Actividad: Qué es la anomalía del agua?

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1 Nivel: 1º Medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: El agua Actividad: Seguramente ya has escuchado sobre la anomalía del agua. Sabes en qué consiste y qué es algo anómalo? Se dice que algo es anómalo cuando presenta alguna anormalidad o irregularidad a lo que se espera normalmente. En algunas oportunidades, el comportamiento del agua bajo ciertas condiciones es anómalo o irregular comparado con el de otras sustancias sometidas a las mismas condiciones. Cuáles son las condiciones frente a las que el agua se comporta en forma anómala? Observa que las sustancias en estado sólido son más densas que las mismas sustancias en estado líquido o gas. En otras palabras, cuando las sustancias se congelan reducen su volumen debido a que cambian de estado sólido a líquido. El estado sólido contempla una organización de la materia de modo que cada partícula que compone una sustancia está justo al lado de la otra, y casi no hay espacio entre ellas. En cambio, en el estado líquido, las partículas que componen una sustancia se encuentran más separadas entre sí. Por último, en el estado gaseoso, estas partículas están completamente separadas, tienen movimiento y viajan en el espacio sin interacciones entre ellas. Por lo tanto, es lógico pensar que cuando algo pasa al estado sólido o se congela, disminuye su volumen porque las partículas que lo componen ocupan menos espacio. La consecuencia directa de este cambio en el volumen se puede constatar a través de la densidad de los objetos. Recuerda que la densidad se define como la cantidad de masa de una m sustancia en cada unidad de volumen: d =. v Si disminuimos el volumen (o el espacio que ocupa un cuerpo), aumenta el valor de la densidad debido a que la misma masa la estamos dividiendo por un número menor, lo que incrementa el valor del resultado. Y después de todo esto, cuál es la anomalía del agua? En el caso del agua, nada de esto se cumple. Cuando el agua se congela no ocupa menos espacio. Ocurre exactamente lo contrario, es decir, aumenta el volumen, lo que la hace ocupar un espacio mayor. 1

2 Qué es la dureza del agua? Nivel: 1º Medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: El agua Actividad: Qué es la dureza del agua? El agua tiene un gran poder disolvente, lo que significa que disuelve gran cantidad de sales que se encuentran naturalmente en los suelos. Las aguas que tienen muchas sales disueltas se llaman aguas duras. En particular, este nombre hace alusión a la presencia de calcio y magnesio en el agua en forma de carbonato de calcio (CaCO 3 ) y carbonato de magnesio (MgCO 3 ). Este tipo de agua tiene bajo poder de disolución frente a otras sustancias y, por lo tanto, no las disuelve. Si la utilizas en tu casa verás que no puedes disolver en ella café, té, azúcar o jabón, lo que impide que puedas cocinar o lavar. Cuando usamos agua dura para lavar con jabón, vemos que se forma poca espuma debido a que las sales que están disueltas en el agua reaccionan con el jabón, formando otra sal que es insoluble en el agua; por eso decimos que el jabón se corta. Las aguas duras se utilizan fundamentalmente en riegos, y se encuentran principalmente en el norte de nuestro país, donde su concentración puede alcanzar las 800 ppm de sal, es decir, si tenemos un litro de agua, hay disueltos 800 gr de sal en ella. El sarro que generalmente se forma en las teteras o el que vemos en las llaves del baño o la cocina son sales de calcio y magnesio que se van depositando. Esto nos indica que el agua potable que utilizamos tiene altas cantidades de estos iones. Se puede sacar el sarro acumulado en nuestros hogares? Si bien podemos sacar el sarro mecánicamente, existen algunas propiedades químicas de estas sales que nos permiten sacarlas y dejar limpios nuestros utensilios. Para comprobar que es posible extraer el sarro de los utensilios necesitas: - Una tetera u otro instrumento (utensilio) con sarro. - Vinagre I. Procedimiento 1. Introduce un poco de vinagre dentro de la tetera con sarro y revuelve. 2. Observa qué ocurre con el sarro que se encuentra en las paredes de la tetera. 1

3 Qué es la dureza del agua? Por qué crees tú que el sarro es removido por el vinagre? II. Preguntas y aplicaciones Para descubrir por qué el vinagre puede remover el sarro debes realizar una investigación. Para ello, busca material en el portal educarchile, en otros medios como Internet o en una biblioteca. Una vez que dispongas de este material, responde las siguientes preguntas: 1. A qué tipo de compuesto corresponde el vinagre? Escribe su fórmula molecular y su nombre. 2. Cuáles son las sales que caracterizan la dureza del agua? Escribe la fórmula molecular de ambas sales y sus nombres. 3. Como sabes, al juntar compuestos químicos ocurren cambios en ellos mediante una reacción química. Tú crees que ocurra una reacción entre estos compuestos? Intenta escribir una reacción entre ambos compuestos que te permita obtener calcio (Ca) y magnesio (Mg) disueltos y no como parte de la sal inicial o sarro. 2

4 Entonces, qué ocurre con la densidad? Si el volumen aumenta y la masa se mantiene invariable, significa que la misma masa de agua ocupa ahora más espacio y, por lo tanto, disminuye el valor de la densidad. m En otras palabras, en la expresión d =, estamos dividiendo por un número v mayor, lo que hace que el resultado disminuya. Quieres comprobarlo? Para comprobar este fenómeno sólo debes disponer de los siguientes materiales: - Una botella pequeña de plástico de bebida - Agua - Marcador o plumón - Congelador (refrigerador). I. Procedimiento 1. Agrégale agua a la botella de plástico hasta que llegue aproximadamente a la mitad del envase y tápalo. 2. Marca con el plumón el nivel del agua en la botella. 3. Introduce la botella en un congelador (refrigerador) y espera hasta que el agua se congele completamente. 4. Saca la botella del congelador una vez que el agua al interior de la botella esté completamente congelada. 5. Observa qué ocurre con el nivel del agua en la botella. El nivel del agua se encuentra sobre o por debajo de la marca que hiciste antes de introducir la botella al congelador? Ya viste qué ocurre con el volumen de agua al disminuir la temperatura hasta que se congele. Por qué ocurrió esto? Para poder dar una explicación a este fenómeno es necesario que repases cómo es la estructura del agua. II. Preguntas y aplicaciones Realiza una pequeña investigación sobre la estructura del agua que te permita responder las preguntas que vienen a continuación. 2

5 1. Qué átomos componen la molécula de agua? 2. Cómo están dispuestos en el espacio los átomos que componen la molécula? 3. Por qué la molécula de agua es polar? Estudia qué propiedad tienen sus átomos que hacen que esta molécula tenga ambos polos. 4. Completa los siguientes datos con las propiedades físicas del agua. A. Punto de fusión a 1 atm (ºC): B. Punto de ebullición (ºC) a 1 atm: C. Capacidad calorífica; C (Cal/g ºC): D. Densidad del hielo (g/cm 3 ): E. Densidad del agua líquida (g/cm 3 ): 5. Ya sabemos qué disposición tienen los átomos en la molécula de agua y el volumen que ocupan cuando está en estado líquido. Qué crees que ocurrirá con la molécula y la disposición de los átomos cuando pasa a estado sólido o se congela? Fíjate en el ángulo de enlace que tiene la molécula de agua y pregúntate qué tiene que suceder para que al congelarse ocupe más volumen. 3

6 Observa que la densidad del hielo es menor que la densidad del agua líquida. Como ya viste, esto se debe a que el volumen aumenta y, por lo tanto, disminuye la densidad. 6. Por qué el hielo flota en el agua? 7. Qué ocurrirá con la botella de una bebida al cabo de un par de horas si la ponemos dentro del congelador? 4

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