filtra a través del suelo,
formando reservas de agua subterránea, conocidas como napas. Esta agua generalmente es
pura, ya que los residuos y contaminantes se quedan en el suelo por donde se filtra. El agua
de las napas puede permanecer cientos o incluso miles de años almacenada bajo la tierra.
Escorrentía. Es el movimiento de agua a través de la superficie de la tierra. Así, el agua de
lluvia o de los deshielos que queda sobre la tierra o el suelo, circula libremente por la
superficie hasta llegar a un río o al mar.
Transpiración. Los seres vivos utilizan una parte del agua para llevar a cabo sus funciones
vitales. Todos los organismos devuelven a la naturaleza parte del agua que ingieren; las
plantas lo hacen únicamente a través del proceso de transpiración; en cambio, los animales
lo hacen, además, a través de la orina y del vapor de agua liberado en la respiración.
Evaporación. Debido a la acción de la energía calórica, la superficie de los ríos, lagos o del
mar se calienta permitiendo que el agua se evapore. Así, el agua en estado gaseoso sube a la
atmósfera.
Condensación. Una vez que el vapor de agua ha ascendido a la atmósfera, esta se enfría y
forma pequeñas gotitas que constituyen las nubes.
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Precipitación. Cuando las nubes se saturan de agua, esta vuelve a la tierra en forma de
lluvia; si en la atmósfera baja mucho la temperatura, el agua caerá en forma de nieve o
granizo.
Influencia del agua en el clima
Las grandes masas de agua producen un efecto moderador de las temperaturas en el medio
ambiente. Esto se debe a dos causas fundamentales. Por una parte, al alto calor específico
del agua y, por otra, a sus valores elevados de calor de vaporización y de fusión.
Para que el agua suba su temperatura y se pueda evaporar, debe absorber una gran cantidad
de energía de los alrededores en forma de calor, porque su calor específico es alto; de esta
manera disminuye la temperatura del medio ambiente. A su vez, en las tardes frías, parte de
este vapor de agua se condensa y libera calor, lo que provoca un aumento de la temperatura
del medio ambiente.
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Tipos de agua
Agua destilada:
Es aquella que como todo tipo de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno
de oxígeno, y a la cual mediante el proceso de destilación se le han eliminado las impurezas
e iones.
La destilación es el proceso que consiste en hacer hervir una cierta cantidad de agua en un
recipiente herméticamente cerrado y conectado a un condensador por su parte superior, el
vapor de agua sube y al pasar por el condensador se enfría y nuevamente se convierte en
líquido, agua destilada, que será almacenada en un recipiente colector que estará conectado
al otro extremo del condensador.
Aguas duras:
Es aquel tipo de agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro. Estos
iones positivos reaccionan con los iones negativos del jabón para formar una sustancia
insoluble que impide la acción limpiadora del jabón.
Este tipo de agua no puede ser usada para cocinar ni industrialmente porque forma costras
(sarro) en las calderas.
Para ablandar estas aguas, es necesario remover las sales de calcio y magnesio
precipitándolas o utilizando resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los
iones Ca+2, Mg+2, Fe+3 y los cambian por otros cationes que no causen problemas.
Aguas negras:
La mayor parte de los materiales orgánicos pueden ser degradados por microorganismos,
esta degradación puede ser aeróbica o anaeróbica.
La oxidación aeróbica ocurre en presencia de oxígeno disuelto. Si un efluente con materia
orgánica sufre descomposición, los productos de desecho gaseosos causan a futuro
problemas de salubridad y muerte de ese ecosistema.
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Una medida de la cantidad de oxígeno necesaria para esta degradación es la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO). Cuanto mayor es la cantidad de desechos orgánicos
degradables, lógicamente, mayor será la DBO. Si la DBO es lo bastante alta, se agotará el
oxígeno y ningún ser vivo (con excepción de los microorganismos anaeróbicos que
producen olores desagradables) puede sobrevivir en el lago o corriente.
Cuando el oxígeno disuelto en un cuerpo de agua se agota por un exceso de materia
orgánica, ya sea que provenga de aguas negras, algas muertas u otras fuentes, predominan
los procesos de descomposición anaeróbica. En lugar de oxidar la materia orgánica, las
bacterias anaeróbicas la reducen y se forma metano (CH4), el azufre se convierte en sulfuro
de hidrógeno (H2S) y otros compuestos orgánicos malolientes. El nitrógeno se reduce a
amoníaco (NH3) y aminas también malolientes. Los desagradables olores son una buena
indicación de que el agua está sobrecargada con desechos orgánicos. Ningún ser viviente,
aparte de los microorganismos anaeróbicos, pueden sobrevivir en tales aguas.
Aguas ácidas:
En su caída, las aguas lluvias arrastran por disolución algunos contaminantes atmosféricos,
como óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, que se convierten en ácido nítrico (HNO3) y
sulfúrico (H2SO4) respectivamente.
Éstos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia, nieve o simplemente niebla ácida. El agua
ácida es perjudicial para la vida en los lagos y corrientes de agua, los efectos de las aguas
ácidas sobre los organismos vivos son difíciles de establecer con precisión, tal vez el efecto
más importante de la acidez es que causa en los suelos.
Agua potable:
Son aquellas aptas para beber y contienen sustancias como sales de Mg, Ca, Na, K y aire,
ausencia de microorganismos patógenos, nitritos, nitratos y material orgánico. En muchos
casos el agua que bebemos proviene de represas, lagos y ríos .Esta agua podría estar muy
contaminada con sustancias químicas y microorganismos patógenos. Lograr que esta agua
sea segura y aceptable para el paladar implica varios pasos de tratamiento químico y físico.
Etapas de Obtención
1. Procesos Físicos: Eliminación de ripios, ramas, papeles, gravillas y arenas.
2. Procesos Físico-Químicos: coagulación, floculación, cloración y fluoración.
Captación. El agua cruda se obtiene de dos fuentes distintas, aguas superficiales (lagos y
ríos) y aguas subterráneas (pozos profundos). En esta etapa se eliminan los sólidos grandes
como basura, ramas y hojas que pudiese contener el agua.
Desarenación. En esta etapa el agua es conducida a estanques desarenadores, en donde se
disminuye la velocidad del agua y por efecto de la gravedad, la arena existente decanta, y el
agua se aclara.
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Coagulación y Floculación. En esta etapa se agregan al agua coagulantes como cloruro
férrico AlCl3 y sulfato de aluminio Al2(SO4)3 que facilitan la aglomeración de partículas
pequeñas aún existentes en el agua, haciéndolas más pesadas. La Coagulación es un
proceso que consiste en la desestabilización de las partículas coloidales a través de la
neutralización de sus cargas, generalmente negativas (-).
Decantación. Las partículas aglomeradas por efecto de la gravedad se depositan en el
fondo del estanque, lo que produce la clarificación del agua.
Filtración. A continuación el agua se somete a un filtrado que permite eliminar los flóculos
al quedar retenidos en el sistema de filtros. Los filtros están formados con capas de
principalmente carbón activo, arena y gravilla.
Cloración. Al agua ya filtrada se le incorpora cloro para la eliminación de
microorganismos patógenos presentes como bacterias y hongos, además contribuye a la
eliminación de olores.
Fluoruración. El último paso es agregar flúor al agua con medida general para prevenir la
formación de caries. Los contenidos óptimos son del orden de 1,5-2,5 mg/L.
Esquema de obtención del agua potable
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Aguas residuales:
Las aguas residuales son aquellas aguas contaminadas y producidas durante las actividades
del hombre ya sea en procesos industriales, domésticos, agrícolas, pecuarios, etc.
Respecto de los contaminantes en el agua varía según su uso, por ejemplo las aguas
municipales (casas) están contaminadas principalmente con materia orgánica y detergentes.
Los trabajos agrícolas y ganaderos contaminan principalmente los ríos y afluentes con
pesticidas, funguicidas, etc., además aporta una cantidad importante de materia orgánica
debido a los desechos de animales y de la transformación de los productos vegetales y
animales.
Las industrias como papeleras, textiles y siderúrgicas utilizan agua en sus procesos de
producción, durante estas etapas las industrias aportan contaminantes como aceites, materia
orgánica, metales pesados e incluso materiales radiactivos.
Para evitar los daños a la salud y el medio ambiente se tratan las aguas residuales.
Tratamiento primario
Consiste en la eliminación del material sólido como palos, piedras, hojas por métodos
mecánicos como filtración, flotación y sedimentación (decantación).
Tratamiento secundario
En esta etapa se elimina hasta el 90% de los desechos biodegradables que requieren
oxígeno. La eliminación se produce por procesos fisicoquímicos (lodos activados, aireación
y métodos anaeróbicos).
El tratamiento secundario más común es el de los lodos activados donde las aguas
residuales provenientes del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se
burbujea aire u oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido crecimiento de
las bacterias y otros microorganismos.
Las bacterias utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de estas aguas.
Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo
activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para
que sea degradado.
Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo,
incinerado o llevado a un relleno sanitario.
Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas se elimina cerca del 90 % de los
sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica.
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Tratamiento terciario
Se denomina tratamiento terciario a cualquier tratamiento que se realice después de la etapa
secundaria, el fin de este tipo de tratamiento es eliminar la mayor cantidad de desechos
antes de enviar las aguas nuevamente a un río o directamente al mar.
Las operaciones que se utilizan en los tratamientos terciarios son:
_ Adsorción por carbón activado
_ Osmosis inversa
_ Microfiltración
_ Intercambio iónico
_ Electrodiálisis
_ Cloración
_ Ozonización.
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Algunas reacciones químicas del agua
Pt
Descomposición: 2H2O(l) →
2H2 (g) + O2 (g)
1600°C
H+
Electrólisis: 2H2O(l) →
2H2 (g) + O2 (g)
electricidad
Reacción con metales alcalinos: K(s) + H2O(l) → 2KOH(ac) + H2 (g)
Reacción con óxidos básicos: Na2O(s) + H2O(l) → 2NaOH(ac)
Reacción con óxidos ácidos: SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(ac)
PREGUNTAS PSU
1. El agua se considera como el solvente universal, pues presenta la capacidad de disolver
gran cantidad de sustancias. Esta propiedad se debe:
A) a la ionización molecular del agua.
B) a la capilaridad que tiene el agua como liquido.
C) a la polaridad que presentan las moléculas de agua.
D) a los ángulos que presentan la estructura molecular del agua.
E) al tipo de enlace covalente que presenta las moléculas de agua.
2. En el proceso de electrolisis, el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno gaseoso,
respectivamente al hacer pasar un flujo de electrones por ella, cómo debieran ser los
volúmenes:
A) iguales entre el hidrógeno y el oxígeno.
B) el volumen de hidrógeno es 1,5 veces mayor que el oxígeno.
C) el volumen de oxígeno es el doble con respecto al hidrógeno.
D) el volumen de oxígeno es la mitad con respecto al hidrógeno.
E) el volumen de hidrógeno es un tercio con respecto al oxígeno.
3. Si se quiere aislar eléctricamente cierta sustancia sumergiéndola en agua, ¿en cuál de los
siguientes tipos de agua se podría hacer con mayor seguridad?
A) Agua dura.
B) Agua de mar.
C) Agua potable.
D) Agua ionizada.
E) Agua destilada.
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4. El agua en estado líquido presenta varias propiedades con respecto a ellas. ¿Qué
fenómeno se cumple cuando se observa que un insecto camina sobre la superficie del agua?
A) Densidad.
B) Viscosidad.
C) Capilaridad.
D) Tensión superficial.
E) Afinidad del líquido
5. Las aguas contaminadas se caracterizan por presentar mal olor debido a la presencia de
microorganismos anaeróbicos en ella. Para disminuir el mal olor se mide la cantidad de
oxígeno en relación con el estudio del agua y se utiliza la abreviación DBO, que significa
“demanda bioquímica de oxígeno”. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe de mejor
manera la abreviación DBO?
A) La técnica con que se ablanda al agua dura.
B) La medición del grado de acidez presente en el agua.
C) Un proceso de purificación de aguas altamente contaminadas.
D) Una medida de la cantidad de sustancias volátiles presentes en el agua.
E) Una medida de la cantidad de O2 necesaria para la degradación de material orgánico.
6. El agua dura contiene exceso de algunos iones (aproximadamente 0,6 g/litro) que se unen
con los iones del jabón para formar sustancias insolubles que se pegan a la ropa, dando a
esta el aspecto de sucias, impidiendo así la acción limpiadora del jabón. En este caso se
dice que el jabón”se corta”. Dichos iones son:
A) Ca+2 y Mg+2
B) SO24– y Cl–
C) Na+ y K+
D) K+ y SO24–
E) Na+ y Cl–
7. El punto de ebullición del agua líquida es anormalmente alto. Esto se explica porque en
el agua líquida existe:
A) una disposición hexagonal entre los oxígenos, originando un gran volumen y por ende
una baja densidad.
B) una fuerza atractiva entre el oxígeno de una molécula de agua y el hidrógeno de otra
molécula de agua.
C) una interacción débil entre dos moléculas de agua, denominadas fuerzas de Van der
Waals.
D) dos enlace covalentes polares con gran diferencia de electronegatividad, que origina un
momento bipolar total cero.
E) una interacción entre los átomos de hidrógeno de dos moléculas de agua.
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8. Se sabe que la molécula de agua es polar y que entre ellas se establecen innumerables
puentes de hidrógeno, confiriéndole al agua algunas de sus propiedades físico-químicas que
la hacen única. Suponiendo hipotéticamente que no existieran dichos puentes de hidrógeno
entre sus moléculas, entonces:
A) disminuiría su calor específico.
B) se elevaría su calor de vaporización.
C) perdería su capacidad y acción disolvente.
D) mantendría sus puntos de fusión y ebullición.
E) aumentaría la fuerza de cohesión entre sus moléculas.
9. El proceso de potabilización del agua implica una serie de etapas. Si se quiere atrapar las
partículas que provocan la turbiedad, esto se realiza en cuatro etapas, las que se indican a
continuación, sin que estén necesariamente en el orden correcto.
I. Filtración para atrapar los sólidos que quedan en suspensión.
II. Decantación mediante la cual se separa el agua de los sólidos.
III. Cloración para tener la certeza de eliminar los microorganismos más resistentes.
IV. Floculación para atrapar partículas de tierra y bacterias.
¿Cuál es el orden en el que se efectúan estos procesos?
A) 4 - 2 - 1 - 3
B) 1 - 2 - 3 - 4
C) 3 - 1 - 2 - 4
D) 2 - 1 - 4 - 3
E) 4 - 2 - 3 – 1
10. La molécula de agua es una sustancia pura debido a que:
I. Se puede descomponer en sus elementos mediante electrólisis.
II. Cualquiera sea la cantidad de moléculas, sus puntos de fusión y ebullición no varían.
III. Su composición es constante cualquiera sea su volumen.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I, II y III
11. Un agua dura no puede ser usada para mezclarlas con detergentes, ya que:
A) Posee iones de sodio e iones cloruro.
B) Aumenta la acidez del agua.
C) Provoca toxicidad en los organismos vivos.
D) No puede ser eliminado por el organismo.
E) Forma coágulos disminuyendo la capacidad del detergente.
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12. ¿Qué tipo de enlace intermolecular posee el agua?
A) Covalente polar.
B) Covalente apolar.
C) Metálico.
D) Iónico.
E) Puente de hidrógeno
13. En relación con el agua, ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
A) El hielo es más denso que el agua líquida.
B) En la naturaleza se encuentra en los tres estados de agregación.
C) Es un gran disolvente apolar.
D) Es considerada una mezcla de hidrógeno y oxígeno.
E) Es un excelente conductor de la corriente eléctrica.
14. Al considerar el poder disolvente del agua, se puede afirmar que:
I. Disuelve algunos solutos iónicos.
II. Disuelve todos los solutos iónicos.
III. Disuelve compuestos no iónicos que puedan interactuar con las moléculas de agua
mediante puentes de hidrógeno.
IV. No disuelve solutos no polares.
A) Sólo I
B) I y II
C) II y III
D) III y IV
E) I, III y IV
15. Un cubo de hielo flota en el agua porque:
I. La densidad del hielo es mayor que la del agua.
II. La densidad del hielo es menor que la del agua.
III. El hielo ocupa un volumen mayor que el agua líquida.
IV. La estructura cristalina del hielo deja espacios vacíos.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) II, III y IV
E) I, II y III
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16. ¿Qué propiedad del agua otorga a océanos y lagos la capacidad de regular el clima?
A) Elevado punto de ebullición.
B) Gran poder disolvente.
C) Alta masa molecular.
D) Elevado calor específico.
E) Ninguna de las anteriores.
17. ¿Por qué en las plantas el agua se mueve desde las raíces hasta las hojas?
A) Porque el agua es empujada por el soluto.
B) Por la propiedad que posee el agua de adherirse a las paredes de un sólido y ascender
por capilaridad.
C) Debido a su alta capacidad disolvente.
D) Por la cohesión de las moléculas de agua.
E) Todas las anteriores.
18. ¿Cuál de las siguientes propiedades del agua se debe a la capacidad de sus moléculas de
formar puentes de hidrógeno?
A) Tensión superficial alta.
B) Densidad del hielo menor que la del agua líquida.
C) Temperaturas de ebullición y de fusión altas.
D) Capacidad calorífica alta.
E) Todas las anteriores.
19. La estructura de Lewis de la molécula de agua es:
¿Qué se observa en la molécula de agua?
A) Un par de electrones libres o no enlazantes y dos pares de electrones enlazantes.
B) Dos pares de electrones libres y dos pares de electrones enlazantes.
C) Tres pares de electrones libres.
D) Un par de electrones enlazantes y dos pares de electrones libres.
E) Cuatro pares de electrones enlazantes y cero pares de electrones libres.
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20. Para formar un hidróxido, el agua podría reaccionar con sólo una de las siguientes
sustancias, indíquela
A) NH3
B) SO3
C) Na
D) H2
E) HCl
21. La densidad del agua varía con la temperatura según como indica el gráfico:
Del análisis de la figura, se puede afirmar que:
I. A 0 ºC y 8 ºC el agua presenta la misma densidad.
II. Mientras más elevada es la temperatura, mayor es la densidad del agua.
III. A 4 ºC, 1,0 g de agua ocupa un volumen menor que a otra temperatura.
A) sólo I.
B) sólo II.
C) sólo III.
D) sólo I y III.
E) sólo II y III.
22. Una de las razones de por qué algunos líquidos presentan puntos de ebullición altos se
debe a la formación de puentes de hidrógeno. ¿Cuál de las siguientes sustancias pueden
formar puentes de hidrógeno?
H2O CH3OH CH4
C6H6
(agua) (metanol) (metano) (benceno)
A) Sólo agua y metanol.
B) Sólo agua y metano.
C) Sólo metanol y metano.
D) Sólo metano y benceno.
E) Todas las sustancias mencionadas.
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23. ¿Cuál es la mayor fuente disponible y de reserva de agua dulce para los seres humanos?
A) los lagos
B) los ríos
C) los océanos
D) aguas subterráneas
E) nieves y glaciares
24. Las aguas ácidas se forman de diversas maneras, una de ellas es por la reacción de un
contaminante secundario, el SO3, con H2O formándose H2SO4, este ácido cae en forma de
lluvia o nieve ácida produciendo diversos problemas entre los cuáles están:
I. corrosión de metales y mármol.
II. acidificación de suelos de cultivo.
III. aumento en el pH de los suelos cultivables.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) I y II
D) I y III
E) I, II y III
25. En el proceso de potabilización del agua potable se utilizan distintas operaciones. Una
de ellas es agregar hidróxido de calcio Ca(OH)2 junto con sulfato de aluminio Al2(SO4)3.
Esta operación recibe el nombre de:
A) precipitación.
B) floculación.
C) filtración.
D) decantación.
E) ablandamiento.
26. ¿Cuál es la secuencia correcta que se sigue para potabilizar el H2O?
1. desarenación.
2. adición de sulfato de aluminio.
3. cloración.
4. floculación y decantación
5. filtración.
6. almacenamiento en estanques.
A) 1, 2, 3, 4, 5, 6
B) 1, 2, 4, 5, 3, 6
C) 1, 4, 5, 2, 6, 3
D) 1, 5, 4, 3, 2, 6
E) 1, 6, 5, 3, 4, 2
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27. ¿Cuál de las siguientes propiedades no corresponde al agua?
A) Excelente electrolito
B) Alto punto de ebullición
C) Elevada tensión superficial
D) Alta fuerza de cohesión
E) Buen disolvente de sales minerales
28. La electrólisis del agua:
I. requiere energía eléctrica.
II. genera H2 y O2
III. genera H+ y OHA) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) I, II y III
29. Desde el punto de vista químico, el agua pura es:
A) una mezcla heterogénea
B) un líquido
C) un elemento químico
D) un compuesto químico
E) una mezcla homogénea
30. La adición de flúor al agua potable se justifica porque:
I. permite la generación de flóculos que clarifican el agua.
II. disminuye la multiplicación de la placa bacteriana.
III. permite eliminar agentes patógenos.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) I, II y III
31. El calor específico de una sustancia es 0,25 cal /g ºC esto significa que se debe aplicar:
A) 1°C a 0,25 g de sustancia para elevar su temperatura
B) 0,25°C a 1 g de sustancia para elevar su temperatura
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C) 0,25°C a 0,25 g de sustancia para elevar su temperatura en 1°C
D) 0,25 calorías a 1 g de sustancia para elevar su temperatura en 1°C
E) 1 caloría a 0,25 g de sustancia para elevar su temperatura en 1°C
32. Al descomponer 20 moléculas de agua, ¿Cuántas moléculas de hidrógeno gaseoso y
oxígeno gaseoso se obtienen, respectivamente?
A) 20 y 20
B) 10 y 5
C) 40 y 20
D) 10 y 20
E) 20 y 10
33. Una característica importante de las moléculas es su geometría u ordenamiento de los
átomos. La molécula de agua presenta una geometría molecular de tipo:
A) tetraédrica
B) angular
C) lineal
D) plana trigonal
E) triangular
34. La molécula de agua está estructurada de la siguiente manera, el átomo de oxígeno se
ubica en un vértice y dos átomos de hidrógeno en los lados de un ángulo que mide:
A) 50°
B) 90°
C) 104°
D) 140°
E) 180
35. La forma que adoptan las gotas de lluvia está relacionada con la propiedad de los
líquidos llamada:
A) tensión superficial.
B) presión de vapor.
C) compresibilidad.
D) viscosidad.
E) presión osmótica.
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36. A una determinada presión, el agua se somete a los siguientes cambios sucesivos de
fase:
1
2
3
Líquido → Vapor → Líquido → Sólido
¿Cuál es el orden correcto de los cambios ocurridos?
Cambio 1
Cambio 2 Cambio 3
A) Condensación Congelación Vaporización
B) Vaporización Condensación Congelación
C) Vaporización Congelación Fusión
D) Sublimación Destilación Congelación
E) Condensación Sublimación Fusión
37. Respecto del proceso de vaporización del agua, se puede afirmar que:
I) la presión de vapor aumenta si se eleva la temperatura.
II) el proceso inverso se denomina fusión.
III) la presión de vapor depende de las fuerzas intermoleculares.
Es (son) correcta(s)
A) sólo I.
B) sólo II.
C) sólo I y III.
D) sólo II y III.
E) I, II y III.
38. La destilación involucra la siguiente secuencia de estados:
A) gas → líquido → sólido
B) líquido → gas → líquido
C) sólido → líquido → gas
D) sólido → gas → sólido
E) líquido → sólido → líquido
39. ¿Cuál de los siguientes solutos presenta mayor solubilidad en agua?
A) CH4
B) CO2
C) C6H6
D) CCl4
E) CH3OH
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40. El catión más abundante del agua de mar es:
A) Fe+2
B) Na+
C) K+
D) Ca+2
E) Li+
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Solucionario
N°
Pregunta
Alternativa
Correcta
N°
Pregunta
Alternativa
Correcta
N°
Pregunta
Alternativa
Correcta
N°
Pregunta
Alternativa
Correcta
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
D
E
D
E
A
B
A
A
E
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
E
E
B
E
D
D
B
E
B
C
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
D
A
E
C
B
B
A
D
D
B
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
D
E
A
C
A
B
C
B
E
B
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