El agua: estructura, propiedades y funciones biológicas esenciales

Resumen

El documento explica la estructura dipolar de la molécula de agua y los puentes de hidrógeno que se forman entre sus moléculas. A partir de ahí describe sus propiedades principales: poder disolvente, calor de vaporización, calor específico, cohesión y adhesión, reactividad química y densidad del hielo. Se detalla la función biológica de cada propiedad para los seres vivos.

Puntos clave

La molécula de agua es dipolar porque el oxígeno, más electronegativo, atrae los electrones de los enlaces hacia su núcleo.
Los enlaces de hidrógeno son débiles y cada molécula de agua puede formar hasta 4 de ellos.
El agua disuelve sales y sustancias polares (hidrófilas), mientras que las no polares (hidrófobas) son insolubles.
Su elevado calor de vaporización permite refrigerar el cuerpo y regular la temperatura corporal.
Su elevado calor específico actúa como amortiguador térmico, manteniendo estable la temperatura del organismo.
La cohesión y la adhesión permiten la capilaridad, que hace ascender la savia bruta en las plantas.
El hielo es menos denso que el agua líquida porque forma una estructura reticular con 4 puentes de hidrógeno, lo que permite que flote y aísle el agua de debajo.

Ponte a prueba

Molécula dipolar: El núcleo del átomo de oxígeno (O), con mayor electronegatividad, desplaza parcialmente a los electrones que constituyen los enlaces hacia su núcleo, dejando a los núcleos de los átomos de hidrógeno con una pequeña carga parcial positiva, mientras que hay regiones débilmente negativas cerca del oxígeno.

Su estructura presenta zonas con mayor densidad electrónica y otras con déficit electrónico.

Enlaces de hidrógeno (H): Consecuencia de la estructura dipolar, las moléculas de agua interaccionan unas con otras. Se produce por atracción entre la carga parcial positiva localizada sobre los átomos de hidrógeno de una molécula y la carga parcial negativa de otra. Son enlaces débiles. Cada molécula de agua puede formar hasta 4 puentes de hidrógeno. El aumento del peso molecular tiene como consecuencia que el agua sea un medio de transporte eficaz.

Propiedades del Agua

Gran poder disolvente universal

Iónicos: Sales cristalizables.
Orgánicos neutros: Grupos funcionales polares (hidroxilo, cetona) son solubles, no interrumpen la estructura al formar enlaces de hidrógeno. Se denominan HIDRÓFILOS o polares.
Orgánicos no polares: Insolubles porque interrumpen y no forman enlaces de hidrógeno. Se denominan HIDRÓFOBOS.
Sustancias anfipáticas: Poseen grupos hidrófilos e hidrófobos, lo que permite su dispersión en agua (parte polar + no polar).

Funciones del agua como disolvente

El agua actúa como medio de transporte, disolvente y participa en reacciones metabólicas.

Elevado calor de vaporización

Es el número de calorías necesarias para convertir un gramo de un líquido en su punto de ebullición en gas. Es muy elevado.

Función: El agua, al evaporarse, tiene acción refrigerante y regula la temperatura corporal. Elimina el exceso de calor y estabiliza la temperatura.

Elevado calor específico

Es el calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia.

El agua es capaz de absorber gran cantidad de calor sin que se produzca un aumento apreciable de su temperatura.

La temperatura del agua aumenta más lentamente que la de otras sustancias.

Función: Actúa como amortiguador térmico en los seres vivos. La temperatura del organismo permanece constante aunque fluctúe la temperatura ambiental.

Cohesión y Adhesión

Gran cohesión interna, debido a su capacidad de establecer puentes de hidrógeno.

Elevada capacidad de adhesión al ser capaz de unirse a cualquier molécula o superficie con carga.

Funciones de la cohesión y adhesión

Seres vivos: Responsables del fenómeno de capilaridad (ascenso de la savia bruta).
La elevada cohesión interna del agua la convierte en un líquido incomprensible, utilizado como esqueleto hidrostático (anélidos, medusas, pólipos).

Reactividad química

El agua puede disociarse en iones H3O+ y OH-.

Hidrólisis: Rotura de enlaces moleculares por el agua.

Mayor densidad en estado líquido que en estado de hielo

En el hielo se establecen 4 puentes de hidrógeno, formando una estructura reticular con moléculas más separadas que en el medio líquido.

Esta estructura explica que el hielo sea menos denso que el agua líquida y pueda flotar sobre ella.

Función: Las grandes masas de agua se congelan en su superficie formando una capa de hielo que aísla el agua líquida que está por debajo, permitiendo la vida en el interior.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el hielo flota sobre el agua líquida?

En el hielo se establecen 4 puentes de hidrógeno que forman una estructura reticular con las moléculas más separadas que en el líquido. Por eso el hielo es menos denso que el agua líquida y puede flotar sobre ella.

¿Qué son las sustancias anfipáticas?

Son sustancias que poseen grupos hidrófilos e hidrófobos a la vez, lo que les permite dispersarse en agua gracias a su parte polar y a su parte no polar.

¿Para qué sirve el calor específico elevado del agua en los seres vivos?

Permite que el agua absorba mucho calor sin aumentar apreciablemente su temperatura, de modo que actúa como amortiguador térmico y la temperatura del organismo permanece constante aunque cambie la del ambiente.