agua 2.1

Una muestra de agua es una red dinámica de moléculas unidas por enlaces de hidrógeno (Figura 2.10c). La fuerza de esta extensa red de enlaces de hidrógeno proporciona al agua una capacidad calorífica inusualmente elevada, y la evaporación del agua requiere una cantidad de energía excepcional para una molécula de su tamaño. Por consiguiente, tanto el calor de evaporación como el punto de ebullición del agua son excepcionalmente elevados (Tabla 2.5), y el agua permanece en estado líquido a las temperaturas propias de gran parte de la superficie terrestre.

Cuando el agua se congela a hielo, los enlaces de hidrógeno entre sus moléculas pasan a ser más regulares y mejor definidos, creando una red molecular tetraédrica rígida en la que cada molécula está enlazada a otras cuatro mediante enlace de hidrógeno (Figura 2.10a, b). Esta estructura de red se desmantela solo parcialmente cuando el hielo se funde y persiste un cierto orden de largo alcance, incluso a temperaturas más elevadas. De media, hay un 15 % menos enlaces de hidrógeno en el agua líquida que en el hielo (esto es, 3.4 enlaces de hidrógeno por molécula de agua frente a 4 por molécula de hielo). Se ha descrito la estructura del agua líquida como «agrupaciones parpadeantes» de enlaces de hidrógeno, con restos de la red del hielo que continuamente se escinde y se vuelve a formar a medida que las moléculas se desplazan (Figura 2.10c).

FIGURA 2.10 El agua como una red molecular. (a) Un modelo de relleno espacial de la estructura del hielo, en el que los átomos de O son rojos y los átomos de H, azules. El hielo es una red molecular formada por una repetición indefinida de un patrón tetraédrico de enlaces de hidrógeno. Cada molécula actúa a la vez como donador de enlace de hidrógeno a otras dos y como aceptor de otras dos. La estructura es relativamente abierta, dada la longitud de los enlaces de hidrógeno, y ello explica la baja densidad del hielo. (b) Un modelo en esqueleto de la red de hielo. (c) Estructura del agua líquida. Cuando el hielo se funde, la red tetraédrica regular se rompe, pero siguen conservándose partes considerables de la misma, especialmente a temperaturas bajas. En el agua líquida, agrupaciones parpadeantes de moléculas están unidas mediante enlaces de hidrógeno que continuamente se escinden y se forman de nuevo. En esta «película en movimiento» esquemática, las imágenes sucesivas representan cambios que tienen lugar en picosegundos (10−12s). (a, b) Cortesía de Gary Carlton.