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Se refiere a solubilidad a la capacidad que posee una sustancia de disolverse en un medio determinado llamado solvente

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El agua tiene una alta capacidad de vaporización debido a que para lograrla se requiere romper los puentes de hidrógeno para de esta manera liberar las moléculas en forma de gas

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Introducción

Imaginemos que es un día caluroso. Acabas de estar un rato en el sol, y estás sudando bastante, cuando te sientas y tomas un vaso de agua con hielos. Casualmente notas tanto las gotas de sudor en tus brazos como los pedazos de hielo que flotan en la parte superior de tu vaso con agua. Gracias al gran trabajo que has hecho al estudiar las propiedades del agua, reconoces que el sudor en tus brazos y los cubos de hielo que flotan en tu vaso son ejemplos de la sorprendente capacidad del agua de formar puentes de hidrógeno.

¿Cómo funciona eso? Las moléculas de agua son muy buenas para formar puentes de hidrógeno, asociaciones débiles entre las partes parcialmente positivas y parcialmente negativas de las moléculas. Los puentes de hidrógeno explican no solo la efectividad del enfriamiento por evaporación (por qué sudar te refresca) sino también la baja densidad del hielo (por qué flota el hielo).

Aqui examinaremos más de cerca el papel de los enlaces de hidrógeno en los cambios de temperatura, congelamiento y vaporización del agua.

El agua: sólido, líquido y gas

El agua tiene características químicas únicas en sus tres estados -sólido, líquido y gas- gracias a la capacidad de sus moléculas de formar puentes de hidrógeno entre sí. Puesto que los seres vivos, desde los seres humanos hasta las bacterias, tienen un alto contenido de agua, entender las características químicas únicas del agua en sus tres estados es clave para la biología.

En el agua líquda, los puentes de hidrógeno constantemente se forman y se rompen a medida que las moléculas de agua resbalan una al lado de la otra. Estos enlaces se rompen como consecuencia de la energía de movimiento (energía cinética) de las moléculas de agua debido al calor que contiene el sistema.

Cuando se eleva el calor (por ejemplo, cuando el agua hierve), la mayor energía cinética de las moléculas de agua causa que los puentes de hidrógeno es rompan completamente y permite que las moléculas de agua escapen hacia el aire como gas. Podemos observar este gas como vapor de agua.

Por otra parte, cuando baja la temperatura y el agua se congela, las moléculas de agua forman una estructura cristalina que se mantiene gracias a los puentes de hidrógeno (puesto que queda muy poca energía para romperlos). Esta estructura hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida.

Densidad del hielo y del agua

La menor densidad del agua en estado sólido se debe a la forma como se orientan los enlaces de hidrógeno a medida que el agua se congela. Específicamente, las moléculas de agua en el hielo quedan más separadas que cuando están en agua líquida.

Esto significa que el agua se expande cuando se congela. Tal vez hayas observado esto si alguna vez pusiste un recipiente sellado de vidrio con un alimento principalmente líquido (sopa, refresco, etc.) en el congelador, solo para que estallara o se quebrara cuando el agua líquida se congeló y expandió.

En la mayoría de los demás líquidos, la solidificación - que sucede cuando la temperatura cae y disminuye al energía cinética (movimiento) de las moléculas- permite que las moléculas queden más apretadas que en la forma líquida. Esto le da al sólido una densidad mayor que el líquido. El agua es una anomalía (es decir, algo que sobresale por raro) por su menor densidad en estado sólido.

Debido a que es menos denso, el hielo flota en la superficie del agua líquida, tal es el caso de un témpano o los cubos de hielo en un vaso de té helado. En lagos y estanques, se forma una capa de hielo sobre el agua líquida, que crea una barrera aislante que protege a los animales y la vida vegetal del fondo del estanque del congelamiento.

¿Por qué es perjudicial que los seres vivos se congelen? Lo podemos entender si recordamos de nuevo el caso de la botella de refresco que se quiebra en el congelador. Cuando una célula se congela, su contenido acuoso se expande y su membrana (justo como sucede con la botella de refresco) se rompe en pedazos.

Capacidad calorífica del agua

Se necesita mucho calor para incrementar la temperatura del agua líquida debido a que parte del calor se debe usar para romper los puentes de hidrógeno entre las moléculas. En otras palabras, el agua tiene una alta capacidad calorífica, definida como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de una substancia un grado Celsius. La cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gr de agua 1 °C, tiene su propio nombre: caloría.

Debido a su alta capacidad calorífica, el agua puede minimizar los cambios en la temperatura. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua es unas cinco veces mayor que la de la arena. La tierra se enfria más rápido que el mar una vez que se mete el sol, y el agua que se enfría más lentamente puede liberar calor a la tierra cercana durante la noche. Los animales de sangre caliente también usan el agua para distribuir calor por su cuerpo: el agua se comporta como lo hace en el sistema de enfriamiento de un automóvil y se mueve de lugares calientes a lugares más fríos, lo que ayuda a que el cuerpo tenga una temperatura uniforme.

Calor de vaporización del agua

Así como se necesita mucho calor para elevar la temperatura del agua líquida, también se necesita una gran cantidad de calor para evaporar una cierta cantidad de agua, ya que los puentes de hidrógeno deben romperse para liberar las moléculas en forma de gas. Es decir, el agua tiene un alto calor de vaporización, que es la cantidad de energía necesaria para transformar un gramo de una substancia líquida en gas a temperatura constante.

El calor de vaporización del agua es alrededor de 540 cal/g a 100 °C, el punto de ebullición del agua. Toma en cuenta que algunas moléculas de agua -las que tengan una energía cinética alta- escaparán de la superficie del agua aun a temperaturas inferiores.

A medida que se evaporan las moléculas de agua, la superficie de la que se evaporan se enfría, un proceso que se conoce como enfriamiento por evaporación. Esto se debe a que las moléculas con la energía cinética más alta se pierden por evaporación (consulta el video sobre enfriamiento por evaporación para más información). En seres humanos y otros organismos, la evaporación del sudor, que es 99% agua, enfría el cuerpo para mantener una temperatura constante.

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Capacidad calorífica, calor de vaporización y densidad del agua (artículo) | Khan Academy

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Corresponde a aquella propiedad de las sustancias que determina cuanta cantidad de calor necesita absorber un dicha sustancia para aumentar su temperatura.
Teniendo el agua una capacidad calorífica bastante alta

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El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. Al calor específico también se le conoce como capacidad calorífica específica o capacidad térmica específica. Primero vamos a entender qué es el calor específico de un modo más práctico y sencillo para, posteriormente, adentrarnos en su comprensión más teórica.

Supongamos que estamos haciendo una sopa en la cocina y que podemos utilizar, para moverla, una cuchara totalmente de metal o una totalmente de madera. Hemos dejado la sopa hervir y se nos ha olvidado retirar la cuchara, que queda sobresaliendo por fuera y que podemos coger. Si tú fueras el cocinero ¿Qué cuchara preferirías coger, la de madera o la de metal?

Si has optado por la cuchara de metal y te dispones a retirarla lo mejor que puedes hacer es ponerte un buen guante de cocina , porque en caso contrario lo más probable es que te quemes la mano. Curiosamente, aunque la cuchara de madera haya permanecido el mismo tiempo en contacto con la sopa no te ocurrirá lo mismo, pues la cuchara de madera no estará tan caliente como la cuchara de metal.

La diferencia está en que la madera requiere mucho más calor para aumentar su temperatura que el metal, expresándolo en calor específico, el calor específico de la madera es mucho más alto que el calor específico del metal (aunque hemos de matizar que habría que ser mucho más exacto en esto, pues distintos metales e incluso distintas maderas también tienen diferente calor específico). Si tuviéramos que expresarlo de un modo cotidiano y poco técnico podríamos decir algo así como que el metal retiene más el calor que la madera, de ahí que tenga menor calor específico, pues es más fácil subir su temperatura.

El calor específico o capacidad calorífica de un determinado cuerpo se denomina con la letra "c" y se define como la cantidad de energía que debemos aportar para aumentar su temperatura. Así, por ejemplo, tenemos que:
El agua tiene c=1
Porque un gramo de agua requiere una caloría para aumentar su temperatura en un grado centígrado.

Es decir, que la "c" o calor específico de un cuerpo viene definida por la cantidad de calorías que son necesarias para que un gramo de masa de dicho cuerpo aumente su temperatura en un grado (Siempre que estemos hablando de calor específico medido en calorías por gramo por grado centígrado -o celsius-)

Dicho de otro modo;

Calor específico = Energía /(masa * Aumento de temperatura)

Si hablamos de calorías por gramo por temperatura en Celsius entonces:

Calor específico = Calorías /(gramos * Aumento 1º Celsius)
Un ejemplo:
Sabiendo que el hierro tiene, en calorías por gramo, un calor específico de 0,12 ¿Cuántas calorías necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de 200 gramos de hierro?

0,12= Calorías /(200*1)

0,12*(200*1)=Calorías

0,12*200=Calorías

24=Calorías

Por tanto necesitaríamos 24 calorías para aumentar en un grado la temperatura de 200 gramos de hierro.

Sin embargo hay algo importante que debemos saber, y es que el Sistema Internacional de Unidades de Medida expresa el calor específico en Julios por kilogramo por grado Kelvin en vez de en Calorías por gramo por grado Celsius.

Utilizando el calor específico del agua tenemos que

c = 1 cal/(gramo * ºCelsius)

Sin embargo, utilizando el Sistema Internacional de Unidades de Medida, entonces el calor específico del agua es:

c = 4186 Julio/(kilogramo * ºKelvin)

Así, sabiendo el Calor Específico de una sustancia según el Sistema internacional de Unidades de Medida, es decir, en J/(Kg*ºK) podemos calcularlo en cal/(gramo*ºC) dividiendo dicha cifra por 4186. Mientras, si sabemos el calor específico en cal/(gramo*ºC) podemos calcularlo en J/(kg*ºK) multiplicando dicha cifra por 4186.

Tenemos por tanto que 4186 es el factor de conversión entre el calor específico medido en J/(kg*ºK) y el medido en cal/(gramo*ºC).

Aquí mostramos una tabla con algunos materiales y su calor específico
En el mundo de la automoción el calor específico es tremendamente importante para la determinación de los materiales empleados en muchos lugares del vehículo.
Así, por ejemplo, la utilización de discos de freno en aluminio permite no solo ofrecer un menor peso que los discos de freno de acero, sino que además estos elementos son capaces de disipar el calor de un modo más satisfactorio, pues el calor específico del aluminio es mucho mayor que el acero y, por tanto, es capaz de soportar mayores temperaturas y ofrecer así mejor frenada y durante mayor tiempo antes de llegar a fatigarse.

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CALOR ESPECÍFICO - Definición - Significado

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El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. Al calor específico también se le conoce como capacidad calorífica específica o capacidad térmica específica.

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Esta es la temperatura en la que un determinado líquido cambia a su fase gaseosa. Esto ocurre debido a que la presión de vapor de este fluido es igual a la presión atmosférica fuera de el.

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El punto de fusión es aquella temperatura en la que una sustancia cambia su estado de solido a líquido

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Este fenómeno natural ocurre cuando se provoca el ascenso del agua dentro de un tubo estrecho (tubo capilar). Cuanto este sea mas estrecho, mas subirá el agua. Esto sucede debido a que las fuerzas de adhesión son mayores a las de cohesión en las moléculas de agua.

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Algunos materiales con poros conectados entre sí absorben agua utilizando la capilaridad como son las esponjas, telas, el suelo y las plantas.

La capilaridad del agua es un fenómeno natural que provoca la ascensión del agua ( columna de agua) dentro de un tubo estrecho o también denominado tubo capilar. Cuando más estrecho sea el tubo mayor será la ascensión del agua.

La capilaridad del agua ocurre cuando se pone en contacto la superficie del agua con las paredes internas de un tubo capilar en un ángulo determinado. La fuerza que ejerce la tensión superficial en las paredes del tubo capilar causa que el agua se eleve dentro del tubo. Por su parte, el agua se adhiere en las paredes del tubo capilar, donde las fuerzas de adhesión son mayores que las fuerzas de cohesión de las moléculas de agua.

La ascensión se mantiene hasta que el propio peso del agua ascendida se equilibre con la fuerza vertical provocada por la tensión superficial y la fuerza de adhesión del agua. La superficie del agua contenida en un tubo capilar no es plana, sino que forma un lo cual implica que la superficie del agua tiene curvatura. En la superficie del agua, la presión del lado cóncavo se encuentra con la presión atmosférica, siendo mayor que la presión que se ejerce en el lado convexo. El líquido tiene que elevarse hasta que se ejerce la misma presión en los dos lados.
Capilaridad del agua y del mercurio (Fuente. Sergio Jaubert Garibay)
El fenómeno de capilaridad depende de la sustancia. Por ejemplo, en el caso de que la fuerza cohesión predomine como con el mercurio, la curvatura del menisco se encontrará mirando hacia abajo y se observará que el mercurio desciende ( sin capilaridad) formando un menisco convexo. En la superficie del mercurio, la presión atmosférica del lado convexo es menor que la presión que se ejerce en el lado cóncavo.
Meniscos de Mercurio y agua (Fuente. Universidad de Florida)

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Algunos materiales con poros conectados entre sí absorben agua utilizando la capilaridad como son las esponjas, telas, el suelo y las plantas. La capilaridad del agua es un fenómeno natural que provoca la ascensión del agua ( columna de agua) dentro de un tubo estrecho o también denominado tubo capilar.

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La adhesión corresponde a la propiedad de los materiales por la cual estos se unen y plasman al contacto (ya sean iguales o diferentes) y se mantienen juntos por fuerzas intermoleculares

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Dícese de la cohesión como la fuerza de atracción existente y permanente entre las moléculas pertenecientes a una misma y determinada sustancia. En adición, en las moléculas semejantes de un liquido recibe el nombre de fuerza cohesiva.

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En los fluidos, este termino hace referencia a la cantidad de energía necesaria para que este aumente su superficie por unidad de área, presentando de esta forma una pequeña barrera de resistencia

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La densidad de una sustancia se refiere a la propiedad de esta misma que determina la cantidad de de masa que se requiere por una determinada unidad de volumen; expresándose así: d=m/v