Propiedades del Agua

Elevada fuerza de cohesión

• Debido a los puentes de hidrógeno.
• Responsable de que el agua sea un líquido prácticamente incompresible, capaz de dar volumen a las células y turgencia a muchos seres vivos (p. ej.: esqueleto hidrostático de las plantas o anélidos y celentéreos).
• Lubricante y protección (articulaciones). Mientras más móvil sea la articulación, más líquido suele tener.

Elevada fuerza de adhesión

• Es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de sustancias diferentes.
• Le da la característica a los líquidos de origen acuoso de tener capilaridad.

Capilaridad

Capacidad del líquido de fluir de manera espontánea a través de un canal o tubo con menor fuerza de adhesión que el líquido que está transitando.

Gracias al carácter dipolar del agua se puede adherir fácilmente a grupos cargados en la superficie de un tubo.

Depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes del tubo como de la elevada cohesión de las moléculas de agua.

Las fuerzas de adhesión entre las moléculas del agua y el vidrio, son mayores que las de las moléculas de agua entre sí. Por esto el líquido asciende por las paredes del capilar hasta compensar las fuerzas mediante el peso del líquido.

Elevada tensión superficial

• Debido a la elevada cohesión molecular, la superficie del agua opone una gran resistencia a romperse (a que sus moléculas se separen).
• Esto lo aprovechan muchos organismos para desplazarse sobre ella.
• Permite las deformaciones citoplasmáticas.

Elevado calor específico

• Energía necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia.
• A medida que se le aplica calor al agua se van rompiendo los puentes de hidrógeno y, debido a la gran cantidad de enlaces que posee, ha de absorber mucho calor para que todos se rompan.
• El agua absorbe o libera gran cantidad de calor al calentarse o enfriarse por lo que es un gran amortiguador térmico frente a cambios bruscos de temperatura.

Elevado calor de vaporización

• Energía necesaria para pasar una sustancia de estado líquido a gaseoso.
• Debido al alto calor específico del agua, hay que aplicar mucha energía para cambiarla de estado.
• Esta propiedad hace que el agua sea un buen refrigerante ya que hay que aplicar mucho calor para cambiarla de estado.

Densidad anómala en estado sólido

Su mayor densidad corresponde al estado líquido a 4 ºC.

Por ello el hielo flota en mares, ríos y lagos posibilitando la vida acuática en aguas con bajas temperaturas.

• Cuando se eleva la temperatura de cualquier sustancia aumenta su volumen y por tanto disminuye su densidad.
• El agua es la única sustancia que cuando solidifica tiene más volumen y menos densidad (coeficiente de dilatación negativo).

El volumen es inversamente proporcional a la densidad. Las cosas mientras más densas son, menos volumen tienen. Ej: el algodón es menos denso que el plomo pero posee más densidad.

A más densidad, menor volumen.

• El agua a 4 °C presenta la máxima densidad (cada molécula establece de media 3,4 puentes de H).
• La estructura del hielo (0 °C) resulta menos densa que la del agua líquida (cada molécula establece 4 puentes de H).

Gran capacidad disolvente

• El agua tiene una constante dieléctrica elevada, por tanto, es uno de los solventes más polares.
• Es el líquido que más sustancias disuelve, debido a que forma puentes de H con otras sustancias.
• La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos:
• Es el medio en que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes
• La eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

Tipo de sustancias según su solubilidad en agua

• Hidrófilas: moléculas polares y sustancias iónicas.
• Hidrófobas: moléculas no polares. El agua se reorganiza a su alrededor. Las moléculas apolares incrementan su cohesión → interacción hidrofóbica.
• Anfipáticas: moléculas que tienen zonas polares, que se disuelven, y zonas apolares, que no se disuelven.

Sustancias solubles

Sustancias no solubles: moléculas apolares (moléculas con muchos C y H).

Solvatación iónica Disolución de compuestos polares

Explicación

Solvatación Iónica: el agua debilita los enlaces que mantienen unido al átomo de cloro con el átomo de sodio. Cuando los logran separar, las moléculas de agua rodean ambos átomos, pierden su poder de cohesión y así se disuelve la sal en el agua.

Disolución de CP: se distinguen dos zonas con cargas de distinto signos, que en contacto con el agua producen atracción entre la molécula y la de agua. Algunos de los puentes de hidrógeno del agua se rompen y se forman con las moléculas polares. Ej. Glucosa.

Bajo grado de ionización

• Una baja proporción de moléculas de agua se encuentran ionizadas según la reacción:

Por convenio se usa el símbolo H+ en lugar de H3O+ aunque en el agua no hay iones de este tipo, están todos hidratados.

En el agua pura, a 25ºC, sólo una molécula de cada 10⁷ está disociada, esto supone una [H+]=[OH-]= 10^-7.

Toda materia en su estado natural está compuesta por iones (no están con carga neutra).

Gracias al bajo grado de ionización se le otorgan propiedades al agua y permiten establecer la clasificación del pH

El producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH.

Concepto de pH

Una sustancia que libera protones (H+) cuando se disuelve es un ácido, mientras que si libera hidrogeniones (OH-) es una base.

Ácido: ClH –> H + Cl + Si [H+] > [OH-] el medio es ácido

Base: NaOH –> Na + OH Si [H+] < [OH-] el medio es básico

La escala de pH es una forma de expresar la abundancia relativa de los dos tipos de iones.

DATO: La escala de pH es logarítmica, si aumenta o disminuye en una unidad significa que la [H+] se hará 10 veces menor o mayor.

Propiedades y Funciones del Agua

Funciones biológicas del agua

1. Disolvente universal: por su elevada constante dieléctrica es el mejor disolvente para moléculas cargadas y polares, también dispersa moléculas anfipáticas.
2. Química: medio en que se producen las reacciones químicas (buen disolvente y bajo grado de ionización). Interviene en muchas reacciones.
3. En la fotosíntesis se utiliza el agua como fuente de átomos de hidrógeno.
4. En las reacciones de hidrólisis, que degradan los compuestos orgánicos en otros más simples. Ej, procesos digestivos.
5. Transporte: utilizado por los seres vivos por ser buen disolvente. Exterior e interior del organismo.
6. Estructural: funciona como esqueleto hidrostático dando estructura, resistencia y volumen a las células por su alta cohesión molecular.

El volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua. Al perder agua, las células pierden su turgencia natural, se arrugan y pueden romperse (hidrólisis)

5. Lubricante: evita el rozamiento por su elevada cohesión.
6. Mecánica amortiguadora: el líquido sinovial.
7. Termorreguladora: por su alto calor específico y de vaporización mantendrá constante la temperatura, absorbiendo o cediendo calor.
8. Permite la vida en el agua a temperaturas de congelación por su coeficiente de dilatación negativo.

Ej: el hielo flota en mares, ríos y lagos, posibilitando la vida acuática con bajas temperaturas, su densidad en estado sólido es menor en estado sólido que en líquido.

Sales Minerales

Todos aquellos compuestos que forman parte de las biomoléculas secundarias, dependiendo de su concentración pueden formar parte de los oligoelementos.

Se dividen (dentro el organismo) en:

Disolución: disueltas en el agua. Permiten:

A) Regulación de fenómenos osmóticos B) Regulación del equilibrio Ácido-Base C) Acción específica de los cationes.

Precipitación (no disueltas): carbonato cálcico, fosfato cálcico. Formación de estructuras esqueléticas.

Sales minerales precipitadas

Función: tipo plástico, formando estructuras de protección y sostén.

Ej: caparazones de crustáceos, moluscos, diatomeas (CaCO3) y los huesos y dientes (por el fosfato, cloruro, fluoruro y CaCO3).

Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared de celulosa de los vegetales o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalato cálcico que pueden contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares).

El CaCO3 forma los otolitos del oído interno, que intervienen en el mantenimiento del equilibrio.

Sales minerales disueltas

Regulación del pH. En el metabolismo celular se generan ácidos y bases (H/OH) que alteran el pH, y como consecuencia, la actividad y estructura celular (a su vez, esto se puede compensar)

Las variaciones de pH, afectan a la estabilidad de las proteínas y actividad catalítica de las enzimas, pues en función del pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

La célula cuenta con los llamados sistemas tampón, buffer o amortiguadores compuestos por un ácido débil y su base conjugada. Es decir, hay un compuesto que puede migrar de ser ácido o base de manera muy rápida; este compuesto buffer se encarga de estabilizar el pH

Cuando se va hacia lo ácido, se comporta como básico y viceversa.

Ejemplo: la adición de pequeñas cantidades de H o de OH a estos sistemas, no produce cambios de pH en un cierto intervalo.

Tipos de tampones

Intracelulares: tampón fosfato (H2PO4/HPO4) tampona en torno a pH= 6,86

Extracelulares: tampón bicarbonato (tampona en torno a pH= 7,4)

Tampón bicarbonato

Principal en la sangre y líquidos extracelulares.

Mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico.

Acción específica de los cationes

Dispersiones

• Mezcla homogénea de moléculas donde hay un disolvente y un soluto.
• Todos los procesos metabólicos ocurren en dispersiones.

Dispersiones coloidales

Según el comportamiento del soluto frente al disolvente:

• Dispersión coloidal hidrófila: solutos presentan afinidad por agua, son estables.
• Dispersión coloidal hidrófoba: solutos repelen agua y forman una fase separada.

Según la naturaleza del soluto:

• Suspensión: soluto sólido
• Emulsión soluto líquido y actúan sustancias que impiden la unión entre las partículas dispersas.

Propiedades de las disoluciones verdaderas

Difusión: moléculas de sustancias disueltas se mueven en todas las direcciones tendiendo a distribuirse uniformemente en el seno del agua, hasta ocupar todo el espacio disponible.

Diálisis: al separar una disolución mediante una membrana que deja pasar las moléculas del disolvente y las moléculas bajo PM, las moléculas que pueden atravesar la membrana lo harán de la parte más concentrada a la más diluida.

La hemodiálisis sustituye a la filtración renal en las personas en las que ésta no funciona correctamente.

Se eliminan de la sangre úrea y otros metabolitos y se mantienen las moléculas más grandes y útiles como PP.

DATO: quedan retenidas las sustancias cuyo diámetro es mayor que el de los poros de la membrana.

Ósmosis: si separamos dos soluciones con distinta concentración de soluto por una membrana semipermeable el agua difunde del lado más diluido al más concentrado.

El disolvente atraviesa la membrana hasta igualar las concentraciones en ambas soluciones.

Presión osmótica: fuerza que hay que aplicar a una disolución para detener el flujo disolvente a través de una membrana semipermeable.