El Agua
El agua es un biomolécula inorgánica químicamente constituida por dos
átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, los cuales se unen entre sí
mediante enlaces covalentes simples. A temperatura ambiente, se encuentra
en estado líquido, sin embargo, esta molécula puede encontrarse en la
naturaleza en estado sólido, líquido o gaseoso. El agua es la molécula más
abundante en la materia viva, siendo esta el medio en el que se producen
todas las reacciones bioquímicas en los organismos. Sus principales
características son:
● Es eléctricamente neutra, pero sus átomos presentan diferentes
valores de electronegatividad. El oxígeno es más electronegativo que el
hidrógeno, lo cual provoca que los electrones de enlace se encuentren
desplazados hacia el oxígeno, originando un exceso de carga positiva
en el hidrógeno, y un exceso de carga negativa en el oxígeno. Este
exceso, llamado densidad de carga, da lugar a una irregular
distribución de las cargas eléctricas, es decir, origina un momento
dipolar, originando una molécula con ausencia de carga neta y dando
lugar a un dipolo permanente que presenta carácter polar.
● Debido a su característica anterior, el agua es capaz de interaccionar
entre sí o con otras moléculas polares a través de atracciones
electrostáticas, estableciendo puentes de hidrógeno (interacciones
intermoleculares débiles establecidas entre moléculas con regiones
cuyas densidades de carga son distintas, creando una conexión entre
el polo positivo de una molécula con el negativo de otra). En este
proceso, el oxígeno (de densidad de carga negativa) ejerce una
atracción sobre las cargas positivas parciales de los átomos de
hidrógeno de otras moléculas. El ordenamiento casi tetraédrico de los
orbitales alrededor del átomo de oxígeno permite que cada molécula de
agua forme enlaces de hidrógeno hasta con cuatro moléculas vecinas
(uno por cada hidrógeno y dos del oxígeno). En estado líquido las
moléculas están desorganizadas y en movimiento continuo, pero
siempre unidas a través de enlaces de hidrógeno, cuyo tiempo de vida
, es de entre 1 y 20 picosegundos. Al romperse un puente de hidrógeno
se forma inmediatamente otro, por lo que existe un gran dinamismo.
A pesar de su debilidad, estos puentes de hidrógeno le proporcionan al
agua una estructura interna que permite explicar sus principales
características.
● A nivel organoléptico, el agua es inodora, incolora e insípida.
● Presenta unos puntos de fusión y ebullición más elevados que la
mayoría de disolventes.
Las principales propiedades físico-químicas del agua son:
1. Elevada cohesión molecular: la íntima unión entre las moléculas de
agua, a través de los puentes de hidrógeno, le permite ser un fluido
dentro de un amplio margen de temperatura. Además, es un líquido
incompresible, ya que su volumen no se modifica aunque se le apliquen
fuertes presiones (permite la función mecánica amortiguadora y la
función estructural).
2. Principal disolvente biológico: el agua manifiesta su actividad como
disolvente a través del establecimiento de puentes de hidrógeno con las
moléculas que presentan grupos funcionales polares, provocando su
disolución. Además, debido a su elevada constante dieléctrica y su
carácter polar, el agua tiende a oponerse a las atracciones
electrostáticas entre cationes y aniones, facilitando la disolución de las
sales y otros compuestos iónicos, los cuales se disocian en sus iones,
los cuales, a su vez, son rodeados por dipolos de agua que impiden su
unión, este proceso se conoce como solvatación iónica (permite la
función metabólica y la función de transporte).
3. Elevada tensión superficial: las moléculas de agua de la superficie
experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del fluido,
formando una “película superficial” que actúa como tensa membrana, la
cual ofrece una gran resistencia a ser traspasada (permite el transporte
de algunos organismos sobre ella).
, 4. Elevada fuerza de adhesión: las moléculas de agua tienen gran
capacidad para adherirse a las paredes de los conductos de diámetros
pequeños, ascendiendo por ellos en contra de la acción de la gravedad,
este proceso se conoce como capilaridad (permite la función de
transporte).
5. Elevado calor latente y elevado calor específico: el calor latente es
la energía requerida para cambiar el estado físico de una sustancia (la
energía necesaria para pasar de estado líquido a sólido se llama calor
latente de fusión, mientras que la energía necesaria para pasar de
estado líquido a gaseoso se llama calor latente de vaporización). El
calor específico es la energía necesaria para aumentar la temperatura
de una sustancia en un grado centígrado (el calor específico del agua
es de 1 cal/g). El agua presenta un elevado calor de latente y un
elevado calor específico debido a sus puentes de hidrógeno, los cuales
provocan que el agua tenga que absorber mucha energía para pasar de
estado líquido a estado gaseoso, o desprender mucha energía para
pasar de estado líquido a sólido (permite la función termorreguladora).
Por ejemplo, en el hielo, cada molécula está fija y forma enlaces con
otras 4 formando una estructura reticular regular. La rotura de un
número de enlaces de hidrógeno suficiente para desestabilizar la
retícula cristalina requiere mucha energía térmica, lo que explica el
elevado calor latente de fusión
6. Densidad: el agua en estado líquido es más densa que en estado
sólido, ya que en estado sólido el agua presenta todos sus enlaces de
hidrógeno (cuatro por cada molécula) formando un retículo que ocupa
mayor espacio, por lo que es menos denso (permite la existencia de
vida en climas fríos).
7. Bajo grado de disociación: el agua líquida presenta un pequeñísima
cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en sus iones), siendo la
concentración de iones hidronio e hidroxilo de 10-7 (en el agua pura).
Esto deriva en una conductividad eléctrica relativamente baja.
El agua es un biomolécula inorgánica químicamente constituida por dos
átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, los cuales se unen entre sí
mediante enlaces covalentes simples. A temperatura ambiente, se encuentra
en estado líquido, sin embargo, esta molécula puede encontrarse en la
naturaleza en estado sólido, líquido o gaseoso. El agua es la molécula más
abundante en la materia viva, siendo esta el medio en el que se producen
todas las reacciones bioquímicas en los organismos. Sus principales
características son:
● Es eléctricamente neutra, pero sus átomos presentan diferentes
valores de electronegatividad. El oxígeno es más electronegativo que el
hidrógeno, lo cual provoca que los electrones de enlace se encuentren
desplazados hacia el oxígeno, originando un exceso de carga positiva
en el hidrógeno, y un exceso de carga negativa en el oxígeno. Este
exceso, llamado densidad de carga, da lugar a una irregular
distribución de las cargas eléctricas, es decir, origina un momento
dipolar, originando una molécula con ausencia de carga neta y dando
lugar a un dipolo permanente que presenta carácter polar.
● Debido a su característica anterior, el agua es capaz de interaccionar
entre sí o con otras moléculas polares a través de atracciones
electrostáticas, estableciendo puentes de hidrógeno (interacciones
intermoleculares débiles establecidas entre moléculas con regiones
cuyas densidades de carga son distintas, creando una conexión entre
el polo positivo de una molécula con el negativo de otra). En este
proceso, el oxígeno (de densidad de carga negativa) ejerce una
atracción sobre las cargas positivas parciales de los átomos de
hidrógeno de otras moléculas. El ordenamiento casi tetraédrico de los
orbitales alrededor del átomo de oxígeno permite que cada molécula de
agua forme enlaces de hidrógeno hasta con cuatro moléculas vecinas
(uno por cada hidrógeno y dos del oxígeno). En estado líquido las
moléculas están desorganizadas y en movimiento continuo, pero
siempre unidas a través de enlaces de hidrógeno, cuyo tiempo de vida
, es de entre 1 y 20 picosegundos. Al romperse un puente de hidrógeno
se forma inmediatamente otro, por lo que existe un gran dinamismo.
A pesar de su debilidad, estos puentes de hidrógeno le proporcionan al
agua una estructura interna que permite explicar sus principales
características.
● A nivel organoléptico, el agua es inodora, incolora e insípida.
● Presenta unos puntos de fusión y ebullición más elevados que la
mayoría de disolventes.
Las principales propiedades físico-químicas del agua son:
1. Elevada cohesión molecular: la íntima unión entre las moléculas de
agua, a través de los puentes de hidrógeno, le permite ser un fluido
dentro de un amplio margen de temperatura. Además, es un líquido
incompresible, ya que su volumen no se modifica aunque se le apliquen
fuertes presiones (permite la función mecánica amortiguadora y la
función estructural).
2. Principal disolvente biológico: el agua manifiesta su actividad como
disolvente a través del establecimiento de puentes de hidrógeno con las
moléculas que presentan grupos funcionales polares, provocando su
disolución. Además, debido a su elevada constante dieléctrica y su
carácter polar, el agua tiende a oponerse a las atracciones
electrostáticas entre cationes y aniones, facilitando la disolución de las
sales y otros compuestos iónicos, los cuales se disocian en sus iones,
los cuales, a su vez, son rodeados por dipolos de agua que impiden su
unión, este proceso se conoce como solvatación iónica (permite la
función metabólica y la función de transporte).
3. Elevada tensión superficial: las moléculas de agua de la superficie
experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del fluido,
formando una “película superficial” que actúa como tensa membrana, la
cual ofrece una gran resistencia a ser traspasada (permite el transporte
de algunos organismos sobre ella).
, 4. Elevada fuerza de adhesión: las moléculas de agua tienen gran
capacidad para adherirse a las paredes de los conductos de diámetros
pequeños, ascendiendo por ellos en contra de la acción de la gravedad,
este proceso se conoce como capilaridad (permite la función de
transporte).
5. Elevado calor latente y elevado calor específico: el calor latente es
la energía requerida para cambiar el estado físico de una sustancia (la
energía necesaria para pasar de estado líquido a sólido se llama calor
latente de fusión, mientras que la energía necesaria para pasar de
estado líquido a gaseoso se llama calor latente de vaporización). El
calor específico es la energía necesaria para aumentar la temperatura
de una sustancia en un grado centígrado (el calor específico del agua
es de 1 cal/g). El agua presenta un elevado calor de latente y un
elevado calor específico debido a sus puentes de hidrógeno, los cuales
provocan que el agua tenga que absorber mucha energía para pasar de
estado líquido a estado gaseoso, o desprender mucha energía para
pasar de estado líquido a sólido (permite la función termorreguladora).
Por ejemplo, en el hielo, cada molécula está fija y forma enlaces con
otras 4 formando una estructura reticular regular. La rotura de un
número de enlaces de hidrógeno suficiente para desestabilizar la
retícula cristalina requiere mucha energía térmica, lo que explica el
elevado calor latente de fusión
6. Densidad: el agua en estado líquido es más densa que en estado
sólido, ya que en estado sólido el agua presenta todos sus enlaces de
hidrógeno (cuatro por cada molécula) formando un retículo que ocupa
mayor espacio, por lo que es menos denso (permite la existencia de
vida en climas fríos).
7. Bajo grado de disociación: el agua líquida presenta un pequeñísima
cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en sus iones), siendo la
concentración de iones hidronio e hidroxilo de 10-7 (en el agua pura).
Esto deriva en una conductividad eléctrica relativamente baja.
