Estructura de la molécula de agua
El agua consiste en pequeñas moléculas polares en forma de V con fórmula molecular H2O.
- ¿Cuál es la diferencia entre el orden posicional y el orden de orientación de las moléculas en un material?
- ¿Qué átomos no se forman en moléculas con otros?
- Si tuviera una sola molécula de agua, ¿cómo podría realizar la electrólisis? Debido a que el oxígeno es diatómico, ¿podría obtener un solo átomo?
- ¿Cuántos átomos hay en una molécula de Al2 (SO4) 3?
- ¿Cómo se ordenan las moléculas en los tres estados de la materia?
‘El agua es H2O, hidrógeno en dos partes, oxígeno uno, pero también hay una tercera cosa, que lo hace agua y nadie sabe qué es. ‘
Estructura del agua, Introducción
El agua es una pequeña molécula doblada con la fórmula molecular H2O, que consta de dos átomos de hidrógeno ligeros unidos a cada átomo de oxígeno 16 veces más pesado. Cada molécula es eléctricamente neutral pero polar, con el centro de cargas positivas y negativas ubicadas en diferentes lugares. Cada átomo de hidrógeno tiene un núcleo que consiste en un solo protón cargado positivamente rodeado por una ‘nube’ de un solo electrón cargado negativamente y el átomo de oxígeno tiene un núcleo que consta de ocho protones cargados positivamente y ocho neutrones no cargados rodeados por un ‘ nube ‘de ocho electrones cargados negativamente. Al formar la molécula, los diez electrones se emparejan en cinco ‘orbitales’, un par estrechamente asociado con el átomo de oxígeno, dos pares asociados con el átomo de oxígeno como electrones ‘externos’ y dos pares que forman cada uno de los dos enlaces covalentes OH idénticos.
Los ocho electrones externos a menudo se muestran como los pares de puntos en
donde los pares de electrones entre los átomos O y H representan los enlaces covalentes OH y los otros dos pares de electrones representan los llamados ‘pares solitarios’. Estos pares de electrones forman ‘nubes’ de electrones que se extienden aproximadamente de forma tetraédrica alrededor del núcleo de oxígeno a medida que se repelen entre sí. Esta es la razón de la estructura doblada del agua. Las ocho cargas positivas en el núcleo de oxígeno atraen a todos estos electrones fuertemente en relación con las cargas positivas individuales en cada uno de los átomos de hidrógeno. Esto deja a los átomos de hidrógeno parcialmente desprovistos de electrones, y por lo tanto parcialmente cargados positivamente, y el átomo de oxígeno parcialmente cargado negativamente, es decir,.
.
Debido a la presencia de estas cargas y la naturaleza doblada de la molécula, el centro de la carga positiva (a medio camino entre los dos átomos de hidrógeno) no coincide con el centro de la carga negativa (en el átomo de oxígeno). En agua líquida, esto proporciona un momento dipolar molecular desde el centro de carga negativa al centro de carga positiva, equivalente a una unidad de carga negativa (es decir, un electrón) separada de una unidad de carga positiva por 0.061 nm. La presencia de este momento dipolar en todas las moléculas de agua provoca su naturaleza polar.
El agua es mucho más pequeña que casi todas las demás moléculas. Como resultado, tanto el agua líquida como la sólida (hielo) tienen altas densidades de moléculas. Un litro de agua a temperatura ambiente (25 ° C) pesa casi un kilogramo (997 g) y contiene aproximadamente 33 millones de millones de millones de moléculas.
La molécula tiene forma de V. A menudo se muestra como
o
pero está mejor representado como
o incluso
dando una idea más precisa de su forma bastante rotunda y también indicando la carga (el rosa muestra una superficie cargada negativamente y el verde muestra una superficie cargada positivamente).
En agua líquida, la longitud media de OH es de aproximadamente 0.097 nm, el ángulo medio de HOH es de aproximadamente 106 ° y la carga negativa media en el átomo de oxígeno es aproximadamente el 70% de la de un electrón con cada átomo de hidrógeno cargado positivamente compartiendo la carga neutralizante. Las moléculas de agua individuales tendrán valores diferentes para estos parámetros dependiendo de su energía y entorno. Las cargas opuestas en los átomos de oxígeno e hidrógeno hacen que diferentes moléculas de agua se atraigan entre sí. Esta atracción es particularmente fuerte cuando el enlace OH de una molécula de agua apunta directamente a un átomo de oxígeno cercano en otra molécula de agua, es decir, cuando los tres átomos de OH O están en línea recta. Esto se llama ‘enlace de hidrógeno’ ya que los átomos de hidrógeno parecen retener a ambos átomos de oxígeno. Esta atracción entre las moléculas de agua vecinas, junto con la alta densidad de moléculas debido a su pequeño tamaño, produce un gran efecto cohesivo dentro del agua líquida que es responsable de la naturaleza líquida del agua a temperatura ambiente.
El agua pesada (D2O) tiene propiedades similares, pero no idénticas, a H2O. El átomo de deuterio (D) es un isótopo estable de hidrógeno que tiene un neutrón junto al protón en su núcleo, casi duplicando su masa atómica.