El Agua

Estructura

El agua es una molécula inorgánica de gran importancia debido a que es el componente mayoritario de los seres vivos, la vida se originó en este medio y participa activamente en las reacciones. Está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno mediante enlaces covalentes. Aunque es una molécula neutra, el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno por lo que atrae con mayor fuerza a los electrones del enlace convirtiendo el agua en una molécula polar. Debido a este carácter dipolar, interacciona con otras moléculas polares o iones cargados eléctricamente. Si interacciona con otra molécula de agua, la electronegatividad del oxígeno atraerá al hidrógeno de la otra molécula y se formará un puente de hidrógeno, un enlace considerablemente más débil que el covalente. Una molécula de agua puede establecer hasta cuatro puentes de hidrógeno, que se crean y destruyen con facilidad. Los puentes de hidrógeno provocan que en el seno del agua se forme una estructura reticular que es responsable de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades físico-químicas.

Propiedades físico-químicas

1. Elevada fuerza de cohesión. La fuerza de cohesión mantiene unidas las moléculas de agua. Es debida a los puentes de hidrógeno que forman una estructura compacta y casi incomprensible.


2. Elevada fuerza de adhesión. Esta fuerza mantiene unidas las moléculas de agua a las moléculas de otras sustancias. Es debida a que se establecen puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y las otras sustancias.
3. Gran calor específico. Es la capacidad de almacenar energía para un aumento de esta. El agua es capaz de absorber gran cantidad de calor ya que es empleado para romper los puentes de hidrógeno, la temperatura aumenta lentamente. Del mismo modo, desciende lentamente.
4. Elevado calor de vaporización. Es necesaria mucha energía para que el agua pase de estado líquido a gaseoso ya que la energía se emplea en primer lugar para romper los puentes de hidrógeno y en segundo para dotar a las moléculas de energía cinética suficiente para cambiar de estado.
5. Menor densidad en estado sólido. Al enfriarse, el agua, y todas las moléculas, se contrae. Sin embargo, al llegar a los 4ºC el agua deja de contraerse y comienza a expandirse hasta formar el hielo. En estado líquido el agua establece 3'4 puentes de hidrógeno mientras que en estado sólido establece 4 formando un estructura reticulada que ocupa más espacio y por lo tanto es menos densa, aumenta el volumen pero no la masa.
6. Acción disolvente. El agua es el disolvente universal, tiene a capacidad de formar puentes de hidrógeno con otras moléculas polares que se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.
7. Reactividad química. Es un potente reactivo químico gracias a su capacidad para disociarse en los iones hidronio e hidróxido. De este modo realiza la hidrólisis que consite en la ruptura de enlaces moleculares por el agua.

Funciones biológicas

1.

• Esqueletos hidrostáticos.
• Turgencia de las plantas.
• Tensión superficial. Los puentes de hidrógeno crean una fuerza de atracción que tira de las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido. Por ello la superficie del aguaes delgada, similar a una película elástica que se deforma sin romperse y es capaz de soportar pequeños pesos como el de los insectos.

1 y 2.

• Capilaridad. Permite la ascensión de la savia bruta de las raíces a las hojas por los vasos leñosos.

3.

• Amortiguador térmico. El citoplasma actúa como tampón térmico protegiendo las moléculas orgánicas de cambios bruscos de temperatura y mantiene la temperatura del organismo relativamente constante.

4.

• Para cambiar de estado, la molécula de agua “roba” energía del medio produciendo un ligero descenso de la temperatura. Esta propiedad permite el sistema de refrigeración mediante la transpiración y la sudoración.

5.

• Se congela la superficie del agua y bajo el hielo el ecosistema no se daña

6.

• Medio en el que transcurren la mayoria de reacciones del metabolismo y medio de transporte.

7.

• En la fotosíntesis, los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de H
• En las reacciones de hidrólisis, los enzimas utilizan el agua para degradar compuestos orgánicos en otros más simples.

Ionización del agua y concepto de pH

En el agua líquida, además de las moléculas de agua aisladas o agrupadas, hay moléculas disociadas en sus iones. Los iones son hidronio H+ e hidróxido OH-. Según la proporción de hidronios e hidróxidos las sustancias pueden ser:

• Ácidas. Al disolverse liberan iones hidronio en el medio.
• Básicas. Al disolverse disminuye la cantidad de hidronios y aumenta la de hidróxidas.
• Neutras. La cantidad de hidronios es igual a la de hidróxidos.

El pH mide la cantidad de iones hidronio en el medio. Va desde 0 a 14 donde 0 es el más ácido, gran cantidad de hidronios; y 14 es el más básico, gran cantidad de hidróxidos.

Disoluciones acuosas

Disolución. Es una mezcla homogénea de moléculas distintas en las que se distinguen al menos dos componentes, soluto y disolvente. Deben estar en una proporción que permita que el soluto desaparezca en el seno del disolvente. Si la cantidad de soluto es mayor que la del disolvente se produce una saturación. Las disoluciones no dispersan la luz.

Dispersiones coloidales. Es una mezcla en la que el soluto no es soluble. Las partículas que lo forman soin capaces de dispersarse homogéneamente, no sedimentar durante un tiempo y pasar a través de filtros. Al contrario que las disoluciones, si dispersan la luz. Hay dos tipos:

• Sol. Es la forma líquida de la dispersión
• Gel. Estado del coloide cuando ha perdido agua. Tiene un aspecto gelatinoso que aumenta la resistencia al desplazamiento de las moléculas.

Una dispersión puede pasar de estado sol a gel con facilidad pero este cambio es irreversible cuando se sobrepasa un determinado límite de deshidratación.

Ósmosis

Fenómeno que se produce cuando dos disoluciones con distinta concetración separadas por una membrana semipermeable tienden a igualar su concentración por el paso de agua desde la disolución más diluída a la más concentrada. Este flujo a través de la membrana semipermeable se produce hasta que las dos soluciones alcanzan la misma concentración. La presión que debe ejercerse para detener este flujo se denomina presión osmótica. Las disoluciones pueden ser:

• Hipotónica: Más diluída.
• Hipertónica: Más concentrada
• Isotónica: Misma concentración
  
  

En células vegetales...

Medio hipotónico: La célula se hincha y se produce la turgescencia.

Medio hipertónico: La célula pierde agua y la membrana plasmática se separa de la pared celular, se produce la plasmólisis.

En células animales...

Medio hipotónico: La celula se hincha y puede llegar a estallar.

Medio hipertónico: La célula pierde agua, retracción.