El agua y sus fascinantes propiedades

Un repaso sobre la maravilla que es el agua, explicando preguntas fundamentales que profundizan en este componente fundamental de la vida.

En el mundo vivimos rodeados de agua. Cuando respiramos entra y sale vapor de agua de nuestros pulmones. Nuestros ojos y bocas están constantemente húmedos para mantenerse. Entramos en contacto con ella cuando llueve, cuando lavamos algo, y es parte integral de nuestra supervivencia. Veamos por qué.

¿De qué esta hecha?

El agua consta de dos moléculas de hidrógeno unidas a una de oxígeno. Esa unión se llama «enlace covalente» y se da entre los electrones de cada molécula. Los átomos tienen «vacantes», por así decir, en sus orbitales electrónicos, y para llenar esos espacios vacíos los átomos forman enlaces y comparten los electrones. El oxígeno tiene dos orbitales libres, y como cada hidrógeno tiene solo un electrón y un orbital libre, comparten un enlace cada uno.

¿Por qué el agua es líquida?

El agua es única y especial, porque al poder existir a la vez como gas, líquido y sólido, ayuda a regular el clima de todo el planeta. Si comparamos el agua con una sustancia parecida, el dihidruro de azufre (H2S), que tiene casi la misma forma y composición, notamos que el H2S no puede formar otra cosa que gas. ¿Qué tiene de especial el agua?

El agua tiene oxígeno, el cual es muy negativo, mucho más que el azufre. Esto hace que los electrones estén concentrados allí, y por lo tanto los hidrógenos poseen un campo muy positivo. Las moléculas de agua se atraen entonces por magnetismo, los hidrógenos forman un enlace llamado «puente de hidrógeno», el cual es muy fuerte y permite que el agua exista en forma líquida y sólida.

¿Por qué el agua moja?

Como el agua tiene dos partes muy positivas y otra muy negativa, se dice que es polar. Muchos materiales son polares, o sea que tienen diferencias en campos eléctricos. La ropa es el mejor ejemplo, la tela se puede cargar muy fácilmente de electricidad y por eso se pueden crear pequeñas chispas frotando ropa contra ciertos objetos. La piel y el pelo también son polares.

El agua entonces tiene tendencia a pegarse a los materiales con esta propiedad, y por eso moja. Algunas sustancias, como el aceite y el plástico, no son polares y por eso el agua resbala de ellas.

¿Por qué el hielo flota?

El agua, como se dijo antes, está unida por enlaces de puente de hidrógeno. Esos enlaces no sólo son muy poderosos, también son muy rígidos. Entonces cuando el agua se enfría mucho, los puentes cambian de lugar para poder mantenerse. Durante la congelación, se forma un cristal muy amplio, que aumenta la distancia entre las moléculas y su densidad baja. Cuando el hielo se derrite, las celdas del cristal se rompen y las moléculas se compactan. La mayor densidad se alcanza a los cuatro grados. Imagine un lago congelado, justo debajo de la capa de hielo hay agua muy fría, entre cero y cuatro grados.

Pero debajo y hasta el fondo del lago el agua tiene cuatro grados o más. Por eso hay vida hasta en el fondo de los mares, porque el agua está a temperaturas habitables. ¡No solo eso! Si no fuera porque el hielo flota, todos los cuerpos de agua se congelarían desde el fondo y todos los animales que estén en ella morirían, pero como si flota, ¡el hielo forma una barrera protectora! No importa cuántos grados bajo cero halla afuera, por debajo siempre habrá agua a cuatro grados.

¿Qué es la tensión superficial?

La tensión superficial es una propiedad del agua que hace que su superficie sea elástica. Algunos insectos camina sobre el agua gracias a esa propiedad.

Sucede que las moléculas del agua se atraen unas a otras por los enlaces de hidrógeno. Se tiran unas a otras y esos tirones se neutralizan porque vienen de todas las direcciones. Pero en la superficie no, y por eso se forma una tensión causada por la fuerza con la cual las moléculas de la superficie son atraídas hacia dentro.
Como esas moléculas tienen más energía que las demás, el agua trata de reducir su superficie para que la mayor cantidad de partículas tengan la misma energía.

Si algo hiciera presión en la superficie del agua, ésta se curvaría y aumentaría el área del agua y la tensión superficial se opone a esta deformación. Cuando un grifo de agua está mal cerrado, cada gota trata de contener su peso con la tensión superficial hasta que el peso la supera, por eso gotea en lugar de fluir normalmente.

¿Por qué el agua se seca?

El agua cuando bulle se convierte en vapor, sin embargo esto también pasa en cualquier temperatura. Es porque las moléculas, que siempre están moviéndose de un lado a otro dentro del líquido, chocan. Cuando chocan, intercambian energía, y a veces un choque con una molécula de la superficie le da el impulso que necesita para vencer la tensión superficial y escapar en forma de vapor.

Pero a veces el agua parece no secarse nunca. Sucede que lo mismo puede pasar al revés: cuando hay suficiente vapor en el aire, el agua se condensa tan rápido como se evapora, y aunque se siga evaporando no lo notamos.

Agua explosiva e hielo instantáneo

El agua cuando hierve o se congela necesita dónde comenzar el proceso, por ejemplo una impureza o una imperfección en el envase donde esté contenido. Si el agua es pura y el envase perfectamente liso, el agua no podrá bullir o congelarse, y permanecerá líquida. Se dice que el agua está super-calentada o super-enfriada cuando supera el punto de congelamiento o ebullición.

Si se altera, por ejemplo, añadiendo un grano de sal, inmediatamente se congelará o hervirá. En el segundo caso, el agua hirviente saltará del envase y podría causar graves quemaduras si toca la piel, por ello no es conveniente calentar agua pura a fuego lento o con horno de microondas.

¿Por qué el agua es tan importante?

El agua puede almacenar mucha energía, y es muy difícil de calentar. Además, gracias a ser tan polar, disuelve muchísimas sustancias. Esas dos propiedades la hacen esencial: nos permite regular el funcionamiento y temperatura de nuestro cuerpo y sirve para transportar nutrientes y residuos diluidos.

Como expulsamos agua en forma de transpiración, aliento y orina diariamente, necesitamos reemplazarla. Nuestro cuerpo no dura más de unos días sin agua, la pérdida de tan solo el uno por ciento nos da sed, por eso es importante tomar agua cuando uno suda, especialmente en verano.

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