Polaridad del agua: ¿por qué el agua es polar?

Conceptos básicos

El agua es una de las sustancias más abundantes en la Tierra, cubriendo el 71% de su superficie. En este tutorial, aprenderá la polaridad del agua y cómo da lugar a algunas de las propiedades más importantes del agua.

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¿Qué significa que una molécula sea polar?

Por definición, una molécula polar tiene un extremo parcialmente positivo y un extremo parcialmente negativo. La molécula logra esto al tener una distribución desigual de electrones entre sus átomos. Es decir, los electrones se juntan más cerca de un átomo que del otro, lo que hace que un átomo sea ligeramente más negativo que el otro. Además, estos átomos también deben estar dispuestos de manera que sus cargas parciales no se anulen entre sí.

modelo 3d de fluoruro de hidrógeno con potencial electrostático
El fluoruro de hidrógeno es una molécula polar con H como el extremo parcialmente positivo y F como el extremo parcialmente negativo.
modelo 3d de gas nitrógeno con potencial electrostático
El gas nitrógeno es una molécula no polar.

¿El agua es polar?

Como se indicó anteriormente, para ser polar, una molécula debe tener enlaces covalentes polares y ser asimétrica.

¿El agua tiene enlaces covalentes polares?

La electronegatividad del oxígeno es 3,5 y la electronegatividad del hidrógeno es 2,1, lo que hace que la diferencia de electronegatividad entre ellos sea 1,4. Los átomos en enlaces covalentes polares generalmente tienen una diferencia de electronegatividad entre 0,4 y 1,7. Por lo tanto, los enlaces O-H en las moléculas de agua, donde el extremo O es parcialmente negativo y el extremo H es parcialmente positivo, son enlaces covalentes polares.

Molécula de agua 3d con dipolos de enlace
Una molécula de agua con dipolos de enlace y cargos parciales. Observe que la O tiene una carga negativa parcial y la H tiene una carga positiva parcial.

¿El agua es asimétrica?

El átomo de oxígeno en una molécula de agua se une a 2 átomos de hidrógeno y 2 pares solitarios, dándole el número estérico de 4. Según la teoría VSEPR, un número estérico de 4 significa que la geometría electrónica del agua es tetraédrica. Además, debido a que ese número estérico incluye 2 pares solitarios, la geometría molecular del agua está torcida. Una estructura doblada le da a la molécula de agua su asimetría.

molécula de agua 3d con par solitario
Modelo 3D de una molécula de agua con pares solitarios y ángulo de enlace.
En conclusión, el agua es polar porque tiene enlaces covalentes polares y es asimétrico.
molécula de agua 3d con potencial electrostático
¡El agua es polar!

¿Qué sale de la polaridad del agua?

El agua como disolvente universal

Recuerde la regla de oro de la solubilidad: lo similar se disuelve. Por lo tanto, el agua, como solvente polar, disuelve fácilmente los solutos polares. La forma en que se disuelve es la siguiente: los átomos de hidrógeno parcialmente positivos del agua se adhieren a los átomos cargados negativamente del soluto, mientras que el oxígeno parcialmente negativo del agua atrae los átomos cargados positivamente del soluto. Al hacerlo, el agua disocia los enlaces covalentes o iónicos del soluto, separando los átomos del soluto entre sí.

agua disolviendo sal
Agua que disuelve la sal de mesa (NaCl). Las bolas rojas son átomos de O y las bolas azules son átomos de H.

Sin embargo, el agua no puede disolver solutos no polares como el aceite o la cera. (recuerda la regla de oro), lo que hace que su título de “solvente universal” sea un poco engañoso.

Enlaces de hidrógeno

La polaridad del agua le permite formar enlaces de hidrógeno, una versión más fuerte de la fuerza intermolecular dipolo-dipolo habitual (y NO un tipo de enlace covalente o iónico como su nombre lo indica). El enlace de hidrógeno ocurre entre un átomo de H parcialmente positivo (generalmente unido a un átomo de N, O o F) de una molécula y un átomo parcialmente negativo (generalmente N, O o F) de otra molécula. En el caso del agua, el enlace de hidrógeno ocurre entre un átomo de H de una molécula de agua y un átomo de O de otra molécula de agua.

Los enlaces de hidrógeno dan cohesión al agua, adhesión y un alto punto de ebullición.

enlaces de hidrógeno
Puentes de hidrógeno entre moléculas de agua

Cohesión

La cohesión se refiere a la atracción entre moléculas del mismo tipo. En otras palabras, a las moléculas con fuertes fuerzas cohesivas les gusta pegarse unas a otras. Gracias a su capacidad para formar fuertes enlaces de hidrógeno, el agua es una de esas moléculas.

gotitas de agua
Las gotas de agua son el resultado de las fuertes fuerzas cohesivas del agua.

A las moléculas de agua les gusta adherirse unas a otras, y esa pegajosidad (es decir, fuerzas cohesivas) da lugar a la tensión superficial del agua. La tensión superficial es la capacidad de la superficie de un líquido para resistir una fuerza externa comportándose como una película elástica. En el caso del agua, su tensión superficial permite que pequeños insectos se desplacen por ella sin necesidad de nadar o flotar, como el zancudo de agua en la foto de abajo.

zancudo de agua
Un zancudo de agua

Adhesión

La adhesión se refiere a la atracción entre moléculas de diferentes tipos. La polaridad del agua le permite adherirse a otras moléculas polares. Por lo tanto, cuanto más polar sea una molécula, mejor se adherirá el agua a ella.

Las fuerzas adhesivas y cohesivas del agua permiten que el agua realice una acción capilar. Durante la acción capilar, el agua fluye a través de un espacio estrecho sin la ayuda de la gravedad o incluso contra ella. Esto es importante porque muchos procesos de la vida cotidiana dependen de la acción capilar. La acción capilar ayuda a que el agua llegue a las raíces de algunas plantas. La acción capilar permite que las toallas de papel y las esponjas absorban el agua. Además, algunas técnicas científicas como la cromatografía en capa fina utilizan la acción capilar.

cromatografía en papel
Cromatografía en papel en acción

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