Diagrama de la molécula de agua
Los enlaces de hidrógeno se forman cuando los átomos de hidrógeno se unen covalentemente al nitrógeno (N), al oxígeno (O) o al flúor (F) en forma de compuestos covalentes como el amoníaco (NH3), el agua (H2O) y el gas fluoruro de hidrógeno (HF). En estas moléculas, los átomos de hidrógeno no tiran con tanta fuerza de los electrones compartidos como los átomos de N, O o F. Por lo tanto, las moléculas son polares; los átomos de hidrógeno se cargan positivamente y son capaces de formar enlaces de hidrógeno con iones negativos o partes de otras moléculas cargadas negativamente (como los átomos de N, O y F que se cargan negativamente en estos compuestos).
Los enlaces de hidrógeno no son verdaderos enlaces como los covalentes o los iónicos. Los enlaces de hidrógeno son atracciones de fuerza electrostática causadas por la diferencia de carga entre iones de hidrógeno ligeramente positivos y otros iones ligeramente negativos. Estas atracciones son mucho más débiles que los verdaderos enlaces iónicos o covalentes, pero son lo suficientemente fuertes como para dar lugar a algunas propiedades interesantes.
En el caso del agua, los enlaces de hidrógeno se forman entre los átomos de hidrógeno y oxígeno vecinos de las moléculas de agua adyacentes. La atracción entre moléculas de agua individuales crea un enlace conocido como enlace de hidrógeno. Véase la Fig. 3-7.
Estructura de la molécula de agua
Todos los elementos son más estables cuando su capa más externa está llena de electrones según la regla del octeto. Esto se debe a que es energéticamente favorable para los átomos estar en esa configuración y los hace estables. Sin embargo, como no todos los elementos tienen suficientes electrones para llenar sus capas más externas, los átomos forman enlaces químicos con otros átomos, obteniendo así los electrones que necesitan para alcanzar una configuración electrónica estable. Cuando dos o más átomos se unen químicamente entre sí, la estructura química resultante es una molécula. La conocida molécula de agua, H2O, está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, que se unen para formar el agua, tal y como se ilustra en la figura 1. Los átomos pueden formar moléculas donando, aceptando o compartiendo electrones para llenar sus capas externas.
Las reacciones químicas se producen cuando dos o más átomos se unen para formar moléculas o cuando los átomos unidos se separan. Las sustancias utilizadas al principio de una reacción química se denominan reactivos (normalmente se encuentran en el lado izquierdo de una ecuación química), y las sustancias que se encuentran al final de la reacción se conocen como productos (normalmente se encuentran en el lado derecho de una ecuación química). Se suele dibujar una flecha entre los reactivos y los productos para indicar la dirección de la reacción química; esta dirección no siempre es «unidireccional». Para la creación de la molécula de agua mostrada anteriormente, la ecuación química sería
Diagrama de la molécula de agua etiquetada
El agua es un compuesto único y esencial para la vida en la Tierra. En la pedosfera, las propiedades físicas y químicas del agua regulan el flujo de energía y solutos, lo que hace del agua del suelo un componente crucial de los ecosistemas terrestres. Muchas de las propiedades conocidas del agua que dan lugar a su comportamiento en los suelos pueden relacionarse directamente con su estructura molecular.
El agua es una sustancia omnipresente y de importancia crítica en la Tierra. Esencial para todos los seres vivos y la salud de los ecosistemas (Moss 2010), el agua se considera un requisito previo para la vida en otros planetas (Marais et al. 2008). La disponibilidad de agua controla incluso parcialmente el desarrollo y la distribución de los asentamientos humanos (Solomon 2011). A medida que la población humana sigue aumentando, el suministro de agua limpia a la humanidad para usos domésticos, agrícolas e industriales se considera uno de los principales retos sociales del siglo XXI (National Academy of Engineering 2008).
En los suelos, el agua es uno de los principales impulsores de los procesos biogeoquímicos (Figura 1). Las reacciones químicas que controlan la formación del suelo y las reacciones de meteorización se producen casi exclusivamente en el agua líquida (Lindsay 1979). Físicamente, el agua es el medio difusivo que media el movimiento de gases, solutos y partículas en los suelos. El agua regula la transferencia de calor, ayudando así a amortiguar la temperatura del suelo (Jury & Horton 2004). Biológicamente, los microbios necesitan agua en los poros del suelo para funcionar metabólicamente (Maier et al. 2008). Además, la disponibilidad de agua se considera uno de los factores más importantes para el crecimiento de los cultivos y otras plantas (Kirkham 2005). En este artículo, exploramos cómo la estructura molecular, las propiedades químicas y las propiedades físicas del agua controlan el funcionamiento de los suelos.
H2o nombre químico
Hemos modelado los componentes del agua, pero ¿cómo ayudan los modelos de dos gases (los elementos hidrógeno y oxígeno) a entender cómo el agua es la base de la vida? El tercer postulado de Dalton afirma que los átomos son las unidades de los cambios químicos. Cuando los gases hidrógeno y oxígeno se mezclan y la mezcla se enciende, se forma vapor de agua (que luego se condensará en agua líquida cuando el fuego se apague). La reacción libera mucho calor, como puedes ver en esta foto de la explosión del Hindenburg:
Figura \ (\PageIndex{1}) Hidrógeno en el Hindenburg reaccionando con el oxígeno del aire. El Zeppelin LZ 129 Hindenburg incendiándose el 6 de mayo de 1937 en la Estación Aérea Naval de Lakehurst en Nueva Jersey. (Dominio público; creidt Gus Pasquerella).
Hay muchos vídeos de la explosión de hidrógeno en la web o en YouTube, así como vídeos del Hindenburg y del desastre. Estos espectaculares vídeos muestran la evidencia de un cambio químico: los enlaces H-H y O-O más débiles se rompen (por eso hay que añadir energía, o encender, la mezcla), pero luego la formación de enlaces H-O muy fuertes en el agua, H-O-H libera mucha energía.