Quimica Del Agua

Agua

1.1 Introducción

Debido a que no tiene un valor energético, ya que no sufre cambios químicos durante su utilización biológica, el agua no se considera como nutrimento; sin ella no podría llevarse a cabo las reacciones bioquímicas; tanto es así que existen muchas teorías que consideran que la vida en nuestro planeta se origino precisamente gracias a la presencia de este compuesto.

Las principales funciones biológicas del agua estriban fundamentalmente en su capacidad para transportar diferentes sustancias a través del cuerpo, disolver otras y mantenerlas tanto en solución como en suspensión coloidal.

Muchas de las macromoléculas con interés bioquímico, como son las proteínas, las enzimas y los ácidos nucleicos, se vuelven activas cuando adquieren sus correspondientes estructuras secundaria, terciaria, etc. , gracias a la interacción que establecen con el agua.

Todos los alimentos, incluyendo los deshidratados, contienen cierta cantidad de agua. En la elaboración de alimentos deshidratados es necesario considerar su influencia para obtener un producto con buena aceptación; igualmente, en la rehidratación y el congelamiento es preciso conocer la forma en que se comporta para evitar posibles daños. El agua es un factor determinante en la inhibición o la propagación de las diferentes reacciones que pueden aumentar o disminuir la calidad nutritiva y sensorial de los alimentos.

1.2 Fuentes de agua para el ser humano

La mayoría de los organismos y, en general, los sistemas biológicamente activos, contienen una gran proporción de agua, que en algunos casos llega a representar hasta 97% del peso total. Cerca del 70 % del cuerpo humano es agua. Su distribución en el músculo, es de 70% en las miofibrillas, 20% en el sarcoplasma y 10 % en el tejido conectivo. El organismo pierde agua continuamente por diferentes vías, tales como el sudor, la orina, la respiración y las heces, y requiere un mínimo aproximado de 1500 ml diarios para efectuar todas sus funciones adecuadamente.

Para el ser humano, la fuente más importante de agua esta en todos los líquidos que ingiere, pero también la adquiere de diferentes alimentos, como son ciertos vegetales que contienen hasta 95% de este liquido; de la leche, que tiene 87%, de los huevos 75% y del pan, que es uno de los alimentos mas comunes y con menor cantidad de agua, 40 %.

Otra fuente, pero también de menor importancia, es la que se origina en el propio cuerpo debido a las reacciones metabólicas de utilización y combustión de los nutrimentos: la oxidación de una molécula de glucosa por las vías correspondientes origina seis moléculas de H2O, que equivalen a 0.6 g por gramo de este monosacarido. Además de los hidratos de carbono, también se obtienen 1.1 g y 0.4 de agua por gramo de lípido y de proteína, respectivamente; una dieta cuya oxidación de glucosa y lípidos produzca 2000 kcal por día generara 300 ml de agua, aproximadamente.

1.3 Propiedades del agua

La molécula de agua esta constituida por dos átomos de hidrogeno unidos en forma covalente a uno de oxigeno, es altamente polar, no es lineal y crea estructuras tridimensionales debido a la hibridación de las órbitas moleculares s y p del oxigeno.

En el agua existe una diferencia de electronegatividades que se deben precisamente a que el oxigeno tiene un gran poder de atracción por los electrones de los dos hidrógenos, lo que ocasiona que estos desarrollen una carga parcial positiva, y el átomo de oxigeno una carga parcial doble negativa, es decir, esta molécula no tiene una carga determinada, pero si un dipolo eléctrico potente que le permite crear puentes de hidrogeno estables, con otras iguales o diferentes, pero de naturaleza polar.

El puente de hidrogeno es el resultado de una atracción electrostática y se produce cuando dos átomos cargados negativamente se unen mediante uno de hidrogeno.

Debido a sus cargas parciales, cada molécula de agua tiene dos sitios que actúan como receptores y dos como donadores de electrones, por lo que la interacción de ellas puede crear estructuras tridimensionales estables, responsables de sus propiedades físicas tan peculiares. Cabe indicar que los puentes de hidrogeno no sólo se inducen en el agua, sino con cualquier sustancia que tenga características polares, como son las proteínas y los hidratos de carbono, con sus diversos grupos hidrófilos y algunos compuestos de bajo peso molecular retienen agua y le confieren a los alimentos propiedades reologicas muy particulares.

Las temperaturas bajas los favorecen mientras que las altas los inhiben; se considera que en el hielo 100% de las moléculas establecen puentes de hidrógeno, y que en el vapor este porcentaje es de cero.

Cabe mencionar que a 37º C, el agua establece de 35 a 47% de puentes de hidrógeno. Se sabe que a medida que se reduce el peso molecular del hidruro, las temperaturas de fusión y de ebullición disminuyen proporcionalmente; esta situación no se da en el agua, que aun teniendo el menor peso molecular, presenta valores de estas dos constantes muy superiores a los del resto del grupo.

Por otra parte, de los cuatro hidruros, el de oxigeno es el único que se encuentra en estado liquido a las temperaturas más comunes en nuestra vida (15 a 40º C) y en un intervalo mucho más amplio que el del resto de ellos.

Estas propiedades anómalas del agua de deben a la gran fuerza de atracción que se establece entre sus moléculas por medio de los puentes de hidrogeno que producen una cohesión interna muy importante; por esta razón permanece liquida en condiciones en que debería existir como gas.

Otra propiedad interesante es el calor de vaporización, que es una medida directa de la cantidad de energía requerida para romper las fuerzas atractivas en el seno de un liquido, de tal manera que las moléculas, en forma individual, puedan escapar de la fase liquida y pasar a la gaseosa.

En otras palabras, lo que esto indica es que se necesita mucha energía para vaporizar poco agua o que la vaporización de pequeñas cantidades de agua es suficiente para sustraer mucho calor.

El agua es el disolvente universal, con una infinidad de aplicaciones y usos. En la naturaleza existe un gran numero de disoluciones, como son los océanos, los mares, los lagos, los ríos, etc. , al igual que los alimentos, el plasma sanguíneo y la orina, que desempeñan un papel muy importante en la vida de este planeta, mientras mas estable sea la sal, mas energía se requiere para separarlos.

Al disolver una sal se crean iones positivos y negativos rodeados de moléculas de agua, en integran especies muy estables cuyo grado de hidratación depende de la intensidad de carga del ion; a esta también se la conoce con el nombre de poder polarizante, y es igual a la carga total del ion, dividida entre el radio iónico.

El agua es un buen disolvente debido a su alta constante dieléctrica, D, que por definición es una medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas electrostáticas de atracción entre iones con carga opuesta.

El agua también disuelve diversas sustancias no iónicas pero con carácter polar, como azucares, alcoholes, aldehídos, cetonas, aminoácidos y otros; muchos compuestos polares tienen grupos carbonilos, aminos, hodroxilos o carboxilos que pueden fácilmente interaccionar con ella por medio de puentes de hidrógeno.

Cabe indicar que la disolución se efectué cuando la concentración del agua es muy superior a la del soluto.

1.4 Estados físicos del agua

Como se indicó mas arriba, de acuerdo con la cantidad y la duración de los puentes de hidrógeno que contenga, el agua puede presentar los tres estados físicos conocidos: gas, líquido y sólido.

Las conversiones de un estado a otro se pueden llevar a cabo modificando la presión y la temperatura, aunque en la mayoría de los caso se produce a presión atmosférica constante.

Otro método de deshidratación es el de la liofilización, en el que el agua se elimina por sublimación (conversión de sólido a gas sin pasar por liquido) y no por evaporación.

Todas las moléculas de agua liquida a 0º C están formando puentes de hidrogeno con un promedio de otras 3.6 moléculas de su misma especie, creando así una estructura muy dinámica en la que estas uniones tienen una vida media de 10-11 segundos. Actualmente existen varios modelos para explicar dicha estructura, pero en todos ellos se incluyen los puentes de hidrógeno como requerimiento básico; estos se han dividido en: a) continuo, también llamado uniforme y b) de agregación. 7.11.12 El primero considera que estas uniones están uniformemente distribuidas en todas las moléculas de agua formando una red continua. El segundo modelo supone que hay agua agregada no cristalina dispersa en un sistema de agua monomérica cuyas moléculas no están unidas; existen cuatro tipos de agregados a base de agua, con uno, dos, tres y cuatro puentes de hidrogeno, que están en equilibrio con el agua monomérica; como la concentración de cada una de estas fracciones esta en función de la temperatura, conforme ésta se incrementa desaparece la organización molecular.

El hielo es una estructura simétrica de moléculas de agua unidas íntegramente por medio de puentes de hidrogeno. En términos generales se puede considerar que el congelamiento se produce por un mayor ordenamiento de las moléculas y trae consigo una reducción

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