jueves, 6 de septiembre de 2007

AGUA

AGUA


El agua ha sido siempre una sustancia indispensable para la existencia y el desarrollo de todos los tipos de vida existentes sobre este planeta; el agua se presenta en tres estados físicos: líquido, sólido y gaseoso.
Los océanos contienen aproximadamente 1370 millones de Km3 de agua salada (97.5 %); el volumen de hielo y nieve en los casquetes polares es aproximadamente de más de 30 millones de Km3 (2.14 %); el volumen de agua en los lagos y en los ríos es unos 4 millones de Km3 (0.29 %) y el vapor de agua contenido en la atmósfera está comprendido entre 7 y 12 mil Km3 (0.0005%), lo que da un total de 1400 millones de Km3.
Debido a que no tiene un valor energético, ni sufre cambios químicos durante su utilización biológica, en muchas ocasiones no se le da la importancia al agua.
Sin embargo, sin este líquido no podrían llevarse a cabo las diferentes reacciones bioquímicas que sustentan la base de la vida, de hecho, se piensa que la vida en este planeta se originó precisamente en el agua.
Las principales funciones biológicas del agua se basan fundamentalmente en su capacidad de transportar diferentes sustancias a través del cuerpo y de disolver otras y mantenerlas tanto en solución, en suspensión o en forma coloidal.

Solución: sistema homogéneo que consta de soluto y solvente en la cual no podemos distinguir separación de una con la otra, ejem: agua de mar, la sal es el soluto y el agua el solvente. (El estado de la solución es muy líquido)
Coloide: sistema heterogéneo que consta de dos fases, dispersa y dispersora ; ejem: gelatina, la fase dispersora es el agua, y la fase dispersa, el polvo con que se prepara. (El estado del coloide es denso, lo que le permite tener una forma definida)
Suspensión: sistema heterogéneo que consta de dos fases, dispersa y dispersora y es posible distinguir la separación de una con la otra; ejem: agua y arena, la fase dispersora es el agua, y la fase dispersa, la arena. (El estado de la solución es muy denso, casi sólido, sin llegar a serlo).
La diferencia entre los tres sistemas está determinada por el tamaño de las partículas.

La mayoría de los organismos y de los sistemas biológicamente activos contienen una gran cantidad de agua, que en algunos casos puede llegar hasta el 95% de su peso (ejem. las medusas); cerca del 70 % del cuerpo humano es agua, y solamente ciertos tejidos como huesos, pelos y dientes contienen una baja concentración de ella.
El cuerpo humano pierde agua continuamente a través de diferentes medios como el sudor, la orina, la respiración y las heces, el hombre requiere aproximadamente 1.5 litros de agua diarios como mínimo para efectuar todas sus funciones biológicas adecuadamente. Una pérdida del 10 % del contenido de agua es causa de enfermedad y una pérdida del 20% puede causar la muerte.


Estructura de la molécula del agua

La molécula del agua no es lineal, es altamente polar, constituida por dos átomos de Hidrógeno unidos covalentemente con un átomo de Oxígeno y forma estructuras tridimensionales.
Los dos átomos de Hidrógeno se unen a uno de oxígeno produciendo una molécula de forma irregular, pues los átomos de Hidrógeno quedan a los lados del Oxígeno en un ángulo de 104.5 o, produciéndose una desigual distribución de las cargas eléctricas.
En la molécula de agua existe una diferencia de electronegatividades debido precisamente a que el Oxígeno tiene gran poder de atracción por los electrones de los dos Hidrógenos, ocasionando que estos desarrollen una carga parcial positiva (d +), y el átomo de Oxígeno una carga parcial doble negativa 2 (d -). Estas diferencias de carga eléctrica hacen a la molécula de agua muy polar, y que debido a sus cargas parciales tengan la capacidad de formar Puentes de Hidrógeno con otras moléculas de agua y con algunos constituyentes de los alimentos, como proteínas y carbohidratos principalmente. Los puentes de hidrógeno que se forman entre moléculas de agua son muy débiles, comparados con los enlaces covalentes que existen entre los átomos de Oxígeno e Hidrógeno.
Los Puentes de Hidrógeno desempeñan un papel muy importante en todos los sistemas biológicos, ya que las estructuras básicas de las proteínas y de los ácidos nucleicos están formadas y estabilizadas por estas fuerzas.


Puentes de Hidrógeno en el Agua

Los Puentes de Hidrógeno se producen cuando dos átomos cargados eléctricamente se unen a través de un átomo de hidrógeno, de tal manera que solamente los elementos más electronegativos pueden participar en este tipo de unión (principalmente el oxígeno, el nitrógeno y el flúor).
Un Puente de Hidrógeno no es propiamente un enlace químico, sino solamente una fuerza de unión debida a una atracción electrostática entre dos átomos provenientes de moléculas polares, o sea moléculas que tienen un dipolo o momento dipolar, como es el caso del agua.
Debido a sus cargas parciales, cada molécula de agua tiene dos sitios que actúan como receptores y dos sitios como donadores de electrones, por lo que la interacción entre dos o más moléculas de agua puede producir estructuras tridimensionales estabilizadas a través de Puentes de Hidrógeno.
La temperatura tiene un efecto muy importante sobre la intensidad de interacción que existe entre las moléculas de agua, de tal manera que a bajas temperaturas se favorecen los Puentes de Hidrógeno, mientras que a altas se inhibe la formación de ellos. El hielo tiene 100 % de Puentes de Hidrógeno, mientras que el vapor de agua carece de ellos ( 0 %).
Las funciones biológicas del hombre se efectúan normalmente en un intervalo de temperatura muy corto, alrededor de 37 o C, que es la temperatura del cuerpo humano; se considera que a esta temperatura se conservan del 35 al 47 % de Puentes de Hidrógeno.


Propiedades disolventes del Agua.

El agua es por excelencia el disolvente universal; muchas sales y otros compuestos iónicos se disuelven fácilmente en el agua.
Al disolver una sal en agua se producen iones positivos y negativos que se rodean de moléculas de agua formando especies hidratadas muy estables y cuyo grado de hidratación depende de la densidad de carga del ion; la hidratación es mayor en los iones pequeños que en los grandes para una misma carga.
El agua también disuelve muchas otras sustancias no iónicas pero con carácter polar como azúcares, alcoholes, aldehídos, cetonas, aminoácidos y otros. Todos los compuestos polares tienen grupos carbonilos, aminos, hidroxilos y carboxilos que pueden fácilmente interaccionar con las moléculas de agua por medio de Puentes de Hidrógeno. Este tipo de interacción es el mismo que opera cuando se forman dispersiones acuosas de polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos, los cuales no forman verdaderas soluciones, sino suspensiones coloidales estabilizadas en el agua a través de dichos Puentes de Hidrógeno.

Propiedades físicas del Agua

El agua es inodora, incolora, insípida y transparente, siendo la única sustancia en estado natural sobre la Tierra en abundancia y en todas partes en sus tres estados al mismo tiempo (líquido, sólido y gaseoso), siempre y cuando la temperatura sea de 0.0098 o C y la presión sea de 4.58 mm de mercurio. a este fenómeno se le denomina como el punto triple del agua.
Densidad del agua.- El agua se comporta diferente a los demás líquidos (ya que estos se contraen al enfriarse y se congelan alcanzando su máxima densidad), en tanto que el agua alcanza su máxima densidad a los 4 o C sin congelarse y esta densidad es de 0.9999 o sea prácticamente 1.0, este valor se toma como valor patrón de comparación para las densidades de los demás líquidos.
Punto de Ebullición y de Congelación.- El punto de ebullición es el momento en que la presión de vapor del agua es igual a la presión atmosférica; dicho momento se da cuando el agua pasa de líquido a vapor.
El punto de congelación del agua, es la temperatura necesaria para que pase de estado líquido a sólido.
para la presión atmosférica o sea a 760 mm de Hg el agua se vuelve vapor a 100 o C y se solidifica a 0 o C.
Calor específico.- Se llama calor específico a la cantidad de energía requerida para aumentar la temperatura de una substancia en un grado centígrado.
Para el agua el calor específico se encuentra mediante la adición de una caloría que origina el aumento de su temperatura de 14.5 o C a 15.5 o C, o sea que para que el agua aumente su temperatura se necesita una adición de calor muy grande y para que se enfríe debe ceder mucho calor.
Este comportamiento le da al agua cuando se encuentra en grandes extensiones y grandes volúmenes, el carácter de regulador de la temperatura ambiente.
Calor latente de Vaporización.- Es el número requerido de calorías para transformar un gramo de líquido a vapor a la misma temperatura. Cuando la temperatura es de 15 o C entonces se necesitan aproximadamente 540 calorías; este número tan elevado de calorías es el que convierte al agua en un termorregulador en los organismos tanto vegetales como animales.
Calor Latente de Fusión.- Se define como el número de calorías para cambiar un gramo de agua sólida en el punto de congelación, a un líquido a la misma temperatura. Para fundir en gramo de hielo a 0 o C se requieren 80 calorías.
Esto indica que para que el agua se congele, necesita liberar gran cantidad de calor.
Capilaridad.- Es la resultante de la interacción de la cohesión y de la adhesión, y se describe como la ascensión de un líquido en un tubo tan delgado (que trata de igualar el diámetro de un pelo -capili = pelo-) debido a un desequilibrio entre la cohesión y la adhesión, a favor de esta última.
Cohesión: es la fuerza de unión entre dos partículas de la misma naturaleza.
Adhesión: es la fuerza de unión entre dos partículas de distinta naturaleza.