La masa molecular del agua destilada es aproximadamente 18,0153 unidades de masa atómica (u) por molécula, mientras que su masa molar es 18,0153 gramos por mol. El agua destilada está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, cuya molécula se representa químicamente por la fórmula H2O.
La destilación elimina del agua de origen sales minerales, electrolitos, microorganismos y otras sustancias disueltas, pero no modifica la composición de la molécula de agua ni su masa molecular. Por ello, desde el punto de vista molecular, el agua destilada sigue teniendo la misma fórmula H2O y la misma masa molecular que el agua químicamente pura.
Cómo se calcula la masa molecular del agua
Su fórmula química, H2O, indica que cada una de sus moléculas contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos por enlaces covalentes. El agua (H2O) tiene una estructura molecular simple, contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno.
Cada átomo de hidrógeno se encuentra unido al oxígeno mediante un enlace covalente. La masa molecular se obtiene sumando las masas atómicas de los elementos que forman una molécula de agua: dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.
| Elemento | Número de átomos en H2O | Aporte aproximado |
|---|---|---|
| Hidrógeno | 2 | 2,016 u |
| Oxígeno | 1 | 15,999 u |
| Total | - | 18,0153 u |
Por tanto, la masa molecular relativa del agua es aproximadamente 18,0153, y la masa de una molécula individual de agua se expresa como 18,0153 u. La masa molar del agua es 18,0153 gramos por mol.
Qué significa este valor en el agua destilada
El agua destilada está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, cuya molécula se representa químicamente por la fórmula H2O. El componente líquido ha sido sometido a un proceso de destilación en el que se han eliminado las impurezas e iones del agua de origen.
Ya sabemos qué es exactamente el agua destilada: es la obtenida mediante el proceso de destilación (evaporación, y posterior recolección del agua condensada). Este proceso sirve para desproveer al agua de sales minerales, electrolitos, microorganismos y posibles sustancias dañinas disueltas en ella.
Está limpia de electrolitos, sales minerales, microorganismos y otras sustancias contaminantes (en su composición entran solamente el oxígeno y el hidrógeno). Esto le da un aspecto muy transparente. Por ello, también desaparece radicalmente todo sabor y olor.
La eliminación de impurezas no altera la masa molecular propia del H2O. La diferencia entre agua destilada y agua con sales, minerales o gases disueltos se debe a la presencia de sustancias adicionales, no a un cambio en la masa de cada molécula de agua.
Destilación y composición molecular
La naturaleza nos da el mejor ejemplo. Por efecto del sol el agua contenida en la superficie terrestre (lagos, ríos y mares, entre otros) sufre un proceso de evaporación al aumentar la temperatura. Luego, a causa del frío en la atmósfera, vuelve a caer en forma de lluvia, nieve o rocío.
Este proceso de evaporación y posterior condensación del vapor es el denominado destilación. Este tiene mucho que ver con la purificación y limpieza del agua. Solo en casos muy excepcionales la nieve y el agua que descargan las nubes están desprovistas de todo nivel de contaminación.
Por eso, cuando oímos hablar de agua destilada nos referimos a la obtenida mediante imitación de este proceso natural. El agua se evapora mediante una fuente de calor, y luego se condensa con aplicación de frío.
Este proceso se lleva a cabo en equipos de acero inoxidable, donde es muy importante que previamente se compruebe la ausencia de sustancias contaminantes. Debe tomarse en cuenta que en ocasiones el agua puede tener contaminantes volátiles que luego también se vuelven a condensar.
Diferencia entre masa molecular y masa molar
La masa molecular se refiere a la masa de una molécula individual y se expresa normalmente en unidades de masa atómica, u. En el caso del agua, una molécula H2O tiene una masa molecular aproximada de 18,0153 u.
La masa molar representa la masa correspondiente a un mol de moléculas y se expresa en gramos por mol. Para el agua, la masa molar es 18,0153 gramos por mol.
El valor numérico es equivalente porque la unidad cambia: 18,0153 u corresponde a la masa molecular de una molécula, mientras que 18,0153 gramos por mol corresponde a la masa de un mol de moléculas de agua.
| Magnitud | Valor para H2O | Unidad |
|---|---|---|
| Masa molecular | 18,0153 | u por molécula |
| Masa molar | 18,0153 | gramos por mol |
| Fórmula química | H2O | - |
Propiedades relacionadas del agua destilada
El agua pura a temperatura ambiente es un líquido transparente, insípido, inodoro y casi incoloro (aparte de un matiz azul inherente, no apreciable en pequeñas cantidades). La denominación "agua" es también el nombre del estado líquido del H2O (entre 0°C y 100°C) a temperatura y presión estándar.
El agua es una de las pocas sustancias en la Tierra que existe de forma natural en los tres estados de la materia, o estados de agregación, sólido (hielo), líquido ("agua") y gaseoso (vapor de agua). El agua, el hielo y el vapor se utilizan también para refrigeración y calefacción.
El punto de fusión del agua es la temperatura a la que pasa de hielo sólido a agua líquida. La fase sólida y líquida del agua están en equilibrio a esta temperatura. El punto de fusión depende ligeramente de la presión, por lo que no hay una única temperatura que pueda considerarse el punto de fusión del agua.
Sin embargo, a efectos prácticos, el punto de fusión del hielo de agua pura a 1 atmósfera de presión se aproxima mucho a los 0 °C, que son 32 °F o 273,15 K. El punto de ebullición del agua es de 100 °C o 212 °F a 1 atmósfera de presión (nivel del mar).
La densidad máxima del agua es 1,00000 gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a 3,98 °C. La densidad a 25 °C es de 0,99705 g/cm3.
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Punto de fusión aproximado a 1 atm | 0 °C |
| Punto de ebullición a 1 atm | 100 °C |
| Densidad máxima | 1,00000 g/cm3 a 3,98 °C |
| Densidad a 25 °C | 0,99705 g/cm3 |
| Momento dipolar | 1,85 D |
| Constante dieléctrica | 78,5 |
| Número CAS | 7732-18-5 |
Polaridad y estructura de la molécula H2O
El átomo de oxígeno es muy electronegativo, es decir, atrae los electrones compartidos del enlace covalente con mucha más fuerza que el hidrógeno, generando un exceso de carga negativa del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado del hidrógeno.
La distribución asimétrica de la densidad electrónica crea un momento dipolar eléctrico, y las moléculas de agua pueden tener fuertes interacciones electrostáticas con otras moléculas polares o átomos cargados.
El agua es un disolvente inorgánico, polar y prótico. Es decir, no contiene carbono (es inorgánico); la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una cierta distancia, hay un dipolo permanente (es polar); la molécula dona fácilmente protones a los solutos (es prótico).
El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar "enlaces de hidrógeno" entre sí y con otras moléculas, hacen que el agua sea un excelente disolvente. Los átomos de hidrógeno no sólo están unidos covalentemente a sus átomos de oxígeno, sino que también son atraídos hacia otros átomos de oxígeno cercanos.
Puentes de hidrógeno y comportamiento como disolvente
Las moléculas de cualquier disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto dando lugar a una mezcla homogénea (disolución). Solutos polares serán disueltos por disolventes polares, como el agua, al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos.
El agua disuelve casi todas las sustancias, salvo las “hidrofóbicas” (grasas y aceites). En particular, es un excelente solvente para los solutos polares e iónicos, que tienen gran afinidad con el agua: sales, azúcares, ácidos, álcalis y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono).
Esta capacidad de disolver la mayoría de las sustancias hace que el agua sea considerado un solvente universal. Una molécula o ión es soluble en agua si puede interaccionar con las moléculas del agua mediante enlaces de hidrógeno (también llamados enlaces por puentes de hidrógeno) o interacciones del tipo ión-dipolo.
El agua debe su superioridad como disolvente de sustancias iónicas no solamente a su polaridad y a su elevada constante dieléctrica sino también a su poder de solvatación (capacidad para formar enlaces fuertes con los iones disueltos).
Qué es un enlace por puente de hidrógeno
El enlace de hidrógeno o enlace por puente de hidrógeno es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo fuerte. En este tipo de enlace, el hidrógeno unido a un átomo electronegativo (el oxígeno en el caso del agua) es altamente electropositivo.
Este hidrógeno puede combinarse fácilmente con el extremo negativo de una molécula polar o con moléculas con un par solitario de electrones. Por lo tanto, el enlace de hidrógeno se forma entre las moléculas de las mismas sustancias, entre las moléculas de diferentes sustancias o entre los dos átomos de la misma molécula.
La interacción de un soluto con un solvente conduce a la estabilización (disolución) de las especies del soluto en la solución. El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar enlaces de hidrógeno entre sí y con otras moléculas, hacen que el agua sea un excelente disolvente.
Ionización y neutralidad del agua
Debido a la alta polaridad de las moléculas de agua, se forman puentes de hidrógeno entre ellas y, como consecuencia, una molécula de agua tiene la capacidad de ceder un protón a una molécula vecina y esto hace que la molécula que cedió su protón tenga una carga neta negativa y la molécula de agua que lo acepta tenga una carga positiva.
Esto indica que el agua está ionizada, ya que actúa como ácido al donar protones (H+), también llamados iones de hidrógeno, y como base al aceptarlos, según la teoría de Brønsted y Lowry.
Así, el agua puede encontrarse en dos especies iónicas: el hidronio (H3O+), una molécula de agua que acepta un protón y funciona como ácido, y el hidroxilo OH-, que es la especie que queda cuando la molécula de agua cede su protón, y que funciona como base, ya que puede aceptar protones.
La disociación del agua es una reacción de equilibrio. Esto significa que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa y que la concentración de los reactivos y los productos no cambia en el equilibrio.
Cuando el agua líquida pura está en equilibrio con los iones hidrógeno e hidróxido a 25 °C, la concentración molar de OH- representada como [OH-] es igual a la concentración molar de H3O+ en el agua pura, es decir, [H3O+] = [OH-] = 10-7 M, donde M está en moles/litro o lo que es lo mismo, [H+] = [OH-] = 1,0 × 10-7 mol/L.
La constante de disociación del agua se indica Kw = [H+] [OH-] = 1,0 · 10-14. Cualquier solución en la que las concentraciones de H+ y OH- sean iguales se considera una solución neutra (pH = 7).
El agua completamente pura es neutra, aunque incluso pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar a estas concentraciones de iones y el agua dejaría de ser neutra. El Kw es sensible a la presión y a la temperatura, aumentando cuando alguna de ellas aumenta.
Qué sustancias no se disuelven bien en agua
Las sustancias que tienden a interactuar o disolverse con aguas se clasifican como hidrófilas. Una sustancia hidrófila es polar y suele contener grupos O-H o N-H que pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua.
Por el contrario, una sustancia hidrofóbica, es decir que repele el agua, tiende a ser no polar y, por tanto, prefiere otras moléculas neutras y disolventes no polares. Como las moléculas de agua son polares, los hidrófobos no se disuelven bien en agua.
Ejemplos de moléculas hidrofóbicas son los alcanos, los aceites, las grasas y las sustancias grasas en general. El término hidrofóbico se utiliza a menudo indistintamente con lipofílico, sustancia que tiene afinidad por los lípidos o grasas.
Sin embargo, ambos términos no son sinónimos. Aunque las sustancias hidrofóbicas suelen ser lipofílicas, hay excepciones, como las siliconas y los fluorocarburos.
La mayoría de los sulfuros, óxidos, carbonatos, cromatos, fosfatos e hidróxidos de metales no son solubles en el agua, ya que sus moléculas no se unen fácilmente a las del agua.
Las sales de plata, mercurio y plomo con cloruros, yoduros y bromuros tampoco son solubles, aunque puede haber algunas excepciones. Algunas de las sales de sulfato, como el sulfato de bario, el sulfato de estroncio y el sulfato de plomo, no son solubles en agua.
Además, el sulfato de calcio, el sulfato de plata y el sulfato de mercurio son sólo ligeramente solubles en agua.
Usos del agua destilada en el laboratorio
El agua es utilizada ampliamente en laboratorios de todo tipo, en procesos industriales, para usos domésticos, en agricultura, como fuente de energía, como medio para navegación y transporte, etc.
Su pureza la convierte en una solución ideal para el sector industrial, centros hospitalarios, laboratorios, cosmética, hogares y lugares similares. En lo positivo, el agua destilada sirve como reactivo químico, como disolvente y en la medicina se usa para casi todo.
En el laboratorio, la ausencia de sales minerales y de muchos iones reduce la posibilidad de que sustancias disueltas modifiquen una reacción, alteren una medición o formen precipitados. La composición molecular fundamental, sin embargo, sigue siendo H2O y su masa molecular sigue siendo 18,0153 u.
Otra de las propiedades de las que carece, con respecto al agua de consumo diario, es la de ser buena conductora de la electricidad. La falta total de iones metálicos disueltos la convierten más bien en una sustancia aislante.
Los métodos caseros para destilar el agua no garantizan este nivel de pureza absoluto y necesario. Por eso, su producción se lleva a cabo mediante métodos y equipos muy sofisticados.
Agua destilada, agua potable y agua dura
En relación con el agua dulce, ésta llega a las plantas desde fuentes naturales, donde es tratada previamente antes de ser consumida en los hogares. Como su nombre lo indica, tiene disuelta muy baja concentración de sales.
El agua potable es la que se considera más apta para el consumo humano y de animales. Se obtiene mediante procesos de purificación tales como la cloración y ozonificación, entre otros.
La idea es mantener el cuerpo hidratado -beber agua destilada no es lo mismo que beber agua potable- y minimizar el riesgo de contraer enfermedades. Es posible que contenga residuos físicos del material de las tuberías, así como remanentes de fango provenientes de las plantas de tratamiento.
El agua dura se reconoce por su gran dificultad para disolver el jabón. Contiene un nivel muy alto de sales, especialmente de calcio y magnesio; por lo que también se la denomina agua calcárea.
Identificación química del agua
| Dato | Valor o denominación |
|---|---|
| Fórmula química | H2O |
| Masa molar | 18,0153 gramos por mol |
| Número CAS | 7732-18-5 |
| Nombre de Producto | Agua para análisis, ACS |
| Nombre de Calidad | para análisis, ACS |
| Descripción Física | Líquido |
| Nombre Maestro | Agua |
| Texto para sinónimos | Hidrógeno Oxido |
| EINECS | 231-791-2 |
El agua pura a temperatura ambiente es un líquido transparente, insípido, inodoro y casi incoloro. Es el principal constituyente de la hidrosfera terrestre y de los fluidos de todos los organismos vivos conocidos.
El agua es necesaria para la subsistencia de cualquier forma de vida, a pesar de no aportar, de por sí, ni alimento, ni energía, ni micronutrientes orgánicos. Aparte de su uso como bebida e higiene, es un excelente disolvente para una gran variedad de sustancias tanto minerales como orgánicas.
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