[PORTADA]

PROPIEDADES DEL AGUA

El agua es la biomolécula más abundante, y también la más importante. La vida, tal como se conoce en el planeta Tierra, se desarrolla siempre en medio acuoso. Incluso en los seres no acuáticos el medio interno es esencialmente hídrico. De hecho, la búsqueda de vida en otros planetas está supeditada a la presencia de agua.

Agua: la biomolécula más importante
Geometría de la molécula de agua

El agua reúne una serie de características que la convierten en un disolvente único e insustituible en la biosfera. Las podemos clasificar en:

ENLACES

Agua (Wikipedia)

Agua

Water structure and properties

The chemistry of water

Water properties (Table)

Water structure (Animación de John Kyrk)

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PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA

En cuanto a las propiedades físicas del agua, hay que destacar:

a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (0-100º C)

b) La anómala variación de la densidad con la temperatura

c) Su elevada constante dieléctrica

d) Su carácter dipolar

e) Su calor específico y calor de vaporización elevados

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EL AGUA ES LÍQUIDA ENTRE 0 Y 100ºC

Tal y como se observa en el diagrama de fases (Figura inferior izquierda), el agua tiene un punto de ebullición muy elevado (100ºC, a 1 atmósfera de presión), teniendo en cuenta su tamaño. El comportamiento del H2O se aleja del de los demás hidruros formados con los elementos del grupo VI de la Tabla Periódica (Figura inferior derecha, puntos de color púrpura): extrapolando los datos de la gráfica de la figura inferior derecha (línea de puntos de color rojo) ¡ el agua herviría a -80ºC!Este comportamiento se debe al gran número de puentes de hidrógeno que forman sus moléculas.
diagrama de fases del agua
Puntos de ebullición de los hidruros del grupo VI

Por el mismo motivo, su punto de congelación (0ºC) es mayor de lo esperado. El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase líquida (entre 0ºC y 100º C) proporciona variadas posibilidades de vida, desde los organismos psicrófilos, que pueden vivir a temperaturas próximas a 0º C hasta los termófilos, que viven a 70-80º C.

Thermus aquaticus
Taq polimerasa (PCR)
Proteína anticongelante

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EL HIELO FLOTA EN EL AGUA

La anómala variación de la densidad con la temperatura (densidad máxima a 4º C) determina que el hielo flote en el agua, actúe como aislante térmico y en consecuencia, posibilite el mantenimiento de la gran masa de agua de los océanos (que albergan la mayor parte de la biosfera) en fase líquida, a 4º C.

Densidad del agua vs. temperatura
El hielo flota sobre el agua y actúa a modo de aislante

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA

Su elevada constante dieléctrica permite la disociación de la mayoría de las sales inorgánicas en su seno (Figura de la izquierda) y permite que las disoluciones puedan conducir la electricidad (Quitando y poniendo el ratón sobre la figura superior se observan el efecto de la presencia de iones sobre la conductividad eléctrica)
Algunas constantes dieléctricas
disolvente
contante dieléctrica (e a 25ºC)
disolvente
contante dieléctrica (e a 25ºC)
Agua
79
dimetilsulfóxido
47
ácido fórmico
59
acetonitrilo
38
metanol
33
acetona
21
etanol
25
dietiléter
4,3
ácido acético
6
benceno
2,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CARÁCTER DIPOLAR

Su carácter dipolar hace que las moléculas de agua se orienten en torno a las partículas polares o iónicas, formando una envoltura de solvatación, lo que se traduce en una modificación de las propiedades de estas partículas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CALOR ESPECÍFICO Y DE VAPORIZACIÓN ELEVADOS

Su calor específico y calor de vaporización elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioquímicas exotérmicas sea fácilmente absorbido y/o eliminado con pequeña variación de la temperatura del individuo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA

Con respecto a las propiedades químicas del agua, hay que señalar:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CAPACIDAD PARA FORMAR PUENTES DE HIDRÓGENO

Cada molécula de agua puede formar 4 puentes de hidrógeno, ya que tiene:

  • dos átomos de H susceptibles de ser cedidos
  • dos dobletes electrónicos capaces de aceptar otros tantos átomos de H

El agua líquida, al igual que el hielo pueden establecer enlaces en cualquier dirección del espacio, formando una malla tridimensional, que determina, aparte de alguna de las propiedades físicas enumeradas (altos puntos de fusión y ebullición), la capacidad de solubilización de moléculas con grupos polares y su participación en los mecanismos de muchas reacciones hidrolíticas.

El patrón de formación de puentes de hidrógeno es distinto en el agua y en el hielo. Por ese motivo el agua a 4ºC es más densa que el hielo. La figura inferior izquierda muestra una animación del proceso de congelación del agua. En la figura inferior derecha se ve la diferente distribución de las moléculas de agua en estado líquido y en estado sólido (quitando y poniendo el ratón en la figura de la derecha se pueden apreciar las diferencias).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CAPACIDAD PARA DISOCIARSE

Su capacidad de disociación y la rápida emigración de los iones resultantes (H+ y OH-) explican la importancia crítica del pH en muchos procesos biológicos.

El agua se comporta como ácido y como base, ya que generar tanto H+ como OH-. Se trata por tanto de una sustancia anfótera o anfolito.

 

 

ENLACES

Animación sobre la disociación del agua

Animación sobre el pH (John Kyrk)

Interactive concepts in Biochemistry: pH and buffers