Composición
y estructura del agua
El agua es una molécula sencilla formada por átomos pequeños, dos de
hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por
enlaces covalentes muy fuertes que hacen que la molécula sea muy
estable.
La molécula de agua (H2O) tiene una forma de V y el ángulo
entre los dos enlaces covalente O-H es de 104.5°. Algunas propiedades
importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces
intermoleculares que pueden formar.
En el agua, los enlaces covalente implican a dos átomos distintos de
hidrógeno, cada uno de los cuales comparte su único electrón con el átomo de
oxígeno. Los átomos de oxigeno son más electronegativos que los de hidrogeno.
El resultado es que se suscita una distribución desigual de cargas dentro de
cada enlace O-H en la molécula de agua, con el oxígeno teniendo una carga
negativa parcial.
Puentes de hidrógeno en el agua
Una de las consecuencias importantes de la
polaridad de la molécula de agua es que dichas moléculas se atraen entre sí. La
atracción entre uno de los átomos de hidrogeno, ligeramente positivo, de una
molécula de agua y los pares de electrones parcialmente negativos es uno de los
orbitales híbridos sp3, produce
un puente de hidrógeno.
En un
puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua, el átomo de hidrógeno permanece
enlazado covalentemente a su átomo de oxígeno que es el donador de hidrogeno.
Al mismo tiempo, está unido a otro átomo de oxígeno, llamado aceptor de
hidrogeno. De hecho, el átomo de hidrogeno está compartido (en forma desigual)
entre los dos átomos de oxígeno. La distancia del átomo de hidrogeno al átomo
de oxígeno aceptor tiene más o menos una longitud del doble que la del enlace
covalente.
“Miles han
vivido sin amor y ni uno solo sin agua.” Es una frase que mencionó Wystan
Huhg Auden (1903- 1973) hace pocos años, y hace referencia a la importancia
vital que tiene el agua.
El agua es un
compuesto extraordinariamente simple, con propiedades excepcionales y únicas
como consecuencia de su composición y
estructura y que sin ella sería imposible la vida.
La vida en la
Tierra se suele describir como un fenómeno basado en el carbono, pero sería
igualmente correcto llamarlo un fenómeno basado en el agua. Es probable que la
vida se haya originado en el agua, hace más de tres millones de años, y que
todas las células vivientes sigan dependiendo del agua para existir. En la
mayor parte de las células el agua es la molécula más importante y forma de 60
a 90% se su masa.
Algunos tipos de
moléculas interaccionan en forma extensa con el agua y en consecuencia son muy
solubles. Otras moléculas no se disuelven con facilidad en el agua y tienden a
asociarse entre sí para evitar el agua. Gran parte de la maquinaria metabólica
de las células debe operar en un ambiente acuoso porque el agua es un solvente
esencial y también un sustrato de
numerosas reacciones celulares.
Sus propiedades
físicas le permiten funcionar como solvente de sustancias iónicas y polares,
mientras que sus propiedades químicas condicionan que forme enlaces débiles con
otros compuestos, incluso otras moléculas de agua. Las propiedades químicas del
agua se relacionan también con las funciones de las macromoléculas de las
células y de los organismos completos.
El agua es fundamental para
prácticamente todas las funciones del organismo sobre todo en las relacionadas
con su capacidad solvente, de transporte, estructural y termorreguladora,
además de ser su componente más
abundante, en otras palabras el agua es en el hombre, el líquido en el que se
produce el proceso de la vida y, de hecho, la supervivencia de las células
depende de su capacidad para mantener el volumen celular y la homeostasia.
El agua (aceptando o donando
protones) también contribuye en el mantenimiento del pH, esencial para la vida,
ya que la actividad de muchos procesos, como por ejemplo la actividad
enzimática, es pH dependiente. Mantiene el volumen vascular y permite la
circulación de la sangre. Es el medio en el que funcionan todos los sistemas de
transporte, permitiendo el intercambio de sustancias. Es el río fisiológico en
el que navegan los nutrientes de la vida, transportando también hormonas,
metabolitos y otras muchas sustancias necesarias para la célula, así como los
productos de desecho a los pulmones, riñones, intestino o piel para ser
eliminados.
Finalmente el agua, junto con
sustancias viscosas, actúa como lubricante: la saliva lubrica la boca y
facilita la masticación y la deglución, las lágrimas lubrican los ojos y
limpian cualquier impureza; el líquido sinovial baña las articulaciones; las
secreciones mucosas lubrican el aparato digestivo, el respiratorio, el
genito-urinario. Mantiene también la humedad necesaria en oídos, nariz o
garganta. Proporciona flexibilidad, turgencia y elasticidad a los tejidos. El
líquido del globo ocular, el cefalorraquídeo, el líquido amniótico y en general
los líquidos del organismo amortiguan y nos protege de traumatismos.
El agua como solvente
Las propiedades físicas del
agua se combinan para hacerla un excelente solvente. El agua puede interactuar
y disolver otros compuestos polares y compuestos que se ionizan. La ionización
se relaciona con la ganancia o pérdida de un electrón que da lugar a un átomo o
compuesto que presenta una carga neta. Las moléculas que se pueden disociar y
formar iones se llaman electrolitos. Las sustancias que se disuelven con
facilidad en agua se llaman hidrofílicas o amantes del agua.
Las moléculas polares se
intercalan con facilidad entre las moléculas de agua, al interactuar sus
dipolos con ellas, de manera semejante a la que actúan entre sí, las mismas
moléculas de agua. En algunos casos los solutos polares funcionan como
donadores o como receptores, en los puentes de Hidrogeno que se establecen entre sus moléculas y las
del agua. Las sustancias iónicas se disuelven en el agua porque sus moléculas
atraen electrostáticamente a los iones que las forman. La interacción con los
iones positivos se establece en el polo negativo de la molécula de agua,
mientras que la interacción con los iones negativos se produce con el polo
positivo de la molécula de agua.
El agua como regulador de la
temperatura
El comportamiento térmico del
agua es único y gracias a ello el agua es el principal responsable del sistema
termorregulador del organismo, manteniendo la temperatura corporal constante,
independientemente del entorno y de la actividad metabólica. Esta es una de sus
funciones más importantes. Tiene una alta conductividad térmica que permite la
distribución rápida y regular del calor corporal, evitando gradientes de
temperatura entre las diferentes zonas del organismo y favoreciendo la
transferencia de calor a la piel para ser evaporada.
Su alto calor específico [1
kcal/kg º C = 4180 J/kg ·K], consecuencia de la gran capacidad para almacenar
energía en los puentes de hidrógeno, la convierte en un excepcional
amortiguador y regulador de los cambios térmicos. Aunque acepte o ceda una gran
cantidad de calor, su temperatura se modifica muy poco, gracias a su gran
capacidad para almacenar calor.
Un ejemplo de la
termorregulación es durante el ejercicio, cuando la necesidad de utilizar
energía mecánica aumenta, la producción de calor también es mayor. En estos
casos, para prevenir un peligroso aumento de temperatura, el agua absorbe el
calor allí donde es generado y lo disipa en los compartimentos líquidos del
organismo, minimizando el riesgo de daño localizado por calor a enzimas o
estructuras proteicas.
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