EL AGUA: Importancia, estructura y propiedades. Propiedades Coligativas.

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La cantidad de agua en nuestro planeta es mucho más grande que la cantidad de tierra. Se encuentra formando parte de mares y océanos, las aguas continentales (glaciales, aguas superficiales y aguas subterráneas), en forma de vapor en la atmósfera y por supuesto, formando parte de los seres vivos.

Además el agua, es importantísima ya que:

1. En ella se originó la vida.
2. Es el factor limitante primario de cultivos y ecosistemas naturales.
3. Es el medio en el transcurren las reacciones metabólicas.
4. Es sustrato o producto de importantísimas reacciones metabólicas.
   Ejemplos: Respiración y fotosíntesis.
5. Constituyen el medio en que los nutrientes minerales y los asimilados son transportados.
6. Mantiene un grado mínimo de turgencia necesario para el crecimiento celular.

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno –> H₂O

Su peso molecular es 16. La configuración electronica del oxígeno es 1s²2s²p⁴ y la del hidrógeno es 1s² por lo que al formarse el enlace debemos fijarnos en los orbitales. En el caso del oxígeno tenemos 4 orbitales híbridos sp³ (2 con 2 electrones y 2 con un sólo electrón) mientras que el hidrógeno tiene un único orbital s. Los dos hidrógenos se uniran completando con sus electrones los dos orbitales híbridos del oxígeno que sólo tienen un electrón. Una vez formado el enlace covalente entre ellos, el ángulo que queda entre los hidrógenos y el oxígeno sería de 90º aunque las evidencias empíricas apuntan a 105º.

El carácter dipolar del agua se debe a la mayor electronegatividad del oxígeno respecto a la del hidrógeno. Esto hace que los electrones del enlace oxígeno-hidrógeno sean más atraídos por el oxígeno, haciendo que la molecula esté POLARIZADA, aunque sea NEUTRA. El hidrógeno lleva carga parcial positiva, δ+, y el oxígeno carga parcial negativa, δ-. Los dipolos de agua, además, se orientan formando ENVOLTURAS DE HIDRATACIÓN, o lo que es lo mismo, se orientan formando capas, dependiendo de la carga, en torno a los iónes impidiendo que estos se asocien formando enlaces iónicos : tienen que permanecer en disolución. Este es el motivo por el cual el agua es un DISOLVENTE CASI UNIVERSAL (disuelve sustancias polares y/o cargadas).

En estado líquido, entre las moléculas de agua se forman PUENTES DE HIDRÓGENO: Las cargas parciales de oxígeno e hidrógeno de diferentes moléculas de agua, se atraen electrostaticamente. Estos enlaces son débiles y se están haciendo y deshaciendo continuamente. Gran cantidad de propiedades del agua son consecuencia de estos puentes de hidrógeno:

1. Estado líquido a temperatura ambiente.
   Los puentes de hidrógeno hacen que el agua necesite una mayor cantidad de energía para cambiar de estado que otras sustancias.

   	Tc (ºC)	Te(ºC)
   H20	0,0	100
   H2S	-83	-62
   H2Se	-64	-42
   H2Te	-51	-4

2. Gran capacidad disolvente.
   Como ya hemos dicho antes, se debe al caracter dipolar del agua. Si disolvemos NaCl en agua, el NaCl se disocia en Na⁺ y Cl^- y las moléculas de agua se orientan con los oxígenos hacia el Cl^- y los hidrógenos al Na⁺ haciendo que permanezcan separados y neutros; no precipitan porque no se atraen.
3. Elevado calor específico.
   Para elevar un grado la temperatura de un mol de agua necesitamos 1 caloría ( 1 caloría = 75,4 J/mol; a 25ºC)
   Esto ocurre porque la mayoría de la energía se usa para hacer vibrar los enlaces de hidrógeno. Esto permite que el agua sea un BUEN TAMPÓN PARA EL CALOR, lo cual es vital para la vida, ya que evita cambios de temperatura bruscos.
4. Elevado calor de vaporización.
5. Elevada fuerza de adhesión (interfase agua-sólido)
   Importante en los suelos con cargas parciales negativas como los de arcilla.
6. Elevada fuerza de cohesión (interfase agua-aire)
   La moléculas próximas a la superficie son atraídas por las moléculas cercanas pero no por la superficie del agua, de manera que la fuerza neta es hacia el interior: TENSIÓN SUPERFICIAL. Esta propiedad es responsable de que el agua, y otros líquidos, tiendan a adoptar forma esférica.

Las dos útimas combinadas, además, son las responsables del fenómeno de la CAPILARIDAD. Tanto en el suelo como en las plantas (por ejemplo vasos o espacios intercelulares) hay espacios pequeños donde se producen fenómenos de capilaridad. Es muy importante tener claro que la capilaridad no es la principal causa de la subida del agua en el xilema pero si lo favorece positivamente.

Los puentes de higrógeno no se limitan sólo a la molécula de agua, se pueden formar en moléculas que contienen hidrógeno y se encuentran en un entorno electronegativo. Por ejemplo, los puentes de hidrógeno contribuyen a estabilizar la estructura del ADN. Otro ejemplo, es que entre los haces de microfibrillas de celulosa se forman también puentes de hidrógeno que contribuyen a mejorar la resistencia a la dilatación de la celulosa.

Llamamos HIDRÓFILAS a aquellas sustancias polares que pueden interaccionar con los puentes de hidrógeno y que por tanto son solubles en agua. La hidrofilia aumenta si además de grupos polares hay grupos ionizables (amina, ácido)

Nos referimos con el nombre de HIDRÓFOBAS, a aquellas sustancias que no interaccionan con los puentes de hidrógeno y que por tanto no son solubles en agua. Es el caso de los hidrocarburos puros (como el benzol) que sin embargo, se disuelven muy bien en disolventes orgánicos y por lo que llamamos a estas sustancias LIPÓFILAS.

En moléculas grandes y complejas, que sea de un tipo u otro depende del número de enlaces de cada tipo y de la estructura tridimensional de la molécula.

PROPIEDADES COLIGATIVAS

Las propiedades coligativas de los líquidos son aquellas que se ven afectas por la concentración de soluto en disolución y no por la naturaleza del mismo.

son:

1. Descenso de la presión de vapor de agua.
2. Descenso del punto de congelación.
3. Aumento del punto de ebullición.
4. Creación de una presión osmótica.