El AGUA y sus propiedades

Una gran parte de la masa de casi todos los organismos es simplemente agua. En los tejidos humanos el porcentaje de agua es variable: desde un 20% en los huesos hasta el 85% en las células cerebrales. El contenido de agua es mucho mayor en las células embrionarias y juveniles, y disminuye con el envejecimiento. Cerca de 70% del peso total del cuerpo está formado por agua, y alcanza hasta 95% en una medusa o en ciertas plantas. El agua no sólo es el principal componente de los organismos, sino también uno de los factores ambientales más importantes que los afectan. Muchos organismos viven en el mar o en los ríos, lagos y lagunas de agua dulce. Las propiedades físicas y químicas del agua han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta.
El agua disuelve muchos tipos diferentes de compuestos en grandes cantidades. Debido a sus propiedades como solvente (disolvente) y a la tendencia de los átomos de ciertos compuestos de formar iones al estar en solución, desempeña un cometido importante al facilitar las reacciones químicas.
Las biomoléculas no cargadas pero polares como los azúcares se disuelven fácilmente en agua debido al efecto estabilizador de los muchos puentes de hidrógeno que se forman entre los grupos hidroxilo o el oxígeno carbonílico del azúcar y las moléculas polares del agua.
En sí misma, el agua es un reactivo o producto de muchas reacciones químicas que ocurren en los tejidos vivos. Como ya hemos visto, actúa como reactivo en el proceso de fotosíntesis y es uno de los productos en la reacción general de la respiración. También es la fuente, como consecuencia de la fotosíntesis que realizan las plantas, del oxígeno del aire, y sus átomos de hidrógeno se incorporan a los muchos compuestos orgánicos presentes en los cuerpos de los seres vivos. Por otra parte el agua se produce en todas las reacciones de condensación que dan lugar a las macromoléculas más importantes (polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos) y como reactivo interviene en las reacciones opuestas de hidrólisis que catalizan los distintos tipos de hidrolasas y que dan como resultado la producción de monosacáridos, aminoácidos y nucleótidos, respectivamente.
También el agua es un lubricante de importancia. Se la halla en los líquidos del cuerpo dondequiera que un órgano se frote contra otro, así como en las articulaciones de los huesos.

Fuerzas de cohesión y adhesión
El agua manifiesta los fenómenos de cohesión y adhesión. Sus moléculas presentan una fuerte tendencia a unirse entre sí (cohesión), debido a la presencia de puentes de hidrógeno entre ellas. Dichas moléculas también se adhieren a otras sustancias (p. ej. aquellas sustancias que tienen en su superficie grupos de átomos o moléculas cargados). Estas fuerzas de adhesión explican por qué el agua moja algunas cosas.
Las fuerzas de adhesión y cohesión explican la tendencia del agua a ascender por los tubos de calibre muy pequeño, fenómeno que recibe el nombre de capilaridad. Las fuerzas de adhesión atraen las moléculas de agua hacia los grupos cargados presentes en las superficies del tubo. Luego, otras moléculas presentes en el interior del tubo son "arrastradas" por las fuerzas de cohesión (los puentes de hidrógeno que hay entre las moléculas del agua). En tubos de mayor diámetro hay un menor porcentaje de moléculas de agua adheridas al vidrio en relación al número de moléculas de agua que hay en la superficie, por lo cual las fuerzas de adhesión no son suficientemente fuertes como para contrarrestar las fuerzas de cohesión del agua que está por debajo del nivel de la superficie del recipiente, de modo que el agua en el interior del tubo se eleva sólo un poco. El agua también se mueve en los espacios microscópicos que hay entre las partículas del suelo, de modo que llega hasta las raíces de las plantas por capilaridad; este mismo fenómeno contribuye al ascenso del agua por los tallos de las plantas hasta llegar a las hojas.
El agua tiene un alto grado de tensión superficial (algunos objetos flotan sobre su superficie) debido a la cohesión de sus moléculas; éstas se atraen entre sí con mayor fuerza que las moléculas del aire. De este modo, las moléculas de agua de la superficie libre se agrupan, produciendo una fuerte capa debido a la atracción que ejercen sobre ellas otras moléculas de agua situadas por debajo. Este hecho es importante en el caso de las plantas acuáticas y en el desarrollo de las larvas de algunos insectos.

Estabilización de la temperatura
El agua tiene elevado calor específico; es decir, es muy grande la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius (ºC). El alto calor específico del agua es resultado de la presencia de puentes de hidrógeno entre sus moléculas. El aumento de la temperatura de una sustancia implica la incorporación de energía calorífica para hacer que sus moléculas se muevan más aprisa, con lo que aumenta la energía cinética de las moléculas. Algunos de los puentes de hidrógeno que mantienen juntas a las moléculas del agua deben romperse antes de que las moléculas puedan moverse libremente. La mayor parte de la energía incorporada al sistema se utiliza en la ruptura de los puentes de hidrógeno, de modo que sólo una parte de dicha energía calorífica queda disponible para acelerar el movimiento de las moléculas (es decir, para incrementar la temperatura del agua).
Cuando el agua líquida se solidifica y forma hielo, se libera una gran cantidad de calor en el ambiente.
Debido a que se necesita una gran pérdida o un gran aporte de calor para reducir o elevar la temperatura del agua, los océanos y otros grandes cuerpos de agua tienen temperatura más o menos constante. Así, muchos de los organismos que viven en los océanos cuentan con un medio cuya temperatura es bastante uniforme. El alto contenido de agua de las plantas y animales que habitan en tierra les ayuda a mantener una temperatura interna constante. La velocidad de las reacciones químicas resulta muy afectada por la temperatura, ya que en general se duplica por cada aumento de 10°C. Las reacciones de importancia biológica sólo ocurren entre límites muy estrechos de temperatura, y el agua ayuda a minimizar las fluctuaciones de temperatura.
Puesto que sus moléculas se mantienen unidas por puentes de hidrógeno, el agua tiene un elevado calor de vaporización. Debido a que el agua absorbe calor al cambiar del estado líquido al gaseoso, el cuerpo humano puede disipar el exceso de calor por la evaporación del sudor, y una hoja se mantiene fresca, en presencia de una luz intensa, evaporando agua en su superficie. La capacidad que tiene el agua de conducir rápidamente el calor hace posible la distribución uniforme del calor a lo largo de un cuerpo. Sus propiedades son cruciales para estabilizar la temperatura en la Tierra. Su cantidad en la superficie de la Tierra es enorme; esta gran masa resiste tanto el efecto de la elevación de la temperatura como el de la disminución de ésta.

Densidad del agua
Los puentes de hidrógeno contribuyen con otra importante propiedad del agua. Mientras que la mayor parte de las sustancias aumentan su densidad conforme disminuye su temperatura, el agua alcanza su mayor densidad a los 4°C y luego, cuando la temperatura disminuye aún más, comienza a expandirse nuevamente (haciéndose menos densa). El agua se expande al tiempo que se solidifica porque los puentes de hidrógeno en las moléculas de agua del enrejado cristalino mantienen a estas moléculas lo suficientemente separadas como para dar al hielo una densidad 10% menor que la densidad del agua. Como resultado de esto, el agua sólida o hielo flota dentro del agua fría, que es más densa. Cuando el hielo se ha calentado lo suficiente como para aumentar su temperatura por arriba de 0°C, los puentes de hidrógeno se rompen y las moléculas de agua tienen libertad para acercarse unas a otras. La densidad del agua alcanza su punto más alto a los 4°C, temperatura por arriba de la cual comienza a expandirse nuevamente mientras la velocidad de sus moléculas aumenta.
Esta propiedad excepcional del agua ha sido el factor más importante en la aparición, supervivencia y evolución de la vida en la Tierra. Si el hielo tuviera una densidad mayor a la del agua se hundiría y al final todas las lagunas, lagos e incluso los océanos se congelarían desde el fondo hasta la superficie haciendo imposible la vida. Cuando un cuerpo de aguas profundas se enfría, se forma en su superficie una capa de hielo flotante. El hielo aísla el agua líquida que se encuentra por debajo de él, evitando así el congelamiento de ésta y permitiendo que una gran variedad de animales y plantas sobrevivan por debajo de la superficie de hielo.