El agua es la sustancia más abundante en los sistemas vivos y constituye el 70% o más del peso de la mayoría de los organismos. Los primeros organismos vivos de la tierra aparecieron en un entorno acuoso, y el curso de la evolución ha sido moldeado por las propiedades del medio acuoso en que se inició la vida.
El agua participa en todos los procesos vitales
Las actividades metabólicas normales pueden ocurrir únicamente cuando las células contienen más del 65% de agua.
Es el medio en que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo. El aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realiza a través de sistemas de transporte acuoso.
Importancia
- Abundante en la superficie terrestre
- Esencial para la vida
- La dependencia de la vida con el agua está estrechamente relacionada a sus propiedades físicas y químicas
- Estructura
- Punto de fusión y ebullición
- Alto calor de vaporización
Estructura del agua
- Geometría angular
- Ángulo de enlace de 109.5°
- Distancia de enlace
O-H, 0.985A, 10nm - Enlace covalente polar que une a un átomo de oxígeno con dos de hidrógeno.
- Cada átomo de
Opuede formar 2 puentes de hidrógeno. Por lo tanto cada molécula de agua forma 4 puentes de hidrógeno. - Puentes de hidrógeno entre moléculas de agua, con energía \(20KJ\eta^{-1}\).
- Puentes de hidrógeno es una interacción dipolo-dipolo especial que ocurre entre el átomo de hidrógeno de un enlace polar y un átomo electronegativo como O, N, F.
- Gracias a los puentes de hidrógeno, el agua tiene un alto punto de ebullición, fusión, tensión superficial y calor de vaporización.
- Mediante rayos X se ha visto que el agua forma una red reticular.
- Es de las pocas sustancias que se expanden durante el congelamiento.
- Densidad de 1gmL-1 y en hielo de 0.92gmL-1.
- La fusión del hielo involucra la ruptura de los puentes de hidrógeno que mantienen su estructura cristalina de tal forma que las moléculas en estado líquido se encuentran más próximas entre sí.
Agua como solvente
La solubilidad depende de la habilidad del solvente de interactuar con un soluto.
- Debido a su naturaleza polar, el agua es un excelente solvente de sustancias iónicas como sales, polares como azucares, carbonilos, aldehídos y cetonas.
- Los compuestos se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas de acuerdo a la ley de Coulomb
- El agua es capaz de disolver estos compuestos iónicos al tener interacciones fuertes con iones (+) y (-) dando lugar a la formación de capas de hidratación (o solvatación).
Las capas de hidratación o solvatación son estrucutrasestables y al mismo tiempo dinámicas, es decir, cada molécula de agua se reemplaza por otra cada 2 o 4 nano segundos, de esta manera, una molécula de agua es atrapada más tiempo por la carga electrostática del ión que por los puentes hidrógeno.
Constante dieléctrica del agua
La habilidad del agua de rodear moléculas de iones en interacciones ión-dipolo y disminuir la atracción de los iones entre sí, es una medida de su constante dieléctrica D.
- Constante dieléctrica de un solvente
- Medida de la capacidad de mantener cargas opuestas separadas.
Un solvente mejor que el agua es la formamida, si son polares los solutos.
Un solvente mejor para compuestos orgánicos o no polares es el cloroformo.
La capacidad del agua de disolver moléculas polares depende de la formación de puentes de hidrógeno entre el agua y grupos funcionales polares en estos compuestos: hidroxilo, amonio y carbonilo.