Estructura del agua

El Agua: Dinámica y Estructura Molecular

El agua en la naturaleza: El Ciclo Hidrológico
• Los océanos constituyen el mayor reservorio de agua existente en el planeta • El volumen total del agua contenida en lagos (dulces y salados), ríos, glaciares y casquetes polares así como en el suelo y subsuelo es tan sólo de unos 38 millones de km3 (2.8 % del volumen oceánico) • Si toda el aguaactualmente sobre la Tierra encontrara su camino hasta los océanos, se produciría un ascenso del nivel medio de unos 75 m

Principales reservorios de agua en el planeta
(billones de toneladas) Ríos y corrientes Lagos de agua dulce Lagos salados y mares interiores Total agua superficial Glaciares y casquetes polares Humedad en el suelo Aguas subterráneas Total agua sobre la tierra Océanos Total 1 125104 230 29300 70 8400 38000 1322000 1360000

Ciclo hidrológico

Balance Hídrico Global
(103 km3 y-1) = (106 Hm3 y-1)
Atmosphere E = 351 P = 324 EL = 101 R = 27 Oceans Land P = 74

W = (E -P) + (F - M) + (U - W) + R E = evaporation F = formation of ice U = current gain R = rivers P = precipitation M = melting of ice W = current loss

Balance Hídrico del Mar Mediterráneo
ProcesoEvaporación Precipitación Descargas fluviales Balance neto Entradas netas a través de: Dardanelos Gibraltar Canal de Sicilia Entradas totales a través de: Dardanelos Gibraltar Canal de Sicilia (m3/s) 95000 28000 14000 -53000 6000 54400 42000 12500 1187500 1000000

Estructura del Agua de Mar
• La estructura molecular del agua, formada por 2 partes de hidrógeno y 16 de oxígeno, le confiere unascaracterísticas muy particulares en relación con su densidad y a la formación de hielo • La capacidad de disolver los diversos elementos y substancias que tiene el agua es de las mayores entre los compuestos químicos conocidos, aspecto fundamental en los procesos biogeoquímicos • Sus características hidrodinámicas y termodinámicas también contribuyen a hacer del océano un factor indispensable para elsostenimiento de la vida sobre la Tierra.

Vista esquemática de la molécula de agua

Molécula Dipolar
H µ = 1.84 D (10-18 esu)

105 O2

o

H

0.96 Å

Estructura electrónica tridimensional en la molécula de agua

Momento Cuadripolar de la Molécula de Agua
δ+
H

O

H

δ+

δδ-

Puentes de Hidrógeno

Movimientos fundamentales
τD(ice) Log of Time (sec) τV(water)τD(water,0 C)
o

4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | X-ray diffraction τE τS | | NMR Chemical Shift | | Thermodynamic Properties Dielectric Relaxation | | | | Light Scattering Inelastic Neutron Scattering | | | | IR and Raman Spectroscop Ultrasonic Absorption | | | |

Estructura del Agua
• Uniformista o Modelos Promedio:
No existen escalas estructuraleslocales en ninguna porción de agua

• Modelos Mixtos
1. Modelos de redes rotas 2. Modelos de nubes 3. Modelos de clathratos 4. Modelos de estructura significativa

Modelo de Frank-Wen del agua líquida

Modelo de Pauling

Estructura del Hielo I

Modelo de Barnes para el hielo

Propiedades físicoquímicas anómalas del Agua

Comparación de las Propiedades Físicas
Property H2O MeOHn-Heptane

MW Dipole M. Diel. Cons. Density BP MP Cp Vis.

18 1.84 80 1.0 100 0 1.0 0.01

31 1.70 24 0.79 65 -98 0.56 0.006

100 >0.2 1.97 0.73 98 -97 0.5 0.005

Tabla Periódica
Ia 3 IIa

T race
< 50 pM

M in o r M a jo r

3 Li Li

4 Be Be
4

0 .5 - 5 0 µ M

IIIa 5 5 B B

IV a 6

Va 7 7 N

V Ia V IIa 8 8 O 9 9 F F

T race
0 .5 - 5 0 n M

C

0 .5 - 5 0 m M6 C

N

O

M a jo r
11 12 11 12 Na M g Na Mg IIIb 19 IV b Vb 23 V Ib V IIb >50m M 13 14 1 1 1 13 14 155 166 177 A l Si P S Cl Al Si P S Cl Ib IIb

V IIIb

K

20 21 22 19 20 21 22 Ca Sc Ti K Ca Sc Ti

V

24 25 26 27 28 29 30 31 3 3 34 3 23 24 25 26 27 28 29 30 31 322 33 3 34 355 Cr M n Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge A s Se Br V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ce As Se Br

37 38 39 40 41 42 433...