El Agua: H2O
Agua
Qué es el Agua y su Importancia
El Agua es el componente mayoritario de los seres vivos. Su contenido en los seres vivos es de entre un 65% y un 95% del peso corporal.
Características del Agua y Estructura Química
La Fórmula Química del Agua es H2O. Es decir que una molécula de Agua está formada por dos átomos de Hidrógeno (H) y un átomo de Oxígeno (O).
Aunque su carga total es cero, es decir, que es Neutra se comporta como un Dipolo debido a la mayor Electronegatividad del oxígeno comparada con la del Hidrógeno. Esto quiere decir que el Oxígeno tiene mayor capacidad de atracción que el Hidrógeno por los electrones de los enlaces covalentes.
Esto provoca que los electrones (que tienen carga negativa) estén mas tiempo cerca del átomo de Oxígeno, dándole una"densidad de carga negativa". De este modo, los átomos de Hidrógeno se quedan con una "densidad de carga positiva". Esto se llama Dipolo.
Decimos, entonces, que la molécula de Agua es Polar, es decir, tiene un Dipolo.
Figura 1: El Agua como Dipolo
Puentes de Hidrógeno
El carácter polar y la estructura química del Agua le permite la formación de Puentes de Hidrógeno responsables de muchas características peculiares del agua.
Los Puentes de Hidrógeno son un tipo de Fuerza Intermolecular. Las Fuerzas Intermoleculares son fuerzas que existen ENTRE Moléculas.
Los Puentes de Hidrógeno se forman ENTRE:
- Una molécula que tenga un ÁTOMO MUY ELECTRONEGATIVO (Oxígeno, Nitrógeno o Flúor) unido por un enlace COVALENTE a un Átomo de HIDRÓGENO.
- Y otra molécula que tenga un ÁTOMO MUY ELECTRONEGATIVO (Oxígeno, Nitrógeno o Flúor)
Por ejemplo:
Una molécula que tenga un ÁTOMO de Oxígeno unido por un enlace COVALENTE a un Átomo de HIDRÓGENO: Una molécula de H2O
Y otra molécula que tenga un átomo de Oxígeno: Otra molécula de H2O
Por lo tanto, entre las moléculas de Agua se pueden formar Uniones Puente de Hidrógeno.
Figura 2: Puentes de Hidrógeno entre Moléculas de Agua
Propiedades del Agua
El Agua tiene ciertas características o propiedades que justifican su importancia como componente fundamental de los seres vivos. Estas características son:
- Disolvente universal
- Fuerza de Cohesión Elevada
- Tensión Superficial elevada
- Calor Específico Elevado
- Calor de vaporización Elevado
- Densidad Anormal
1- Disolvente universal
El agua es una molécula POLAR que disuelve a otras SUSTANCIAS POLARES. Establece Puentes de Hidrógeno e interacciones Dipolo-Dipolo con otras sustancias polares (con grupos hidroxilos, carbonilos, carboxilos…) y las disuelve.
También disuelve Compuestos Iónicos, como las sales minerales.
Esta característica permite que ocurran reacciones químicas en su seno y que transporte sustancias disueltas.
Figura 3: El Agua como Disolvente Universal
2- Fuerza de Cohesión Elevada
Entre las moléculas de Agua se establecen Uniones Puente de Hidrógeno, que son uniones relativamente fuertes, las cuales provocan que las moléculas se encuentren muy próximas unas de las otras. Cada Molécula de Agua puede formar hasta 4 Puentes de Hidrógeno con otras moléculas iguales. Esto genera lo que se denomina Estructura Reticular.
La Estructura Reticular del Agua hace que ésta sea prácticamente incompresible.
Puede servir como esqueleto hidrostático o permitir la turgencia en plantas.
Figura 4: Estructura Reticular del Agua
3- Tensión Superficial Elevada
Las Fuerzas de Cohesión entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como Tensión Superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras moléculas iguales en todos sus lados, y por lo tanto se unen entre sí mas fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie.
La Elevada Fuerza de Cohesión existente entre las moléculas de agua es responsable de su Elevada Tensión Superficial. Por esto, actúa como una membrana elástica tensa.
La tensión superficial favorece los cambios y deformaciones del citoplasma celular.
Esta adhesión también provoca efectos de Capilaridad, es decir, que el agua puede ascender por tubos delgados.
Figura 5: Elevada Tensión Superficial del Agua
4- Calor Específico Elevado
El Agua es capaz de Absorber gran cantidad de Calor aumentando muy poco su Temperatura.
De esta manera, actúa como amortiguador térmico evitando los cambios bruscos de temperatura en los organismos.
5- Calor de Vaporización Elevado
El Calor de Vaporizaón es la Energía que debe entregarse para que el Agua pase de estado líquido a gaseoso.
En el caso del Agual en estado líquido, para pasar a estado gaseoso se deben romper los Puentes de Hidrógeno, por tanto, necesita mucha energía.
Esta propiedad permite a los seres vivos disminuir su temperatura mediante el sudor.
6- Densidad anormal
El hielo es menos denso que el agua líquida y, por tanto, flota.
Esta propiedad permite mantener la vida acuática en las zonas frías.
Esto es anormal ya que todos los materiales disminuyen de volumen al enfriarse. En el caso del agua este comportamiento se mantiene hasta alcanzar los 4ºC. A partir de esta temperatura deja de contraerse y se dilata.
El pH, Disociación del Agua y las Soluciones Buffer
El Agua es una sustancia ANFÓTERA: puede comportarse como ÁCIDO (liberando protones) o como BASE (aceptando protones).
Los Protones los simbolizamos como H+. Cuando una molécula de H2O capta un H+ se transforma en H3O+ que se denomina ION HIDRONIO u OXONIO. Cuando una molécula de H2O cede un H+ se transforma en OH- que se denomina ION HIDROXILO.
Esta reacción es Reversible, es decir, puede transcurrir en un sentido o en el sentido inverso.
Si ocurre en sentido inverso, el H3O+ cederá un protón comportándose como ÁCIDO y el OH- lo captará comportándose como BASE.
Al ser una reacción reversible, le corresponde una Constante de Equilibrio, a la que denominamos Kw, cuyo valor a 25ºC es 1x10-14. En el caso del Agua pura, la concentración de H3O+ es igual a la de OH-, es decir, 1x10-7
Veamos esto en forma de ecuaciones:
Definimos el pH como:
pH=-log[H3O+] es decir, el logaritmo negativo de la concentración molar de iones hidronio.
La escala de pH va de 0 a 14. Los valores inferiores a 7 indican MAYOR concentración de H3O+ que de OH-, y un pH ÁCIDO.
Un valor de pH=7 indica que la concentración de H3O+ es igual a la concentración de OH-, y un pH NEUTRO. Por ejemplo, el agua pura tiene pH neutro.
Los valores de pH mayores a 7 indican MAYOR concentración de OH- que de H3O+, y un pH BÁSICO o ALCALINO.
Si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, las concentraciones de OH- y H3O+ varían bruscamente, y con ello varía el pH.
La mayoría de las reacciones metabólicas que ocurren en los seres vivos requieren un pH cercano a 7. Para mantener estas condiciones existen las soluciones buffer, amortiguadoras, reguladoras o tampón.
Los Buffers son sistemas acuosos formados por un ácido débil y su sal conjugada; o una base débil y su sal conjugada. En estas soluciones, aunque se añadan cantidades importantes de una base o un ácido, prácticamente no varía el pH.
Las soluciones amortiguadoras más importantes en los sistemas biológicos son:
Iones fosfato (monofosfato-bifosfato)
Carbonato/bicarbonato
Autora de este artículo: María Cecilia
Es Bioquímica, da clases particulares de Química, Biología, Biofísica, Bioquímica, Fisiología, Física desde hace 12 años. Nivel secundario, Bachillerato, Terciario y Universitario. Puedes elegir tomar clases particulares online con ella, ya que forma parte de nuestro equipo de profesores.
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