El agua es una sustancia común en nuestro planeta e incluso en el sistema solar, donde podemos encontrarla fundamentalmente en forma de hielo o vapor. El agua es una sustancia imprescindible tanto para originar la vida como para permitir su supervivencia. Para conocer mejor esta sustancia necesaria para la vida, vamos a conocer cómo está formada, qué propiedades tiene y cual es su disociación.
Se cree que en el origen de la Tierra, el agua ya formaba parte de su composición, ésta emergió a la superficie en el proceso de desgasificación del magma del interior y de la condensación provocada por el proceso de enfriamiento del mismo planeta.
Estructura de la molécula de agua
El agua está compuesta por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, representado como H2O. Cada uno de los átomos de hidrógeno se encuentra unido al oxígeno por medio de dos electrones llamados electrones de enlace. A su vez, el oxígeno también posee dos pares de electrones, aunque éstos son no enlazantes, a diferencia de los del hidrógeno.
Por lo tanto, el átomo de oxígeno se encuentra rodeado de cuatro pares de electrones, dos pares de unión con los átomos de hidrógeno y otros dos pares que al no ser compartidos, se encuentra en su lado opuesto. El oxígeno en sí mismo, es un átomo que atrae electrones mientras que el hidrógeno no.
Podemos decir que el agua es una molécula con una distribución irregular en cuanto a la densidad electrónica. Siendo su carga parcial negativa en su átomo de oxígeno y una carga parcial positiva en sus átomos de hidrógeno.
La carga parcial positiva de los átomos de hidrógeno y la carga parcial negativa del átomo de oxígeno provocan una atracción, llamada atracción electrostática, dando lugar a un enlace por puente de hidrógeno, tal como se ve en el gráfico superior.
El agua posee otras muchas propiedades únicas, éstas propiedades se deben a los puentes de hidrógeno. Un ejemplo práctico sobre los puentes de hidrógeno lo tenemos en el hielo, éste sobre un líquido no se hundirá sino que flotará y flota gracias a los puentes de hidrógeno que mantienen a las moléculas de agua más separadas en el agua helada que en la líquida.
Cuando el agua se encuentra en estado sólido, es decir hielo, las moléculas de agua se ordenan dando como resultado un tetraedro. En el centro de cada tetraedro se sitúa un átomo de oxígeno y en los vértices del tetraedro se sitúan dos átomos de hidrógeno de la misma molécula y otros dos átomos de hidrógeno de una molécula distinta, estas se enlaza a través de los puentes de hidrógeno con el átomo de oxígeno, como podemos ver en la figura superior.
Propiedades físico-químicas del agua y sus funciones en los seres vivos
Gracias a la forma reticular que forman las moléculas unidas a través de los puentes de hidrógeno, el agua posee diferentes propiedades físico-químicas características.
Acción Disolvente
Podemos decir que el agua es un disolvente universal, ya que es el que más sustancias es capaz de disolver. El poder de disolvente se debe a la característica polar del agua, es decir exceso de carga positiva por un lado y de negativa por el otro.
El agua puede interponerse entre los distintos iones de las redes cristalinas, consiguiendo disminuir la tracción que existe entre ellos, lo que provoca la disolución. Este fenómeno recibe el nombre de solvatación iónica.
Según una sustancia es capaz de disolverse o no en agua pude ser clasificada de la siguiente forma:
- Sustancias hidrofílicas: Son las moléculas polares capaces de crear puentes de hidrógeno con el agua, quedando absorbida dentro de la estructura reticular. Un ejemplo de sustancia hidrofílica es la sal o el azúcar.
- Sustancias hidrofóbicas: Son las moléculas incapaces de establecer los puentes de hidrógeno con el agua, siendo éstas expulsadas de la estructura reticular. Ejemplo de sustancia hidrofóbica es el aceite o la mantequilla.
- Sustancias anfipáticas: Son las moléculas que poseen un extremo con características hidrofólicas o solubles en el agua, y otros extremos con características hidrófobas, es decir que rechazan o repelen el agua. Un ejemplo pueden ser las miscelas o las pompas de jabón.
Es el medio en el que se realizan la mayor parte de las reacciones metabólicas, muchas de las propiedades que presentan otras moléculas se producen gracias a las interacciones con el medio acuoso en el que se desenvuelve, éste medio facilita el aporte de las sustancias nutritivas necesarias y por la eliminación de las sustancias nocivas.
Conducción Eléctrica
El agua por si misma no es buen conductor de la electricidad, pero si ésta contienen sales se convertirá en un excelente conductor.
La sal está formada por cationes, iones con carga positiva, éstos permanecen enlazados a aniones que son iones con carga negativa mediante un enlace iónico. La presencia de iones con cargas eléctricas son los que propician la conducción eléctrica.
Fuerza de Cohesión entre sus Moléculas
Gracias a los puentes de hidrógeno las moléculas permanecen fuertemente unidas, esta unión forma una estructura compacta. Esta característica hace difícil reducir el volumen por medio de la presión, ya que las moléculas de agua se encuentran enlazadas entre sí manteniendo la distancia entre moléculas prácticamente fijas.
Fuerza de Adhesión
Las moléculas de agua son capaces de adherirse a las paredes en conductos de pequeños diámetros, éstas son capaces de ascender por el conducto desafiando a la gravedad. Se debe a su capacidad de formar enlaces con diferentes partículas polares. Este fenómeno se llama capilaridad y es la responsable de la elevación de la savia en las plantas.
Tensión Superficial
Las moléculas que se encuentran en la superficie experimentan una fuerza de atracción hacia el interior del líquido. Esta fuerza propicia que la superficie presente una resistencia a ser atravesada actuando igual que una tensa membrana. Una característica que utilizan las células permitiendo el movimiento celular.
Densidad
El agua en estado líquido es más densa que el hielo, esto se debe otra vez a los puentes de hidrógeno ya que el agua en estado sólido cada molécula de agua dispone de 4 puentes de hidrógeno, manteniendo al oxígeno más alejado y por lo tanto ocupando más espacio que el agua en estado líquido.
Propiedad que como hemos visto anteriormente permite la hielo flotar sobre el agua. Este mismo principio permite la vida en de los animales acuáticos cuando la temperatura llega al grado de congelación, el hielo puede proporcionar una capa protectora, elevando la temperatura del agua.
Elevado calor específico
Las moléculas de agua son capaces de absorber mucho calor sin que su temperatura se eleve demasiado, esto se debe a que parte de esa energía se destina a la rotura de los puentes de hidrógeno. Una propiedad que permite actuar como amortiguador térmico, de esta forma se evitan las alteraciones drásticas de temperatura, evitando la alteración de las biomoléculas más sensibles.
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