la molécula de agua
Todos conocemos al agua, sabemos que es un elemento vital. Seguramente alguna vez escucharon que es mucho menor la sobrevida sin ingesta de agua que sin ingesta de alimentos. Todos sabemos que el agua es una molécula, H2O.
En la clase pasada estuvimos viendo algunos conceptos acerca de elemento químico, átomo y las clases de uniones más comunes que se dan entre los átomos para formar moléculas.
Entonces, qué es una molécula?
Molécula: Agrupación definida y ordenada de átomos, que constituye la menor porción de un cuerpo que existe y puede subsistir en libertad sin dejar de participar de la naturaleza del todo.
??? En criollo. Una molécula es la porción mínima en que puede dividirse un cuerpo sin que deje de mantener las mismas características que tenía originalmente. Una porción mayor sería una agrupación molecular. Una porción menor sería descomponer la molécula en los átomos que la forman.
Pero el agua no siempre fue una molécula. Los antiguos filósofos consideraban el agua como un elemento básico que representaba a todas las sustancias líquidas. Los científicos no descartaron esta idea hasta la última mitad del siglo XVIII.
En
Y acá conviene aclarar: ¿Qué es un compuesto?
Compuesto químico, sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable.
Y en qué se diferencia un compuesto de una molécula?
En la Tierra, el agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas.
El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de congelación del agua es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al congelarse. La mayoría de las sustancias se expanden más o menos uniformemente con un aumento en temperatura, en tanto no ocurran cambios de fase. Sin embargo, el agua no sigue el patrón habitual. Si se calienta el agua a 0ºC.en realidad disminuye en volumen hasta que alcanza los 4°C. Arriba de los 4°C, el agua se comporta de manera normal y expande su volumen conforme aumenta la temperatura. Por tanto, el agua tiene su más grande densidad a 4º C Este comportamiento anómalo del agua es de gran importancia para la supervivencia de las especies acuáticas durante los inviernos fríos. Cuando el agua en un lago o río está por arriba de 4CC y comienza a enfriarse por contacto con el aire frío, el agua en la superficie se hunde a causa de su mayor densidad. Ésta es remplazada por agua más caliente que viene de abajo. Esta mezcla continúa hasta que la temperatura alcanza los 4"C. Cuando el agua superficial se enfría todavía más, permanece en la superficie porque es menos densa que el agua de 4º C abajo de ella. Entonces el agua se enfría primero en la superficie, y el hielo permanece en la superficie porque es menos denso que el agua (gravedad específica - 0.917). El agua en el fondo permanece en estado líquido a menos que haga tanto frío que tiodo el cuerpo de agua se congele. Si el agua fuese como la mayoría de las sustancias y se volviera más densa conforme se enfriara, el agua en el fondo de un lago se enfriaría primero.
Puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, se le conoce frecuentemente como el disolvente universal.
Es el componente principal de la materia viva (del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos). El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de lípidos, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias.
La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, que sirve para transportar los alimentos y desechar el material de desperdicio. El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
Hidrólisis, tipo de reacción química. Lisis significa ruptura, hidro es agua, de modo que hidrólisis es ruptura por agua. La molécula de agua, con fórmula HOH, reacciona con una molécula de una sustancia AB, en la que A y B representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula de agua se descompone en los fragmentos H+(catión) y OH-(anión), y la molécula AB se descompone en A+ y B-. A continuación, estos fragmentos se unen proporcionando los productos finales AOH y HB. A este tipo de reacción se le conoce a menudo como doble descomposición o intercambio.
La molécula de agua
Propiedades
El agua es una sustancias con características fisicoquímicas poco frecuentes que la diferencias de la mayoría de los líquidos
Posee elevado punto de ebullición y fusión, calor específico, calor de fusión, tensión superficial y constante dieléctrica alta.
El calor específico es la cantidad de energía, expresada en Joules, que debe aportarse a un gramo de sustancia para que su temperatura aumente en un grado centígrado. Sin entrar en los valores, lo que aquí se expresa es que se requiere mayor cantidad de energía para lograr la misma elevación de temperatura de una determinada cantidad de agua que de la misma cantidad de otro líquido.
Esta propiedad es importante para los seres vivos, ya que debido a su elevado calor específico, el agua intracelular actúa como regulador térmico, permitiendo que su temperatura permanezca más o menos constante.
El agua es el medio de transporte térmico, por medio de la sangre, que actúa como agente de balance de temperatura de los tejidos del cuerpo.
El organismo pierde continuamente agua por la piel, por la evaporación del sudor y por los pulmones en forma de vapor. Como es necesario aportar mucha energía para separar las moléculas de agua (y lograr así el cambio de fase de líquido a vapor) el organismo pierde así mucha más temperatura que si evaporara otro líquido. De esta forma mantiene la temperatura corporal muy bien controlada por el mecanismo de evaporación.
Todo esto de algún modo nos expresa que existen poderosas fuerzas de atracción intermoleculares. Estas fuerzas intermoleculares se deben a las características particulares de la molécula de agua.
Características
La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.
El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra, presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar. Alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.
Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo.
Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno. La carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.
Puente de Hidrógeno:
La unión intermolecular por puentes de hidrógeno se produce en moléculas formadas por átomos de hidrógeno y elementos de elevada electronegatividad y tamaño pequeño, como es el caso del flúor, oxigeno o nitrógeno (que son los únicos elementos cuyos átomos pueden formar puentes de hidrógeno). El hidrógeno es el único átomo capaz de formar este tipo de enlace porque al ser tan pequeño permite que los otros átomos más electronegativos de las moléculas vecinas puedan aproximarse lo suficiente a él como para que la fuerza de atracción sea bastante intensa. Este tipo de enlace intermolecular es el responsable, por ejemplo, de la existencia de océanos de agua líquida en nuestro planeta. Si no existiera, el agua se encontraría en forma de vapor.
En virtud de estas cargas, puede establecerse atracción eléctrica entre los hidrógenos de una molécula y los átomos electronegativos de una molécula vecina.
Los puentes de hidrogeno forman parte de un grupo de fuerzas de unión entre moléculas que se conocen en conjunto como fuerzas de Van der Waals. Este tipo de enlace es mucho menos energético que el enlace covalente o el iónico, con los valores de entre 1 y 10 Kcal/mol. Es mucho menos energético, por lo tanto se requiere menor energía para romperlo porque es una unión mucho más débil que una unión iónica o covalente.
En la molécula de agua los electrones de la unión H-O se encuentran fuertemente atraídos por el átomo de oxígeno. Por ello, el núcleo de hidrógeno H+ va a actuar como polo positivo de gran intensidad que establece uniones de tipo electrostático con los átomos de oxigeno de las moléculas cercanas. Gráficamente, la unión del puente de hidrógeno se representa mediante una línea de puntos.
Otra propiedad importante del agua es su comportamiento como solvente. Debido a su carácter dipolar, es mejor disolvente que la mayoría de los líquidos corrientes. Los compuestos iónicos se disuelven fácilmente en el agua, en tanto que son insolubles en solventes no polares como el benceno. Esto sucede por las fuertes atracciones electrostáticas entre los dipolos del agua y los iones positivos y negativos, formándose iones hidratados, muy estables.
En el agua también se disuelven compuestos no iónicos pero de carácter polar, como los azúcares, los alcoholes sencillos, los aldehídos y cetonas.
La elevada tensión superficial (cohesión de las moléculas en la interfase agua-aire. ¿Se acuerdan de haber visto alguna vez una araña caminando sobre el agua, o un mosquito posado sobre su superficie?) facilita la formación de membranas biológicas.
Cuestionario
1. ¿qué quiere decir “el agua fue considerada un elemento”?
2. ¿cuál es la diferencia entre molécula y compuesto químico?
3. ¿qué significa hidrólisis? Describa su mecanismo
4. ¿cuáles son las propiedades del agua que se destacan en este artículo?
5. ¿cuál es la importancia biológica del alto calor específico del agua?
6. ¿cuáles son las características que presenta una molécula que se comporta como dipolo?
7. ¿cuál es la carga eléctrica de una molécula dipolar?
8. ¿Qué sucede cuando hay una interacción entre dos moléculas bipolares contiguas?
9. ¿Qué tipo de unión es un puente de hidrógeno?
10. ¿En qué se diferencia un puente de hidrógeno de un enlace covalente?
11. ¿En qué se diferencia un puente de hidrógeno de un enlace iónico?
12. ¿Cuál es la importancia biológica del comportamiento del agua como disolvente?
