El Agua: Componente Esencial de la Materia Viva

El agua es una biomolécula inorgánica imprescindible para la vida. La cantidad de agua en los seres vivos oscila entre el 20 % (tejidos óseos) y el 80 % (células cerebrales). Los organismos pueden obtener el agua directamente del medio ambiente (agua exógena) o generarla a partir de otras moléculas orgánicas mediante diferentes reacciones bioquímicas (agua endógena o metabólica).

Características de la Molécula de Agua

1. Dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples.
2. Es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad para atraer a los electrones. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno, luego los electrones de los enlaces están más desplazados hacia el oxígeno. Este elemento tiene un exceso de carga negativa y los hidrógenos un exceso de carga positiva. Estos excesos de carga se denominan densidad de carga. Esta distribución espacial de cargas eléctricas se define como momento dipolar, y da lugar a una molécula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que se establece un dipolo y, además, adquiere carácter polar.
3. Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada átomo de oxígeno ejerce atracción sobre las cargas positivas de los hidrógenos de otras moléculas de agua, de forma que cada molécula de agua puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno (dos por cada hidrógeno y dos por cada oxígeno). A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrógeno, su presencia permite explicar sus características (líquido a temperatura ambiente y un calor de vaporización superior al de moléculas covalentes de masa molecular similar).

Propiedades del Agua

1. Elevada cohesión molecular. La íntima unión entre las moléculas, a través de los enlaces de hidrógeno, permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura. Además es incompresible, ya que mantiene un volumen constante a pesar de que se someta a fuertes presiones.
2. Elevada tensión superficial. Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción neta hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada.
3. Elevada fuerza de adhesión. Capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la gravedad (capilaridad).
4. Elevado calor latente. Las moléculas de agua deben ceder o absorber una gran cantidad de calor para cambiar de estado físico:
   • Lf= 80 cal/mol
   • Lv= 327 cal/mol
5. Elevado calor específico. Las moléculas de agua ceden o absorben gran cantidad de calor sin elevar excesivamente su temperatura, debido a que parte de su energía se utiliza en romper los enlaces de hidrógeno (amortiguadora).
6. Elevado calor de vaporización. Para pasar a estado gaseoso, necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrógeno. Gracias a esto se puede eliminar una gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.
7. Densidad. El agua en estado líquido es más densa que el estado sólido. En estado sólido presenta cuatro enlaces de hidrógeno por molécula, formando un retículo que ocupa un volumen mayor y menos denso.
8. Elevada constante dieléctrica. La constante dieléctrica está determinada por la tendencia de un material a polarizarse al aplicar un campo eléctrico. El agua se opone a las atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos más que otros disolventes líquidos, debido a la presencia de un átomo de oxígeno muy electronegativo y dos átomos de oxígeno poco electronegativos. El agua disminuye las atracciones entre los iones de las moléculas cargadas eléctricamente, que serán fácilmente disociadas en cationes y aniones, rodeándose de dipolos de agua que impiden su unión.
9. Bajo grado de ionización. En el agua líquida hay una baja cantidad de moléculas ionizadas. El producto de las concentraciones de los iones es constante, y se denomina producto iónico. Lubricante natural debido a su baja viscosidad.

Importancia Biológica del Agua

1. Principal disolvente biológico. El agua actúa como disolvente mediante enlaces de hidrógeno con alcoholes, aldehídos o cetonas, provocando su dispersión o disolución.
2. Función metabólica. El agua es el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.
   • En la hidrólisis participa activamente en la reacción.
   • En la fotosíntesis aporta protones y electrones para la síntesis de moléculas orgánicas y produce el O₂ atmosférico.
3. Función de transporte. La elevada capacidad disolvente del agua permite el transporte de sustancias en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo (aporte de nutrientes y eliminación de sustancias de desecho).
4. Función estructural. La elevada cohesión de las moléculas de agua permite dar volumen a las células, turgencia a las plantas, actuar como esqueleto hidrostático en algunos invertebrados y explica deformaciones que sufre el citoplasma celular.
5. Función mecánica amortiguadora. Al ser un líquido incompresible, aplica esta propiedad al líquido sinovial de las articulaciones de animales vertebrados, evitando el contacto entre huesos.
6. Función termorreguladora. El elevado calor específico del agua permite mantener constante la temperatura interna de los seres vivos.
7. Permite la vida acuática en climas fríos. Debido a su mayor densidad del agua en estado líquido, puede formarse una capa de hielo superficial al descender la temperatura, la cual flota y protege de los efectos térmicos externos al interior de agua líquida que queda por debajo, permitiendo la supervivencia de muchas especies.