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El agua es una de las moléculas más abundantes, y tiene una estructura y unas propiedades únicas que la convierten en una de las moléculas más importantes para mantener la vida en la Tierra. ¿Cuáles son esas características y propiedades? En este artículo hablaremos de las moléculas de agua y detallaremos su composición, estructura, propiedades y funciones en biología.El agua es…
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Jetzt kostenlos anmeldenEl agua es una de las moléculas más abundantes, y tiene una estructura y unas propiedades únicas que la convierten en una de las moléculas más importantes para mantener la vida en la Tierra.
¿Cuáles son esas características y propiedades? En este artículo hablaremos de las moléculas de agua y detallaremos su composición, estructura, propiedades y funciones en biología.
El agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno unidos mediante enlaces covalentes a un átomo de oxígeno (H-O-H). La fórmula química de una molécula de agua es H₂O.
Un enlace covalente se forma cuando los átomos comparten electrones para llenar sus capas de electrones de valencia. Los enlaces covalentes pueden ser polares o no polares, dependiendo de la electronegatividad de los átomos:
La electronegatividad de los átomos es la tendencia de los átomos de atraer electrones cuando se encuentra en un enlace.
El agua es una molécula polar: los átomos de hidrógeno y oxígeno de la molécula comparten los electrones de forma desigual, debido a las diferencias de electronegatividad. Como resultado, los átomos de hidrógeno tienen una carga ligeramente positiva (δ+). mientras que el oxígeno tiene una carga ligeramente negativa (δ-). En la siguiente figura podemos observar la estructura del agua y la distribución espacial de sus átomos y cargas.
A continuación, examinamos en mayor detalle la polaridad del agua.
Los átomos de hidrógeno están formados por un núcleo de un único protón con carga positiva y una corteza electrónica de un electrón con carga negativa, que orbita alrededor del núcleo. Por otro lado, los átomos de oxígeno contienen un núcleo de ocho protones con carga positiva, ocho neutrones sin carga y una corteza electrónica de ocho electrones con carga negativa, que orbitan alrededor del núcleo.
La corteza electrónica es el conjunto de electrones y sus distribución espacial.
La molécula de agua se forma cuando dos átomos de hidrógeno comparten electrones con un átomo de oxígeno mediante enlaces covalentes con el fin de llenar las capas de electrones de valencia de ambos átomos. El átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno, por lo que los electrones son atraídos por el oxígeno y repelidos por el hidrógeno. Como resultado, los átomos de oxígeno tienen una carga parcial negativa (δ-), mientras que los átomos de hidrógeno tienen una carga parcial positiva (δ+), lo que convierte al agua en una molécula polar.
Los diez electrones que forman una molécula de agua se distribuyen de la siguiente manera:
Los dos pares de electrones que forman los enlaces covalentes se repelen entre sí, dando a la molécula de agua su estructura doblada o en forma de V, con los ángulos de enlace H-O-H a aproximadamente 104,5° (Figura 1). La forma de V de la molécula de agua es importante, porque garantiza que sus regiones con carga positiva y con carga negativa no se encuentren y se anulen mutuamente.
Dado que las moléculas de agua tienen zonas de carga positiva y negativa, se atraen entre sí y forman enlaces que denominamos puentes de hidrógeno o enlaces de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son un tipo de enlace débil, por lo que se rompen y se forman continuamente. Sin embargo, cuando están presentes en gran número —como en el agua—, los enlaces de hidrógeno forman una estructura reticular que proporciona un elevado nivel de cohesión. Cada molécula de agua puede formar cuatro puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua: dos por cada zona de carga negativa (oxígeno) y una por cada zona de carga positiva (hidrógenos).
El agua tiene numerosas funciones:
La ósmosis del agua es el movimiento de las moléculas de agua desde una zona de alta concentración a otra de baja concentración, a través de una membrana semipermeable. La ósmosis es un fenómeno de difusión pasiva.
Algunas de estas funciones se analizan en más detalle en los siguientes apartados.
Recuerda que las reacciones metabólicas no son más que procesos químicos que tienen lugar en los organismos vivos para mantenerlos con vida. Una de las principales funciones biológicas de las moléculas de agua es actuar como metabolito.
Muchas de estas reacciones implican una reacción de condensación o hidrólisis. El agua desempeña aquí un papel importante, porque las reacciones de hidrólisis utilizan una molécula de agua al romper un enlace (como cuando se rompen los enlaces de alta energía del adenosín trifosfato). Por otro lado, las reacciones de condensación liberan una molécula de agua cuando se forma un nuevo enlace; por ejemplo, en la reacción de condensación que une los aminoácidos para formar polipéptidos.
Como el agua es una molécula polar, otras moléculas polares pueden ser disueltas en ella —como la glucosa y muchos compuestos iónicos—. Las cargas negativas de los solutos polares atraen a la región de carga positiva de la molécula de agua, y viceversa. Por tanto, las moléculas polares del soluto quedan rodeadas por moléculas de agua; es decir, se disuelven.
Tomemos el ejemplo del cloruro de sodio (NaCl) disuelto en agua:
Los iones Na+ son positivos, por lo que el átomo de oxígeno parcialmente negativo se orientan hacia los iones Na+ cuando las moléculas de agua rodean a la molécula de NaCl. Por otro lado, los iones Cl- son negativos, por lo que los átomos de hidrógeno parcialmente positivos se orientan hacia los iones Cl- cuando las moléculas de agua rodean a la molécula de NaCl.
Cuando el agua se expone a suficiente calor, puede evaporarse. El proceso por el que esto ocurre es el mismo que el proceso de ebullición del agua. En primer lugar, se transfiere energía térmica a las moléculas de agua, lo que hace que se muevan a mayor velocidad. Al cabo de un tiempo, las moléculas de agua tienen demasiada energía para seguir unidas como líquido y se convierten en moléculas gaseosas; es decir, en vapor de agua. Entonces, estas flotan hacia la superficie del líquido, en forma de burbujas, para poder escapar y viajar en el aire.
El calor latente de vaporización es la cantidad de energía térmica necesaria para transformar un gramo de una sustancia líquida en gas, a temperatura constante.
Para evaporar el agua se requiere mucha energía (calor). Esto, porque se necesita llegar a romper los numerosos enlaces de hidrógeno entre las moléculas, lo que requiere un elevado calor latente de vaporización. Por tanto, el agua se utiliza para controlar la temperatura del organismo.
El agua posee numerosas propiedades que la convierten en una molécula fundamental para la vida. Algunas de las propiedades más importantes que caracterizan a las moléculas de agua son:
Si quieres saber más sobre las propiedades especiales del agua puedes leer nuestro articulo sobre las propiedades del agua.
El calor específico, tambien conocido como la capacidad calorífica específica, es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado.
El agua tiene una alta capacidad calorífica específica: se necesita mucha energía para elevar la temperatura del agua porque los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua pueden absorber grandes cantidades de energía. En consecuencia, el agua actúa como un amortiguador térmico: resiste los cambios de temperatura más que otras sustancias.
Como la temperatura del agua no cambia rápidamente, puede ser útil en los organismos vivos.
Cuando decimos que el agua es cohesiva, lo que queremos decir es que las moléculas de agua tienden a pegarse entre ellas porque son polares. Una fuerte cohesión implica que el agua tiene una alta tensión superficial cuando entra en contacto con el aire.
Gracias a esta propiedad, ciertos insectos, como los conocidos zapateros, pueden caminar por la superficie del agua. Esta propiedad también permite que el agua fluya, por lo que es ideal para transportar sustancias. Algunos ejemplos son el movimiento a través de los vasos sanguíneos de los animales o las columnas de agua en el xilema de las plantas.
La adhesión se refiere a la capacidad del agua de adherirse a otras sustancias o superficies.
Gracias a esta propiedad, el agua es capaz de adherirse a las paredes de los vasos del xilema, para ascender por la planta hacia las hojas, donde se evapora.
La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por un enlace covalente.
Los electrones de la molecula de agua no están distribuidos de manera uniforme. Los átomos de oxígeno atraen los electrones con más fuerza que los de hidrógeno. Como resultado, los átomos de hidrógeno tienen una carga ligeramente positiva (δ+) y los de oxígeno tienen una carga ligeramente negativa (δ-).
Algunas de las principales características de la molécula de agua son:
El agua tiene numerosas funciones como:
Cada molécula de agua puede formar cuatro puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua: dos por cada zona de carga negativa (oxígeno) y una por cada zona positiva (hidrógenos). Los puentes de hidrógeno son un tipo de enlace débil, por lo que se rompen y reforman continuamente. Los enlaces de hidrógeno forman una estructura reticular que proporciona un elevado nivel de cohesión al agua.
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