Estudio de la molécula de agua

EL AGUA:

VOLÚMENES Y COMPOSICIÓN DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES

La vida comenzó en el agua del mar, y las condiciones que reinaban en aquel ambiente primigenio marcaron las características químicas de la materia viva. De tal manera, que todos los organismos vivos han sido modelados alrededor de las propiedades físico-químicas de la molécula de agua.

De todas las biomoléculas, el agua es la más abundante en el cuerpo humano. Constituye el 60% del peso del organismo, lo que en un adulto de 70 Kg. supone unos 42 Kg. de agua, y además el mantenimiento de este porcentaje está ligado a la capacidad de supervivencia del individuo.

Existe una gran variabilidad en la proporción de esta biomolécula en los diferentes tejidos, ya que los más jóvenes, o los más activos, presentan porcentajes de agua más elevados, mientras que en los tejidos más viejos, o menos activos, el porcentaje está considerablemente disminuido.

1. ESTUDIO DE LA MOLÉCULA DE AGUA

Está formada por un átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H). El átomo de O tiene una estructura tetraédrica o pirámide de base triangular, dos de sus orbitales, completos de electrones, se dirigen hacia dos vértices del tetraedro, los otros dos orbitales, incompletos, hacia los dos vértices restantes. Los dos átomos de H se disponen en estos orbitales incompletos, formando un enlace covalente mediante compartición de un par de electrones desapareados. Debido a que el O es mucho más electronegativo que el H, se produce una distribución asimétrica de los electrones compartidos. El núcleo de O ejerce una atracción mayor sobre los electrones compartidos que los núcleos de H, dejando a éstos con una pequeña carga neta positiva y consecuentemente al O con una carga débilmente negativa.

Así, la densidad electrónica es mayor en las proximidades del núcleo de O y menor en las proximidades de los núcleos de H, apareciendo entonces una estructura que se denomina dipolo eléctrico, sin carga neta o con carga total neutra, ya que posee el mismo número de electrones que de protones.

MOLECULA DE AGUA ESTRUCTURA Y DIMENSIONES DE LA

MOLÉCULA DE AGUA, H2O

Esta característica es la base para poder analizar muchas de las propiedades físicas y químicas de la molécula de agua siendo una de las más importantes la formación de puentes de hidrógeno. Estos enlaces, que se forman y se rompen a una gran velocidad, son enlaces débiles electrostáticos, construidos por atracción eléctrica entre una región electropositiva y otra electronegativa. De esta forma cada molécula de agua, al estar polarizada, tiene la posibilidad de formar cuatro puentes de hidrógeno dos a través del átomo de oxígeno y dos a través de cada uno de sus átomos de hidrógeno. El mayor número de enlaces se establece cuando el agua se encuentra en estado sólido, en forma de hielo, dando lugar a una estructura regular cristalina basada en la disposición tetraédrica que adoptan las moléculas de agua unidas entre sí por puentes de hidrógeno.

MODELO DE LOS ENLACES DEL HIDROGENO EN EL AGUA

2. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA

2.1 Propiedades que se derivan de su estructura dipolar

a) Capacidad de disolución: el agua es el disolvente universal, su capacidad de formar puentes de hidrógeno con grupos polares permite la separación de las moléculas y hace posible los procesos de transporte, nutrición, eliminación, etc.

b) Capacidad de disociación: en moléculas cuyos átomos están débilmente unidas por enlaces iónicos, la interferencia de los puentes de hidrógeno es suficiente para debilitar sus fuerzas de atracción y separar o disociar sus átomos.

c) Hidratación: los grupos polares de muchas moléculas son rodeados por moléculas de agua aislándolos del resto, en el caso de que sean iones el proceso de hidratación se denomina solvatación, y este estado modifica las características físicas del ión y sus propiedades.

d) Disociación de la propia molécula de agua: el agua es un electrolito débil, se disocia en una proporción muy baja, dando un ión hidrógeno (o protón o ión hidronio) H+, y un ión hidroxilo OH-.

SOLVATACION DE NA+ CON AGUA

2.2 Propiedades que se derivan de la formación de puentes de hidrogeno

a) Densidad máxima del agua: la máxima densidad del agua se obtiene cuando se mide a 4°C (1g/cc), lo que significa que el agua a esta temperatura es líquida (su temperatura o punto de fusión es 0°C), y por lo tanto el hielo, de menor densidad, flota sobre el agua.

b) Alto calor específico: 1 cal/gramo por °C, este elevado valor permite grandes cambios de energía térmica con pequeñas modificaciones de temperatura corporal.

c) Alto calor de vaporización: 536 cal/gramo, como en el apartado anterior a través de este valor se puede justificar la eliminación de grandes cantidades de energía térmica mediante la vaporización de pequeñas cantidades de agua, logrando incluso que la temperatura corporal sea inferior a la temperatura ambiente.

d) Elevada conductividad térmica: el agua es un buen transmisor del calor, lo cual es utilizado por el aparato circulatorio para igualar temperaturas dentro del cuerpo humano, impidiendo que determinadas zonas del organismo tengan temperaturas altas y otras bajas.

Juntamente con las dos propiedades anteriores, el agua es la base de un excelente mecanismo de termorregulación.

e) Elevada constante dieléctrica: el agua tiene una constante a 25°C de 78,5, este valor tan alto indica que el agua en estado puro es un buen aislante y conduce mal la corriente eléctrica. Las moléculas de agua se intercalan entre los iones disminuyendo sus fuerzas atractivas casi ochenta veces, y facilitando así la separación de los iones.

f) Elevada tensión superficial: 72,8 dinas/cm a 20°C, es el valor más alto después del mercurio. Las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua da lugar a una elevada tensión superficial. La superficie libre del agua tiende siempre a ocupar un área mínima, lo cual es apreciable al observar una gota, su geometría esférica consigue el máximo volumen con el mínimo área.

3.

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