Las propiedades del agua: los isótopos y la estructura molecular.


Comparte este artículo con tus amigos:

Las propiedades del agua: los isótopos y la estructura molecular.

Las propiedades del agua: 1 generales
Propiedades del agua: 2 propiedades físicas y químicas

composición isotópica del agua

El agua es una mezcla de varias combinaciones de isótopos de oxígeno e hidrógeno que difieren entre sí por el número de neutrones asociados con protones en el núcleo.

1H,2 H (deuterio)3H (tritio)

16O, 17O,18O.

Las relaciones isotópicas son:

hidrógeno:
2H/1H = 1 / 6900

3H/1H = 1 / 10 18

El tritio es un elemento inestable, su tiempo (vida media) es 12,5 años.

Para el oxígeno:
18O/16O = 1 / 500

17O/16O = 1 / 2500

4 las principales especies moleculares y su frecuencia es el siguiente:

1H216O = 99,7%

1H218 O = 0,2%

1H217O = 0,04%

1HD16O = 0,03%

D216O = muy baja

Los diferentes isótopos inducen diferencias en las propiedades físicas de las moléculas, en particular su densidad, pero las propiedades químicas siguen siendo los mismos.

El agua pesada D2O existe en la naturaleza, pero mucho
debil. Para ser una cantidad justa, que tiene que dominar las técnicas de separación de isótopos: era una cuestión fundamental durante la última guerra mundial para preparar las armas nucleares.

La composición isotópica de los componentes químicos de agua se utiliza en la estimación de los parámetros termodinámicos tales como la temperatura;
el informe 18 O/16O casquetes polares de hielo y agua de los acuíferos fósiles para obtener información sobre el clima del pasado.

La evaporación del agua del mar es con fraccionamiento isotópico: el isótopo más ligero del oxígeno se evapora con preferencia al isótopo pesado. Los océanos son más ricas en isótopos pesados ​​que las nubes de agua y precipitación.

isótopos del agua en el agua de lluvia
El contenido de isótopos estables en la precipitación (basado Blavoux y Letolle, 1995).

isótopos de oxígeno en los corales
Cambiar el contenido de isótopos de oxígeno en los corales de Mayotte (según Casanova et al., 1994).

Estructura de la molécula

Los átomos de hidrógeno y oxígeno en común sus electrones para formar una capa completa como el neón. De hecho, que carece de 2 electrones al átomo de oxígeno para completar su capa electrónica, es los átomos de hidrógeno 2 que se le proporcionen. El H2O molécula formada es estable.

Oxígeno: protones 8 8 + neutrones
Hidrógeno: 2 (2 * (1 1 neutrones protones +))

Total: protones 10 10 equilibrar las cargas de los electrones.

Los núcleos de hidrógeno tienen un lado del oxígeno para formar una característica "cabeza de Mickey" (los hidrógenos son los oídos).

estructura molecular del agua

El ángulo HOH es 104,474 ° (característico de la geometría tetraédrica). La distancia entre el oxígeno y el hidrógeno se encuentra cerca 1 A ° (A ° 0,95718) en el vapor. El diámetro efectivo de la molécula es del orden de 2,82 A °.

Las cargas eléctricas se distribuyen de forma desigual en esta pequeña molécula. Los electrones son más fuertemente atraídos por el átomo de oxígeno a la que un hidrógeno. Se crea centros 2 cargas positivas cerca de los núcleos de hidrógeno y centros 2 cargas negativas cerca del núcleo de oxígeno. Este desequilibrio en la distribución de cargas, en combinación con la geometría no lineal de la molécula de agua, se caracteriza por la existencia de un fuerte momento dipolar eléctrico. La molécula de agua es polar; se comporta como un dipolo eléctrico que puede unirse con otras moléculas polares. De hecho, las moléculas de agua se pueden insertar entre los iones constitutivos de un cristal dirigiéndolos a su parte de carga eléctrica opuesta. La atracción de los iones de cristal se debilita en gran medida y la cohesión del cristal disminuye, lo que facilita su disolución. Las propiedades polares de la molécula de agua explican la técnica de calentamiento por microondas. En efecto, una molécula polarizada está orientado con respecto a un campo eléctrico; si varía, la molécula sigue el cambio de dirección. A partir de una cierta frecuencia, algunos GHz para el agua, los movimientos de las moléculas producen calor por fricción. hornos domésticos generalmente operan a una frecuencia de 2,45 GHz, que corresponde a UHF.

3 los núcleos de la molécula no son inmóviles, que ellos se mueven uno respecto al otro, la molécula vibra y giros. En el agua líquida, las moléculas tienden a asociar: bind Mickey dirige la barbilla oído contra el enlace de hidrógeno. En efecto, sobre los electrones periféricos 8 4 oxígeno sólo realicen tareas de enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno. 4 los electrones restantes se agrupan en pares 2 llama pares de electrones libres. Cada doblete de carga eléctrica negativa puede formar un enlace electrostático con un átomo de hidrógeno con carga positiva de una molécula de agua vecina. El enlace de hidrógeno es estable a temperatura ambiente, es sin embargo frágil en comparación con el enlace covalente. En la molécula de agua, geometría formado por la dirección de enlaces covalentes y 2 2 pares de electrones libres es similar a la de un tetraedro cuyo centro está ocupado por los núcleos de oxígeno.

Sin embargo, la gran estructura de la molécula de agua es todavía imperfecta conocida. Los patrones de difracción de RX y de neutrones proporcionan valores principales 2: una señal correspondiente a 1 A °, distancia entre los núcleos de hidrógeno y oxígeno, y un valor de al 2,84 4 ° A diferentes grados en función de la temperatura y coincidente la distancia entre los núcleos de oxígeno 2. La difractometría de rayos X también se utiliza para encontrar el número medio de moléculas por unidad de volumen de líquido situada a una distancia R de una molécula dada. Una molécula de agua en la 4,4 adyacente normal, sugiriendo una malla tetraédrica. En adición moléculas unidas por puentes de hidrógeno existir otras moléculas no relacionadas, lo que podría explicar por qué el número de moléculas vecinas es ligeramente superior a 4 4 y no exactamente como el estado impondría un estricto tetraédrico cristalino. La red cristalina de moléculas unidas por puentes de hidrógeno constituyen cavidades que albergaría las moléculas no unidas. Otra hipótesis se basa en la distorsión de enlaces de hidrógeno. Esta última, inicialmente lineal, es decir, con los átomos de O-HO alineadas, puede doblar en diversos grados y permitir que las moléculas más lejanos como vecinos cercanos se acerquen más a la molécula central.



Los modelos teóricos se han desarrollado recientemente el uso de potentes ordenadores. Ellos indican que alrededor del 80% de las moléculas de agua están involucrados en 3 4 o enlaces de hidrógeno; Sin embargo, se excluye la presencia de moléculas no unidas. El modelado por ordenador sugiere que a medida que se enfría el agua, redes de moléculas se parecen más y más similares a las del hielo hexagonal.

El estado sólido corresponde a una disposición cristalina más estricta. A presión normal, el hielo tiene una estructura hexagonal. A bajas temperaturas (por debajo de -80 ° C), puede tomar una estructura cúbica. Las cargas eléctricas pueden moverse en la red cristalina y producir defectos de cristal de tipo iónico: hidratado de protones H3O + y OH- ion hidroxilo. La red cristalina del hielo no se corresponde con la pila lo más compacto posible moléculas. Una fusión, defectos están colapsando debido a que los enlaces de hidrógeno se rompen y las moléculas de un poco más cerca: la densidad aumenta hasta un máximo en 4 ° C. A partir de entonces, en agua líquida, el aumento de temperatura difiere moléculas y la densidad disminuye.

Detalles, referencias y bibliografía:

Blavoux Letolle B. y R. (1995) - Aportes de las técnicas isotópicas para el conocimiento de las aguas subterráneas. Géochronique, 54, p. 12-15.

Caro P. (1990) - Las propiedades físicas y químicas del agua. El gran libro de las aguas, La Villette, p. 183-194.

Eagland D. (1990) - La estructura del agua. Research, 221, p. 548-552.

Maidment DR (1992) - Manual de la hidrogeología. McGraw-Hill.

J. Casanova, M. Colonna y K. Djerroud (1994) - geoprospection - paleoclimatología. Rapp. aserrado. BRGM, p. 76-79.

Fuente: http://www.u-picardie.fr/


los comentarios de Facebook

Dejar un comentario

Su dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados con *