INTRODUCCIÓN
El agua es la sustancia más común en nuestro planeta. Océanos, mares y ríos, glaciares y agua atmosférica: esta no es una lista completa de "reservorios" de agua en la Tierra. Incluso en las entrañas de nuestro planeta hay agua, ¡y qué podemos decir de los organismos vivos que viven en su superficie! No hay una sola célula viva que no contenga agua. El cuerpo humano, por ejemplo, se compone de más del 70% de agua.
La vida en la Tierra es una combinación de numerosos procesos complejos, el lugar principal entre los cuales es la circulación de calor, humedad y sustancias. El papel principal en esto lo juega el agua, el progenitor de la vida en la Tierra.
Pero, ¿es accidental que nuestra vida sea inseparable del agua y cuáles son las razones de ello?
A diferencia de la gente común que está acostumbrada a considerar el agua como algo tan mundano y familiar que no vale la pena pensar mucho, mucho menos sorprenderse, los científicos consideran que este líquido es el más misterioso y sorprendente. Por ejemplo, muchas propiedades del agua son anómalas, es decir, difieren significativamente de las propiedades correspondientes de los compuestos de estructura similar. Curiosamente, fueron las propiedades anómalas del agua las que le dieron a este líquido la oportunidad de convertirse en el más importante de la Tierra.
AGUA EN LA NATURALEZA
En un estado libre, la Tierra contiene una cantidad colosal de agua: alrededor de mil quinientos millones de kilómetros cúbicos. Casi la misma cantidad de agua se encuentra en estado ligado física y químicamente en la composición de rocas cristalinas y sedimentarias.
La mayoría de las aguas naturales son soluciones, cuyo contenido de sustancias disueltas oscila entre el 0,01 % (en agua dulce) y el 3,5 % (en agua de mar).
El agua dulce representa solo alrededor del 3% del suministro total de agua en el planeta (aproximadamente 35 millones de km3). Una persona puede usar directamente solo el 0.006% del agua dulce para sus necesidades; esta es la parte que está contenida en los canales de todos los ríos y lagos. El resto del agua dulce es de difícil acceso: el 70% son capas de hielo de las regiones polares o glaciares de montaña, el 30% son acuíferos subterráneos.
No es exagerado decir que nuestro planeta está saturado de agua. Precisamente, gracias a ello se hizo posible en la Tierra el desarrollo de aquellas formas de vida que vemos a nuestro alrededor.
PROPIEDADES DEL AGUA,
CONTRIBUIR A LA APARICIÓN DE LA VIDA EN LA TIERRA
Comparando las propiedades del agua con las propiedades de compuestos análogos, llegamos a la conclusión de que muchas características del agua tienen valores anómalos. Como se dirá más adelante, es esta propiedad anómala la que jugará el papel más importante para el origen y la existencia de la vida en la Tierra.
Temperatura de ebullición
Considere los puntos de ebullición de los compuestos de la serie H2El, donde El es un elemento del subgrupo principal del grupo VI.
Compuesto H 2 0 H 2 S H 2 Se H 2 Te
t°C pb +100 -60 -41 -2
Como puede verse, el punto de ebullición del agua difiere mucho del punto de ebullición de los compuestos de elementos análogos y tiene un valor anormalmente alto. Se ha establecido que se observa una anomalía similar para todos los compuestos del tipo H 2 El, donde El es un no metal fuertemente electronegativo (O, N, etc.).
Si en la serie H 2 Te-H 2 Se-H 2 S el punto de ebullición disminuye uniformemente, entonces de H 2 S a H 2 0 aumenta abruptamente. Lo mismo se observa para la serie HI -HBr-HCl-HF y H 3 Sb-H 3 As-H 3 P-H 3 N. Se supuso, y posteriormente se probó, que existen enlaces específicos entre las moléculas de H 2 0, la ruptura de los cuales consume energía calefacción. Los mismos enlaces dificultan la separación de las moléculas de HF y H 3 N. Este tipo de enlace se llama enlace de hidrógeno, veamos su mecanismo.
Los elementos H y O tienen una gran diferencia en los valores de electronegatividad (EO(H) = 2,1; EO(O) = 3,5), por lo que el enlace químico H-O está fuertemente rizado. La densidad de electrones se desplaza hacia el oxígeno, como resultado de lo cual el átomo de hidrógeno adquiere una carga positiva efectiva y el átomo de oxígeno adquiere una carga negativa efectiva. Un enlace de hidrógeno es una imagen de la atracción electrostática entre el átomo de hidrógeno cargado positivamente de una molécula y el átomo de oxígeno cargado negativamente de otra molécula:
La capacidad del agua para formar enlaces de hidrógeno es de gran importancia bioquímica.
Densidad
Todas las sustancias tienden a aumentar su densidad al disminuir la temperatura. Sin embargo, el agua en este caso se comporta de manera algo inusual.
La temperatura mínima a la que puede estar el agua sin congelarse es de 0 "C. Sería lógico suponer que la mayor densidad del agua también corresponde a esta temperatura. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que la densidad del agua líquida es máxima a los 4 °C
Este hecho es de gran importancia. Imagina que el agua obedece las leyes que son características de todos los demás líquidos. Entonces se produciría el cambio en su densidad, como en otros líquidos. En el mundo que nos rodea, esto conduciría al desastre: con la llegada del invierno y el enfriamiento generalizado, las capas superiores de líquido en los embalses se enfriarían y se hundirían hasta el fondo. Las capas más cálidas de líquido que habían subido para ocupar su lugar también se habrían enfriado a 0 °C y descendido. Esto continuaría hasta que toda el agua se hubiera enfriado a 0°C. Además, el agua, a partir de las capas superiores, comenzaría a congelarse. Al ser más denso, el hielo se hundiría hasta el fondo, la congelación continuaría hasta que toda el agua de los embalses naturales se congelara hasta el fondo. Es claro que en tales condiciones la flora y la fauna de los cuerpos de agua naturales no podrían existir.
Otra anomalía en la densidad del agua es que la densidad del hielo es menor que la densidad del agua, es decir, el agua no se comprime al congelarse, como todos los demás líquidos, sino que, por el contrario, se expande.
Desde el punto de vista de las leyes de la física, esto es absurdo, porque un estado más ordenado de moléculas (hielo) no puede ocupar mayor volumen que uno menos ordenado (agua líquida), siempre que el número de moléculas en ambos estados sea lo mismo.
Como ya se mencionó, en el agua líquida, las moléculas de H 2 0 están interconectadas por enlaces de hidrógeno. La formación de cristales de hielo va acompañada de la formación de nuevos enlaces de hidrógeno, como resultado de lo cual las moléculas de agua forman capas. La conexión entre las capas también se realiza por puentes de hidrógeno. La estructura resultante (la llamada estructura de hielo) es una de las menos densas: los vacíos que existen entre las moléculas de un cristal de hielo superan el tamaño de una molécula de agua. Por lo tanto, la densidad del agua es de mayor importancia que la densidad del hielo.
Tensión superficial
Por regla general, la tensión superficial de un líquido se entiende como una fuerza que actúa sobre una unidad de longitud del contorno de la interfase y tiende a reducir esta superficie al mínimo. El valor de la tensión superficial para el agua tiene un valor anormalmente alto: 7.3 .10 -2 N / m a 20 0 C (de todos los líquidos, solo el mercurio tiene un valor más alto: 51 10 -2 N / m).
El alto valor de la tensión superficial del agua se manifiesta en el hecho de que tiende a reducir su superficie al mínimo. Se puede decir que bajo la acción de esta fuerza, las moléculas de la capa exterior de agua se adhieren, formando una especie de película sobre la superficie. Es tan fuerte y resistente que los objetos individuales pueden permanecer en la superficie del agua sin hundirse, incluso si su densidad es mayor que la densidad del agua.
La presencia de una película permite que muchos insectos se muevan sobre la superficie del agua e incluso se sienten sobre ella, como sobre una superficie dura.
El lado interior de la superficie del agua también es utilizado activamente por los seres vivos. Muchos de nosotros hemos visto larvas de mosquitos colgadas de él o pequeños caracoles arrastrándose en busca de presas.
La alta tensión superficial también causa un fenómeno tan inusualmente importante en la naturaleza como la capilaridad (el líquido sube a través de tubos muy delgados - capilares). Gracias a esto, se lleva a cabo la nutrición de las plantas.
Para describir el comportamiento del agua en los capilares, se han derivado leyes físicas bastante complejas. Las capas de agua ubicadas cerca de una superficie sólida están ordenadas estructuralmente. El espesor de tal capa puede alcanzar decenas y cientos de moléculas. Ahora los científicos se inclinan a considerar el estado estructuralmente ordenado del agua en los capilares como un estado separado: el capilar.
El agua capilar se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza en forma de la denominada agua intersticial. Cubre las superficies de los poros y grietas en rocas y minerales de la corteza terrestre con una película delgada pero densa. La densidad de esta película también se debe a que las moléculas de agua que la componen están unidas a las partículas que forman el sólido por fuerzas intermoleculares. El ordenamiento estructural del agua intersticial es la razón por la que su temperatura de cristalización (congelación) es notablemente más baja que la temperatura del agua libre. Además, las propiedades de las rocas con las que entra en contacto el agua intersticial dependen en gran medida del estado de agregación en que se encuentren.
RESUMEN JEFE
petrunina
ALLA
BORISOVNA
EDUCATIVA GENERAL MUNICIPAL
ESCUELA SECUNDARIA №4
ENSAYO
en química sobre el tema:
“El agua y sus propiedades”
Realizado :
estudiante 11 clase "B"
petrunina elena
PENZA 2001
Agua- una sustancia familiar e inusual. El conocido científico académico soviético I. V. Petryanov llamó a su libro científicamente popular sobre el agua "La sustancia más extraordinaria del mundo". Y el Doctor en Ciencias Biológicas B.F. Sergeev comenzó su libro "Fisiología entretenida" con un capítulo sobre el agua: "La sustancia que creó nuestro planeta".
Los científicos tienen razón: no hay sustancia en la Tierra más importante para nosotros que el agua ordinaria, y al mismo tiempo no hay otra sustancia del mismo tipo, en cuyas propiedades habría tantas contradicciones y anomalías como en sus propiedades.
Casi ¾ de la superficie de nuestro planeta está ocupada por océanos y mares. El agua sólida - nieve y hielo - cubre el 20% de la tierra. De la cantidad total de agua en la Tierra, equivalente a 1 billón 386 millones de kilómetros cúbicos, 1 billón 338 millones de kilómetros cúbicos corresponden a la parte de las aguas saladas del Océano Mundial, y solo 35 millones de kilómetros cúbicos corresponden a la parte de las aguas dulces. La cantidad total de agua del océano sería suficiente para cubrir el globo con una capa de más de 2,5 kilómetros. Por cada habitante de la Tierra hay aproximadamente 0,33 kilómetros cúbicos de agua de mar y 0,008 kilómetros cúbicos de agua dulce. Pero la dificultad es que la gran mayoría del agua dulce en la Tierra se encuentra en un estado que dificulta el acceso de los humanos. Casi el 70 % del agua dulce está contenida en las capas de hielo de los países polares y en los glaciares de las montañas, el 30 % está en los acuíferos subterráneos y solo el 0,006 % del agua dulce está contenida simultáneamente en los cauces de todos los ríos.
Se han encontrado moléculas de agua en el espacio interestelar. El agua forma parte de los cometas, la mayoría de los planetas del sistema solar y sus satélites.
Composición isotópica. Hay nueve variedades isotópicas estables de agua. Su contenido medio en agua dulce es el siguiente: 1 H216 O - 99,73 %, 1 H218 O - 0,2 %,
1 H217 O - 0,04 %, 1 H2 H16 O - 0,03 %. Las cinco especies isotópicas restantes están presentes en el agua en cantidades insignificantes.
La estructura de la molécula. Como saben, las propiedades de los compuestos químicos dependen de los elementos de los que están compuestas sus moléculas y cambian de forma natural. El agua puede considerarse como óxido de hidrógeno o como hidruro de oxígeno. Los átomos de hidrógeno y oxígeno en una molécula de agua están ubicados en las esquinas de un triángulo isósceles con una longitud de enlace O-H de 0.957 nm; ángulo de enlace H - O - H 104o 27'.
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Pero dado que ambos átomos de hidrógeno están ubicados en el mismo lado del oxígeno, las cargas eléctricas se dispersan. La molécula de agua es polar, razón por la cual existe una interacción especial entre sus diferentes moléculas. Los átomos de hidrógeno en una molécula de agua, que tienen una carga positiva parcial, interactúan con los electrones de los átomos de oxígeno de las moléculas vecinas. Tal enlace químico se llama h o d o r d n o y. Combina moléculas de agua en una especie de polímeros de estructura espacial. El vapor de agua contiene aproximadamente un 1% de dímeros de agua. La distancia entre los átomos de oxígeno es de 0,3 nm. En las fases líquida y sólida, cada molécula de agua forma cuatro enlaces de hidrógeno: dos como donante de protones y dos como aceptor de protones. La longitud media de estos enlaces es de 0,28 nm, el ángulo H - O - H tiende a 1800. Cuatro enlaces de hidrógeno de una molécula de agua se dirigen aproximadamente a los vértices de un tetraedro regular.
La estructura de las modificaciones del hielo es una cuadrícula tridimensional. En las modificaciones que existen a bajas presiones, los llamados hielo - I, los enlaces H - O - H son casi rectos y están dirigidos a los vértices de un tetraedro regular. Pero a altas presiones, el hielo ordinario puede convertirse en el llamado hielo - II, hielo - III y así sucesivamente - formas cristalinas más pesadas y densas de esta sustancia. Los más duros, densos y refractarios hasta ahora son el hielo - VII y el hielo - VIII. El hielo - VII se obtuvo bajo una presión de 3 mil millones de Pa, se funde a una temperatura de + 1900 C. En las modificaciones - hielo - II - hielo - VI - con el enlace H - O - H, son curvas y los ángulos entre ellos difieren del tetraédrico, lo que provoca un aumento en la densidad a lo largo en comparación con la densidad del hielo ordinario. Solo en las modificaciones ice-VII y ice-VIII se logra la densidad de empaquetamiento más alta: en su estructura, dos redes regulares construidas de tetraedros se insertan una en la otra, mientras que se conserva el sistema de enlaces de hidrógeno rectilíneos.
Una red tridimensional de enlaces de hidrógeno construida a partir de tetraedros también existe en el agua líquida en todo el rango desde la temperatura de fusión hasta la temperatura crítica igual a + 3.980C. El aumento de densidad durante el derretimiento, como en el caso de las modificaciones densas del hielo, se explica por la flexión de los enlaces de hidrógeno.
La flexión de los enlaces de hidrógeno aumenta con el aumento de la temperatura y la presión, lo que conduce a un aumento de la densidad. Por otro lado, cuando se calienta, la longitud promedio de los enlaces de hidrógeno se vuelve más larga, como resultado de lo cual la densidad disminuye. La acción conjunta de dos hechos explica la presencia de una densidad máxima de agua a una temperatura de +3,980C.
Propiedades físicas agua son anómalos, lo que se explica por los datos anteriores sobre la interacción entre las moléculas de agua.
El agua es la única sustancia en la Tierra que existe en la naturaleza en los tres estados de agregación: líquido, sólido y gaseoso.
El derretimiento del hielo a presión atmosférica va acompañado de una disminución del volumen del 9%. La densidad del agua líquida a una temperatura cercana a cero es mayor que la del hielo. A 0°C, 1 gramo de hielo ocupa un volumen de 1,0905 centímetros cúbicos y 1 gramo de agua líquida ocupa un volumen de 1,0001 centímetros cúbicos. Y el hielo flota, razón por la cual los cuerpos de agua generalmente no se congelan, sino que solo se cubren con una capa de hielo.
El coeficiente de temperatura de expansión volumétrica del hielo y el agua líquida es negativo a temperaturas inferiores a - 2100C y + 3,980C, respectivamente.
La capacidad calorífica durante la fusión casi se duplica y en el rango de 00C a 1000C es casi independiente de la temperatura.
El agua tiene puntos de fusión y ebullición anormalmente altos en comparación con otros compuestos de hidrógeno de elementos del subgrupo principal del grupo VI de la tabla periódica.
Telururo de hidrógeno Seleniuro de hidrógeno Sulfuro de hidrógeno Agua
H 2 Aquellos H 2 S mi H 2 S H2O
t derritiendo - 510С - 640С - 820С 00С
_____________________________________________________
punto de ebullición - 40C - 420C - 610C 1000C
_____________________________________________________
Se necesita energía adicional para aflojar y luego romper los enlaces de hidrógeno. Y esta energía es muy significativa. Por eso la capacidad calorífica del agua es tan alta. Gracias a esta característica, el agua forma el clima del planeta. Los geofísicos dicen que la Tierra se habría enfriado hace mucho tiempo y se habría convertido en un pedazo de piedra sin vida, si no fuera por el agua. A medida que se calienta, absorbe calor y, a medida que se enfría, lo libera. El agua terrestre absorbe y devuelve mucho calor y, por lo tanto, “iguala” el clima. Particularmente notable es la influencia de las corrientes marinas en la formación del clima de los continentes, formando anillos de circulación cerrados en cada océano. El ejemplo más llamativo es la influencia de la Corriente del Golfo, un poderoso sistema de corrientes cálidas que se extiende desde la península de Florida en América del Norte hasta Svalbard y Novaya Zemlya. Gracias a la Corriente del Golfo, la temperatura promedio de enero en la costa del norte de Noruega, más allá del Círculo Polar Ártico, es la misma que en la parte de la estepa de Crimea: alrededor de 00С, es decir, aumentó en 15 - 200С. Y en Yakutia en la misma latitud, pero lejos de la Corriente del Golfo, menos 400C. Y esas moléculas de agua que están dispersas en la atmósfera, en nubes y en forma de vapores, protegen a la Tierra del frío cósmico. El vapor de agua crea un poderoso “efecto invernadero”, que atrapa hasta el 60% de la radiación térmica de nuestro planeta, impidiendo que se enfríe. Según los cálculos de M.I. Budyko, con una reducción a la mitad del contenido de vapor de agua en la atmósfera, la temperatura media de la superficie de la Tierra se reduciría en más de 50 °C (de 14,3 a 90 °C). La mitigación del clima terrestre, en particular, la igualación de la temperatura del aire en las estaciones de transición, primavera y otoño, se ve significativamente afectada por los enormes valores del calor latente de fusión y evaporación del agua.
Pero esta no es la única razón por la que consideramos el agua como una sustancia vital. El hecho es que el cuerpo humano es casi 63 - 68% agua. Casi todas las reacciones bioquímicas en cada célula viva son reacciones en soluciones acuosas. Con el agua se eliminan las escorias venenosas de nuestro cuerpo; El agua secretada por las glándulas sudoríparas y evaporada de la superficie de la piel regula nuestra temperatura corporal. Los representantes del mundo animal y vegetal contienen la misma abundancia de agua en sus cuerpos. La menor cantidad de agua, solo 5 - 7% del peso, contiene algunos musgos y líquenes. La mayoría de los habitantes del globo y las plantas consisten en más de la mitad del agua. Por ejemplo, los mamíferos contienen 60 - 68%; pescado - 70%; algas - 90 - 98% agua.
En soluciones (principalmente acuosas), la mayoría de los procesos tecnológicos tienen lugar en la industria química, en la producción de medicamentos y productos alimenticios.
No es casualidad que la hidrometalurgia, la extracción de metales de minerales y concentrados usando soluciones de varios reactivos, se haya convertido en una industria importante.
El agua es una importante fuente de recursos energéticos. Como sabes, todas las centrales hidroeléctricas del mundo, desde la más pequeña hasta la más grande, convierten la energía mecánica del flujo de agua en energía eléctrica exclusivamente con la ayuda de turbinas de agua con generadores eléctricos conectados a ellas. En las centrales nucleares, un reactor nuclear calienta agua, el vapor de agua hace girar una turbina con un generador y genera electricidad.
El agua, a pesar de todas sus propiedades anómalas, es un estándar para medir la temperatura, la masa (peso), la cantidad de calor y la altura del terreno.
El físico sueco Anders Celsius, miembro de la Academia de Ciencias de Estocolmo, creó en 1742 la escala del termómetro centígrado, que ahora se usa en casi todas partes. El punto de ebullición del agua es 100 y el punto de fusión del hielo es 0.
Al desarrollar el sistema métrico, establecido por decreto del gobierno revolucionario francés en 1793, en lugar de varias medidas antiguas, se utilizó agua para crear la medida principal de masa (peso): kilogramo y gramo: 1 gramo, como saben, es el peso de 1 centímetro cúbico (mililitro) de agua pura a una temperatura de su densidad más alta - 40C. Por lo tanto, 1 kilogramo es el peso de 1 litro (1000 centímetros cúbicos) o 1 decímetro cúbico de agua: y 1 tonelada (1000 kilogramos) es el peso de 1 metro cúbico de agua.
El agua también se usa para medir la cantidad de calor. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 gramo de agua de 14,5 a 15,50C.
Todas las alturas y profundidades del globo se miden desde el nivel del mar.
En 1932, los estadounidenses G. Urey y E. Osborne descubrieron que incluso el agua más pura que sólo puede obtenerse en condiciones de laboratorio contiene una pequeña cantidad de alguna sustancia, aparentemente expresada por la misma fórmula química H2O, pero con un peso molecular de 20 en lugar del peso de 18 inherente al agua ordinaria. Yuuri llamó a esta sustancia agua pesada. El gran peso del agua pesada se explica por el hecho de que sus moléculas consisten en átomos de hidrógeno con el doble de peso atómico en comparación con los átomos de hidrógeno ordinarios. El doble peso de estos átomos, a su vez, se debe a que sus núcleos contienen, además del único protón que constituye el núcleo del hidrógeno ordinario, un neutrón más. El isótopo pesado del hidrógeno se llama deuterio.
(D o 2 H), y el hidrógeno ordinario se conoció como protium. El agua pesada, óxido de deuterio, se expresa mediante la fórmula D2O.
Pronto se descubrió un tercer isótopo superpesado de hidrógeno con un protón y dos neutrones en el núcleo, que se denominó tritio (T o 3 H). En combinación con el oxígeno, el tritio forma agua superpesada T2O con un peso molecular de 22.
Las aguas naturales contienen en promedio alrededor de 0.016% de agua pesada. El agua pesada es similar en apariencia al agua ordinaria, pero difiere de ella en muchas propiedades físicas. El punto de ebullición del agua pesada es 101,40C, el punto de congelación es + 3,80C. El agua pesada es un 11% más pesada que el agua normal. La gravedad específica del agua pesada a 250C es 1,1. Disuelve varias sales peor (en 5–15%). En el agua pesada, la velocidad de algunas reacciones químicas es diferente a la del agua corriente.
Y fisiológicamente, el agua pesada afecta a la materia viva de una manera diferente: a diferencia del agua común, que tiene el poder de dar vida, el agua pesada es completamente inerte. Las semillas de plantas, si se riegan con agua pesada, no germinan; renacuajos, microbios, gusanos, peces no pueden existir en agua pesada; si a los animales se les da solamente agua pesada, morirán de sed. El agua pesada es agua muerta.
Hay otro tipo de agua que difiere en propiedades físicas del agua ordinaria: esta es el agua magnetizada. Dicha agua se obtiene mediante imanes montados en una tubería por la que fluye el agua. El agua magnetizada cambia sus propiedades físicas y químicas: aumenta la velocidad de las reacciones químicas, se acelera la cristalización de las sustancias disueltas, aumenta la adhesión de partículas sólidas de impurezas y su precipitación con la formación de grandes copos (coagulación). La magnetización se utiliza con éxito en obras hidráulicas con alta turbidez del agua captada. También permite la rápida sedimentación de efluentes industriales contaminados.
De propiedades químicas del agua, la capacidad de sus moléculas para disociarse (descomponerse) en iones y la capacidad del agua para disolver sustancias de diferente naturaleza química son especialmente importantes.
El papel del agua como disolvente principal y universal está determinado principalmente por la polaridad de sus moléculas y, en consecuencia, su altísima constante dieléctrica. Las cargas eléctricas opuestas, y en particular los iones, se atraen entre sí en el agua 80 veces más débilmente de lo que se atraerían en el aire. Las fuerzas de atracción mutua entre las moléculas o átomos de un cuerpo sumergido en agua son también más débiles que en el aire. En este caso, es más fácil que el movimiento térmico rompa las moléculas. Por eso se produce la disolución, incluso de muchas sustancias difícilmente solubles: una gota desgasta una piedra.
Solo una pequeña fracción de moléculas (una de cada 500.000.000) sufre disociación electrolítica según el esquema:
H2 + 1/2 O2 H2 O -242 kJ/mol para vapor
286 kJ/mol para agua líquida
A bajas temperaturas en ausencia de catalizadores, avanza extremadamente lentamente, pero la velocidad de reacción aumenta bruscamente al aumentar la temperatura, ya 5500C se produce una explosión. A medida que la presión disminuye y la temperatura aumenta, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.
Bajo la influencia de la radiación ultravioleta, el agua se fotodisocia en iones H+ y OH-.
La radiación ionizante provoca la radiólisis del agua con la formación de H2; H2 O2 y radicales libres: H*; ÉL*; O*.
El agua es un compuesto reactivo.
El agua es oxidada por el oxígeno atómico:
H2 O + C CO + H2
A temperatura elevada en presencia de un catalizador, el agua reacciona con el CO; CH4 y otros hidrocarburos, por ejemplo:
6H2 O + 3P 2HPO3 + 5H2
El agua reacciona con muchos metales para formar H2 y el hidróxido correspondiente. Con metales alcalinos y alcalinotérreos (excepto Mg), esta reacción continúa incluso a temperatura ambiente. Los metales menos activos descomponen el agua a temperaturas elevadas, por ejemplo, Mg y Zn, por encima de 1000C; Fe - por encima de 6000С:
2Fe + 3H2 O Fe2 O 3 + 3H2
Muchos óxidos reaccionan con el agua para formar ácidos o bases.
El agua puede servir como catalizador, por ejemplo, los metales alcalinos y el hidrógeno reaccionan con CI2 solo en presencia de trazas de agua.
A veces, el agua es un veneno para el catalizador, por ejemplo, para un catalizador de hierro en la síntesis de NH3.
La capacidad de las moléculas de agua para formar redes tridimensionales de enlaces de hidrógeno le permite formar hidratos de gas con gases inertes, hidrocarburos, CO2, CI2, (CH2)2 O, CHCI3 y muchas otras sustancias.
Hasta aproximadamente finales del siglo XIX, el agua se consideraba un regalo gratuito e inagotable de la naturaleza. Solo faltaba en las áreas escasamente pobladas del desierto. En el siglo XX, la visión del agua cambió drásticamente. Como resultado del rápido crecimiento de la población mundial y el rápido desarrollo de la industria, el problema de suministrar a la humanidad agua dulce limpia se ha convertido casi en el problema número uno del mundo. Actualmente, las personas usan alrededor de 3 billones de metros cúbicos de agua cada año, y esta cifra crece rápidamente y constantemente. En muchas áreas industriales densamente pobladas, el agua limpia ya escasea.
La falta de agua dulce en el mundo se puede suplir de varias maneras: desalinizando el agua de mar, y también reemplazándola, donde sea posible tecnológicamente, por agua dulce; depurar las aguas residuales hasta el punto de que puedan descargarse con seguridad en embalses y cursos de agua, sin temor a la contaminación, y reutilizarse; utilizar el agua dulce de forma económica, creando una tecnología de producción menos intensiva en agua, reemplazando, cuando sea posible, agua dulce de alta calidad por agua dulce de menor calidad, etc.
EL AGUA ES UNA DE LAS PRINCIPALES RIQUEZAS DE LA HUMANIDAD EN LA TIERRA.
BIBLIOGRAFÍA:
1. Enciclopedia química. Volumen 1. Editor I.L.Knunyants. Moscú, 1988.
2. Diccionario enciclopédico de un joven químico. compiladores
V. A. Kritsman, V. V. Stanzo. Moscú, Pedagogía, 1982.
“Hidrometeoizdat”, 1980.
4. La sustancia más extraordinaria del mundo. Autor
IV Petryanov. Moscú, "Pedagogía", 1975.
PLAN.
I. Introducción.
Dichos de científicos famosos sobre el agua.
II .Parte principal.
1. Distribución del agua en el planeta Tierra, en el espacio
espacio.
2. Composición isotópica del agua.
3. La estructura de la molécula de agua.
4. Propiedades físicas del agua, su anomalía.
a) Estados agregados del agua.
b) La densidad del agua en estado sólido y líquido.
c) Capacidad calorífica del agua.
d) Los puntos de fusión y ebullición del agua en comparación con
otros compuestos de hidrógeno de los elementos
subgrupo principal grupo YI de la tabla periódica.
5. Influencia del agua en la formación del clima en el planeta
6. El agua como componente principal de las plantas y
organismos animales
7.Uso de agua en la industria, producción
electricidad.
8. Usar el agua como referencia.
a). Para medir la temperatura.
b) Para medir la masa (peso).
c) Para medir la cantidad de calor.
d) Para medir la altura del terreno.
9. Agua pesada, sus propiedades.
10. Agua magnetizada, sus propiedades.
11. Propiedades químicas del agua.
a) Formación de agua a partir de oxígeno e hidrógeno.
b) Disociación del agua en iones.
c) Fotodisociación del agua.
d) Radiólisis del agua.
e) Oxidación del agua por oxígeno atómico.
e) Interacción del agua con no metales, halógenos,
hidrocarburos.
g) Interacción del agua con los metales.
h) Interacción del agua con los óxidos.
i) El agua como catalizador e inhibidor de la química
tercero .Conclusión.
El agua como una de las principales riquezas de la humanidad en la Tierra.
El agua en nuestro planeta se encuentra en tres estados: líquido, sólido (hielo, nieve) y gaseoso (vapor). Actualmente, el agua ocupa 3/4.
El agua forma la capa de agua de nuestro planeta: la hidrosfera.
La hidrosfera (de las palabras griegas "hidro" - agua, "esfera" - una bola) incluye tres componentes principales: los océanos, las aguas terrestres y el agua en la atmósfera. Todas las partes de la hidrosfera están interconectadas por el proceso del ciclo del agua en la naturaleza que ya conocen.
- Explica cómo el agua de los continentes llega a los océanos.
- ¿Cómo llega el agua a la atmósfera?
- ¿Cómo regresa el agua a la tierra?
Los océanos representan más del 96% de toda el agua de nuestro planeta.
Los continentes y las islas dividen el Océano Mundial en océanos separados: Pacífico, Atlántico, Índico,.
En los últimos años, los mapas destacan el Océano Austral, la masa de agua que rodea la Antártida. El más grande en área es el Océano Pacífico, el más pequeño es el Océano Ártico.
Las partes de los océanos que se adentran en la tierra y difieren en las propiedades de sus aguas se denominan mares. Hay muchos de ellos. Los mares más grandes del planeta son el filipino, el árabe, el coral.
El agua en condiciones naturales contiene varias sustancias disueltas en ella. En 1 litro de agua de mar, en promedio, contiene 35 g de sal (sobre todo sal de mesa), lo que le da un sabor salado, lo hace inadecuado para beber y su uso en la industria y la agricultura.
Los ríos, lagos, pantanos, glaciares y aguas subterráneas son aguas terrestres. La mayoría de las aguas de la tierra son dulces, pero las saladas también se encuentran entre los lagos y las aguas subterráneas.
Usted sabe qué papel tan importante juegan los ríos, lagos y pantanos en la naturaleza y en la vida de las personas. Pero esto es lo sorprendente: en la cantidad total de agua en la Tierra, su participación es muy pequeña: solo el 0,02%.
Mucha más agua está encerrada en los glaciares: alrededor del 2%. No los confunda con el hielo que se forma cuando el agua se congela. ocurren donde cae más de lo que tiene tiempo para derretirse. Poco a poco, la nieve se acumula, se compacta y se convierte en hielo. Los glaciares cubren aproximadamente 1/10 de la tierra. Se encuentran principalmente en la parte continental de la Antártida y la isla de Groenlandia, que están cubiertas de enormes capas de hielo. Los bloques de hielo que se desprenden a lo largo de sus orillas forman montañas flotantes: icebergs.
Algunos de ellos alcanzan tamaños enormes. Grandes áreas están ocupadas por glaciares en las montañas, especialmente en lugares tan altos como el Himalaya, el Pamir y el Tien Shan.
Los glaciares pueden llamarse despensas de agua dulce. Hasta ahora, apenas se ha utilizado, pero los científicos han estado desarrollando durante mucho tiempo proyectos para transportar icebergs a regiones áridas para proporcionar agua potable a los residentes locales.
También constituyen alrededor del 2% de toda el agua en la Tierra. Se encuentran en la parte superior de la corteza terrestre.
Estas aguas pueden ser saladas y frescas, frías, templadas y calientes. A menudo están saturados de sustancias útiles para la salud humana y son medicinales (aguas minerales).
En muchos lugares, por ejemplo, a lo largo de las orillas de los ríos, en los barrancos, el agua subterránea sale a la superficie, formando manantiales (también se les llama manantiales y manantiales).
Las reservas de agua subterránea se reponen debido a la precipitación atmosférica, que se filtra a través de algunas de las rocas que forman la superficie terrestre. Por lo tanto, el agua subterránea está involucrada en la naturaleza.
agua en la atmosfera
Contiene vapor de agua, gotas de agua y cristales de hielo. Juntos constituyen fracciones de un porcentaje de la cantidad total de agua en la Tierra. Pero sin ellos, el ciclo del agua en nuestro planeta sería imposible.
- ¿Qué es la hidrosfera? Enumere sus partes constituyentes.
- ¿Qué océanos forman el Océano Mundial de nuestro planeta?
- ¿Qué constituye el agua de la tierra?
- ¿Cómo se forman los glaciares y dónde se encuentran?
- ¿Cuál es el papel de las aguas subterráneas?
- ¿Qué es el agua en la atmósfera?
- ¿Cuál es la diferencia entre río, lago y ?
- ¿Cuál es el peligro de un iceberg?
- ¿Hay cuerpos de agua salada en nuestro planeta además de mares y océanos?
La capa de agua de la Tierra se llama hidrosfera. Está formado por los océanos, las aguas terrestres y el agua de la atmósfera. Todas las partes de la hidrosfera están interconectadas por el proceso del ciclo del agua en la naturaleza. Los océanos representan más del 96% del agua del mundo. Se divide en océanos separados. Las partes de los océanos que se adentran en la tierra se llaman mares. Las aguas terrestres incluyen ríos, lagos, pantanos, glaciares, aguas subterráneas. La atmósfera contiene vapor de agua, gotas de agua y cristales de hielo.
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Sin agua la vida en nuestro planeta no podría existir. Agua importante para los organismos vivos por dos razones. En primer lugar, es un componente necesario de las células vivas y, en segundo lugar, para muchos organismos también sirve como hábitat. Para los humanos, solo el agua potable tiene valor. Para obtener agua potable, se utilizan, lo que le permite purificarla de impurezas nocivas, hacerla apta para beber y cocinar. Es por eso que se deben decir algunas palabras sobre sus propiedades químicas y físicas.
Estas propiedades son bastante inusuales y se deben principalmente al pequeño tamaño de las moléculas. agua, su polaridad y la capacidad de combinarse entre sí mediante enlaces de hidrógeno. La polaridad se refiere a la distribución desigual de cargas en una molécula. En el agua, un extremo de la molécula (el "polo") lleva una pequeña carga positiva, mientras que el otro extremo lleva una carga negativa. Tal molécula se llama dipolo. La capacidad de un átomo de oxígeno para atraer electrones es más pronunciada que la de los átomos de hidrógeno, por lo que el átomo de oxígeno en una molécula de agua tiende a atraer los electrones de dos átomos de hidrógeno hacia sí mismo. Los electrones tienen carga negativa, por lo que el átomo de oxígeno adquiere una pequeña carga negativa y los átomos de hidrógeno adquieren una positiva.
Como resultado, entre moléculas de agua se produce una interacción electrostática débil y, dado que las cargas opuestas se atraen, las moléculas parecen "pegarse". Estas interacciones, más débiles que los enlaces iónicos o covalentes normales, se denominan enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno se forman, se rompen y resurgen constantemente en la columna de agua. Y aunque estos son enlaces débiles, su efecto combinado determina muchas de las propiedades físicas inusuales del agua. Dada esta característica del agua, ahora podemos proceder a considerar aquellas propiedades que son importantes desde un punto de vista biológico.
Puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. A. Dos moléculas de agua conectadas por un enlace de hidrógeno 6+: una carga positiva muy pequeña; 6~ es una carga negativa muy pequeña. B. Una red de moléculas de agua unidas por enlaces de hidrógeno. Estas estructuras se forman, se descomponen y resurgen constantemente en el agua que se encuentra en estado líquido.La importancia biológica del agua.
El agua como disolvente. Agua- excelente solvente para sustancias polares. Estos incluyen compuestos iónicos, como las sales, que contienen especies cargadas (iones), y algunos compuestos no iónicos, como los azúcares, en los que los grupos polares (débilmente cargados) están presentes en la molécula (en los azúcares, este es el grupo hidroxilo que transporta una pequeña carga negativa, -OH). Cuando una sustancia se disuelve en agua, las moléculas de agua rodean a los iones y grupos polares, separando los iones o moléculas entre sí.
En solución, las moléculas o iones pueden moverse más libremente, por lo que aumenta la reactividad de la sustancia. Por esta razón, la mayoría de las reacciones químicas en la célula tienen lugar en soluciones acuosas. Las sustancias no polares, como los lípidos, son repelidas por el agua y en su presencia suelen atraerse entre sí, en otras palabras, las sustancias no polares son hidrofóbicas (hidrofóbicas - hidrofugantes). Tales interacciones hidrofóbicas juegan un papel importante en la formación de membranas, así como en la determinación de la estructura tridimensional de muchas moléculas de proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares.
inherente propiedades del agua solvente también significa que el agua sirve como medio para el transporte de varios. Desempeña este papel en la sangre, en los sistemas linfático y excretor, en el tracto digestivo y en el floema y xilema de las plantas.
El agua en la vida humana
El agua -a primera vista, el compuesto químico más simple de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno- es, sin exagerar, la base de la vida en la Tierra. No es casualidad que los científicos en busca de formas de vida en otros planetas del sistema solar dirijan tanto esfuerzo a detectar rastros de agua.
En nuestra vida diaria, encontramos agua constantemente. Al mismo tiempo, parafraseando una canción de una película antigua, podemos decir que “bebemos agua” y “echamos agua”. Hablaremos de estos dos aspectos del uso humano del agua.
Agua "comida"
agua del hogar
Agua "comida"
El agua en sí no tiene ningún valor nutricional, pero es una parte indispensable de todos los seres vivos. Las plantas contienen hasta un 90% de agua, mientras que el cuerpo de un adulto se compone de un 60 a un 65% de agua. Al observar los detalles, se puede observar que los huesos contienen un 22 % de agua, el cerebro un 75 %, mientras que la sangre contiene hasta un 92 %.
El papel principal del agua en la vida de todos los seres vivos, incluidos los humanos, se debe al hecho de que es un solvente universal para una gran cantidad de productos químicos. Aquellos. de hecho, es el entorno en el que tienen lugar todos los procesos vitales.
Aquí hay solo una lista pequeña y lejos de ser completa de los "deberes" del agua en nuestro cuerpo.
Regula la temperatura corporal.
Humidifica el aire.
Proporciona la entrega de nutrientes y oxígeno a todas las células del cuerpo.
Protege y amortigua los órganos vitales.
Ayuda a convertir los alimentos en energía.
Ayuda a que los nutrientes sean absorbidos por los órganos.
Elimina toxinas y productos de desecho de los procesos vitales.
Un cierto y constante contenido de agua es una condición necesaria para la existencia de un organismo vivo. Cuando cambia la cantidad de agua consumida y su composición salina, se interrumpen los procesos de digestión y asimilación de alimentos, hematopoyesis, etc.. Sin agua, es imposible regular el intercambio de calor del cuerpo con el medio ambiente y mantener la temperatura corporal.
Una persona es sumamente consciente del cambio en el contenido de agua de su cuerpo y puede vivir sin ella durante unos pocos días. Con una pérdida de agua en una cantidad de menos del 2% del peso corporal (1-1.5 l), aparece una sensación de sed, con una pérdida de 6-8%, se produce un estado de desmayo, con un 10%: alucinaciones, deglución. trastornos La pérdida del 10-20% del agua es potencialmente mortal. Los animales mueren cuando pierden un 20-25% de agua.
El consumo excesivo de agua provoca una sobrecarga del sistema cardiovascular, provoca una sudoración debilitante, acompañada de una pérdida de sales, y debilita el organismo.
Según la intensidad del trabajo, las condiciones externas (incluido el clima), las tradiciones culturales, una persona consume en total (junto con los alimentos) de 2 a 4 litros de agua por día y la misma cantidad de agua se excreta del cuerpo (por más detalles, consulte "Régimen de bebida y equilibrio de agua en el cuerpo" y el artículo "Beber o no beber, esa es la pregunta" de la revista "Salud" en nuestro "Digest"). El consumo medio diario es de unos 2-2,5 litros. Es a partir de estas cifras que la Organización Mundial de la Salud (OMS) procede al desarrollar recomendaciones para la calidad del agua (Ver "Parámetros de calidad del agua").
La composición mineral del agua no es de poca importancia. Para beber y cocinar constantemente, es adecuada el agua dulce con una mineralización total de hasta 0,5 - 1 g / l. Aunque, por supuesto, en cantidades limitadas es posible (y a veces incluso útil, por ejemplo, con fines medicinales) usar agua mineral con un alto contenido de sal (para obtener información sobre qué agua es "adecuada" para qué enfermedades, consulte el artículo “Cada enfermedad tiene su agua” en nuestro Digesto"). El cuerpo humano se adapta rápidamente a los cambios en la composición de sal del agua potable. Sin embargo, el proceso de acostumbrarse lleva algún tiempo. Por lo tanto, con un cambio brusco (e incluso más frecuente) en las características del agua, es posible que se produzcan alteraciones en la actividad del tracto gastrointestinal, conocida popularmente como "enfermedad del viajero".
En general, los medios de comunicación prestan mucha atención a la cuestión de qué sustancias útiles y en qué cantidades deben estar contenidas en el agua. Este problema es realmente muy importante, pero, desafortunadamente, hay demasiada especulación y malas palabras a su alrededor.
Incluso publicaciones muy reputadas se permiten publicar de manera un tanto irresponsable información como: “una persona recibe hasta el 25% de los minerales útiles del agua” y otra, por decirlo suavemente, información que no se corresponde del todo con la realidad. Un clásico del género "Escuché un timbre, pero no sé dónde está": el artículo "Capital Water ..." de la Sra. Ekaterina Bychkova en AiF-Moscú No. 37 "99.
Nuestro punto de vista sobre este tema se puede encontrar en la sección "Agua y minerales útiles".
También recomendamos una serie de artículos de la revista "Salud": "Beber o no beber, esa es la cuestión", "Cada enfermedad tiene su agua", "Cinco datos sobre el agua que no sabías", así como así como los materiales “Tanto sana como paraliza” y “Cascada de piedra”, también presentados en nuestro Digest.
agua del hogar
Es bien sabido que el uso del agua para fines domésticos en Rusia está lejos de ser racional (mantenemos silencio sobre la industria por falta de datos confiables). Hay dos razones principales:
Abundancia de recursos hídricos.
Su baratura.
En su número del 31 de agosto de 1999, dedicado a los problemas del agua, la revista "Itogi" proporcionó datos visuales que caracterizan estos dos parámetros y su relación.
Se puede ver que cuanto más barata es el agua en un país en particular, más generosamente se vierte. Tampoco es sorprendente que en Rusia, donde hasta los últimos años no existía la práctica de instalar dispositivos de medición de agua para cada apartamento, no existen estadísticas confiables sobre el consumo de agua en la vida cotidiana.
Por lo tanto, utilizaremos datos publicados en inglés de mediados de los años 80. Por supuesto, en Reino Unido el consumo diario de agua per cápita ya era en ese momento de 140 l/día, y en nuestro país todavía ronda los 400 l/día, pero los datos recogidos por los meticulosos británicos son tan interesantes que deberíamos estudialo y toma nota. En cualquier caso, la economía de mercado dicta sus propias leyes, es probable que el agua pronto suba de precio y la frugalidad de los citados ingleses ya no nos parezca descabellada.
Asi que. Según datos en inglés /15/:
El principal artículo de consumo de agua en la vida cotidiana es el inodoro. El "suave contralto del instrumento del tanque de agua" es responsable del 35% del consumo de agua per cápita por día (50 litros). Luego viene la higiene personal (baño y ducha, lavado, etc.) - 32% del consumo (45 l), lavandería - 12% (17 l), lavado de platos - 10% (14 l), beber y cocinar - 3% ( 4 l), otros gastos (mascotas, riego de flores, etc.) - 8% (11 l).
Está claro que estas cifras están promediadas y reducidas a un día (por ejemplo, una persona se baña y no se lava todos los días). Sin embargo, también brindan elementos de reflexión y comparación con nuestra realidad.
Es poco probable que comamos mucho más que los mismos británicos y, en consecuencia, gastamos en cocinar también entre 4 y 4,5 litros per cápita al día. Perdónanos por tal conclusión, pero de la anterior se deduce directamente que no deberíamos usar el baño con más frecuencia (¿o hay otras opiniones?). Teniendo en cuenta que tenemos un estándar europeo único para tanques de drenaje, esto da los mismos 50 litros.
Por cierto, el meticuloso británico calculó que una familia de dos adultos y tres niños usa el baño en promedio 25-40 veces al día. Si existe la costumbre de tirar los restos de comida y otros desechos por el inodoro, entonces el número de "descensos" incluso en una familia de 4 personas puede llegar a 60. Aquí, por cierto, habría que buscar los orígenes de la iniciativa ecológica, ahora de moda en Europa (sobre todo en Escandinavia), “¡Dale un ladrillo a la taza del inodoro!”. Además de las bromas, pusieron un ladrillo en el tanque, lo que redujo el volumen de agua en casi 2 litros. Multiplique por el número de descargas por día y obtenga un ahorro "neto". Y si hablamos de un área tan interesante de la vida humana como un inodoro, entonces el futuro generalmente está detrás de las unidades de vacío (similares a las instaladas en los aviones), que consumen solo 1 (un) litro de agua por sesión. .
Pero volvamos a nuestras ovejas. También nos aventuramos a sugerir que en cuanto al nivel de automatización del lavado, todavía llegamos al nivel de Inglaterra hace 15 años, y para ello el consumo medio per cápita es de 17 litros.
¿Dónde, entonces, como decía nuestro primer presidente, "hurgaba el perro"? ¿Por qué usamos el doble de agua?
Para ello, veamos qué queda de las partidas de consumo de agua: higiene personal, lavado de platos, etc. Aquí, quizás, esté la solución. No es que nos bañáramos más y laváramos más los platos. La diferencia es más bien que no tenemos la costumbre de cerrar el grifo cuando, por ejemplo, nos cepillamos los dientes, y también lavamos los platos con agua corriente. Parecería, un poco, pero tenga en cuenta que de un grifo abierto salen de 10 a 15 litros de agua por minuto. Y la segunda "reserva" poderosa es la posición "Otro". El hecho es que "ellos" en esta sección prácticamente no tienen un artículo como las filtraciones. Es solo que la vida les hace reparar rápidamente las tuberías actuales: no solo fluye el agua, fluye el dinero. Podemos afirmar con razón que, en nuestras condiciones, la mayor parte de las fugas se produce precisamente en las casas, por así decirlo, ya "después del medidor". Y es por eso.
Los británicos prestan mucha atención a las fugas, pero por las razones expuestas, sus principales fugas se producen en la red municipal de abastecimiento de agua. En Moscú, según los expertos, el 15-16% del agua también se pierde entre la estación de toma de agua y el apartamento (ver el artículo "Bebedores de agua de Moscú", revista "Itogi", 31/08/99). Y ahora, atención, lo más importante. No es tan malo, pero simplemente un gran resultado! En Inglaterra, las pérdidas promedian el 25 %, y sus expertos, reconociendo la inevitabilidad de las fugas, creen que un resultado alcanzable de manera realista al que uno debería aspirar a las fugas es del 15 %. Lo cual, como dicen, se requería probar. Honor y alabanza a Mosvodokanal. Sospechamos, sin embargo, que la situación media del país se acerca bastante a la inglesa. Sin embargo, incluso si esto es cierto, muestra una vez más dónde estamos perdiendo. Lamentablemente, estamos acostumbrados a culpar de todo al suministro de agua, pero resulta que "no hay nada que culpar al espejo ...". Es hora de entender que una vez que las tuberías han ingresado al edificio (ya sea un edificio residencial, un centro de oficinas o una instalación industrial), la responsabilidad ya es de los propietarios y usuarios.
Entonces, verá, en un futuro próximo también necesitaremos un ladrillo en la taza del inodoro y otros trucos "burgueses". Como dicen los mismos ingleses: "Avisado fuera ya está armado".
