MOLÉCULAS INORGÁNICAS: AGUA Y SALES MINERALES
El agua. Estructura de la molécula y carácter dipolar.
Enlaces por puentes de H y estructura reticular del agua líquida. Propiedades fisicoquímicas del agua;
Funciones del agua en los seres vivos.
Ionización del agua y escala de pH, sólo el concepto. Las sales minerales.
EL AGUA
p. 47El agua es el líquido de la vida pues es la molécula más abundante en los seres vivos, representando entre el 70% (nuestro caso), a 90% del peso la mayor parte de los organismos. Podemos decir que los seres vivos somos disoluciones.
El contenido de agua varía de una especie a otra; también varía en función del tipo de tejido y de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) .
El encéfalo tiene un 90% de agua y el hueso, un 20%.
El agua es imprescindible para las reacciones químicas de la vida. La cantidad de agua de un ser vivo o de un tejido está estrechamente relacionada con la actividad metabólica que éste realiza.
ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA
Las propiedades tan peculiares que presenta la molécula de agua son debidas a su estructura molecular. Ésta tiene las siguientes características:
1-Cada molécula de agua está formada por un átomo de O y dos de H unidos mediante enlaces covalentes. El átomo de O comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de H.
2-Geometría triangular de la molécula con ángulo obtuso de 104,5º
3- Dipolo eléctrico - La molécula de agua es eléctricamente neutra; sin embargo, los electrones de los enlaces se distribuyen asimétricamente. Esto se debe a la diferencia de tamaño de los átomos de H y O, provoca que los electrones compartidos estén fuertemente atraídos por el núcleo de oxígeno (tiene más cargas +) por lo que se produce un desplazamiento de los electrones hacia el núcleo del O (quedando más electronegativo que el del hidrógeno),
La electronegatividad hace referencia a la tendencia de los átomos a atraer electrones. Los dos átomos de H posee una carga parcial positiva, mientras que el átomo de O ofrece una carga parcial negativa. Como consecuencia, constituye un dipolo eléctrico.
AGUA
Estructura:
AGUA
4- Puentes de hidrógeno- Este carácter polar del agua permite que se produzcan interacciones electrostáticas, llamadas puentes o enlaces de hidrógeno, con otras moléculas de agua, con otras moléculas polares (alcoholes) y con iones.
Los puentes de hidrógeno son de carácter débil (mucho más débiles que los covalentes o iónicos). Cada molécula de agua es potencialmente capaz de unirse mediante enlaces de H con otras tres ó cuatro moléculas de agua, lo que permite que se forme una estructura de tipo reticular.
Debido a esto se forman grupos de 3-9 moléculas, que dan estabilidad a la molécula. Es la razón de que el agua sea líquida entre 0 y 100ºC, adecuado para que se dé la vida.
PROPIEDADES DEL AGUA Y FUNCIONES ASOCIADAS
Las propiedades físico-químicas que tiene el agua se derivan de estas dos características de la molécula:
1. -Dipolo eléctrico
2. -Estructura reticular con puentes de H
La vida es posible gracias a las propiedades físico-químicas tan peculiares que presenta:
1.Buen disolvente
Debido a su polaridad, el agua disuelve con facilidad los compuestos iónicos porque son atraídos por los dipolos, rompiendo fácilmente el enlace iónico. Ejemplo:
Los enlaces de H entre las moléculas de agua se forman y escinden a una gran velocidad (su vida media es de 10-11 seg.), aunque su estabilidad
disminuye al aumentar la temperatura. Por debajo de 0ºC, por el contrario, todas las moléculas de agua se hallan unidas mediante puentes de H.
A-Interacción
electrostática en un ambiente no polar
B-El agua rodea a los iones, disminuyendo la interacción entre ellos.
AGUA
Estructura:
AGUA
Estructura:
Puente de H
También se disuelven otros compuestos no iónicos, pero que poseen grupos funcionales polares (alcoholes, cetonas aldehídos, etc. –COO-) al establecer enlaces de H entre ellos.
Las sustancias que se disuelven en medios acuosos se denominan hidrofílicas, las que no lo hacen son hidrofóbicas. Las que se disuelven en medios acuosos y orgánicos son anfipáticas. Las moléculas polares como la glucosa se disuelven porque establecen puentes de H y se alojan así en esa red. Los hidrocarburos no pueden hacerlo por eso no se disuelven. Los ácidos grasos y fosfolípidos son anfipáticos (tienen zonas que se disuelven y zonas que no).
-Las moléculas anfipáticas se orientan en relación al agua. La parte hidrófila es atraída por el agua y contacta mientras que la hidrófoba se orienta en sentido contrario.
Todo ello convierte al agua en la sustancia disolvente más importante. A su vez, esta capacidad de ser buen disolvente es responsable de dos funciones del agua:
a)es VEHÍCULO DE TRANSPORTE para la circulación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambio con el exterior. Absorción, excreción etc. b)es el MEDIO DONDE TRANSCURREN LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS, ya
que la mayor parte de las biomoléculas se encuentran disueltas en ella y necesita un medio acuoso para interaccionar, especialmente las hidrólisis. El interior y el exterior de la célula es un medio acuoso que se comunica con la sangre etc.
2. La gran fuerza de cohesión entre las moléculas de agua, las mantiene unidas, muy juntas, debido a los puentes de Hidrógeno. De esta propiedad se derivan, a su vez, propiedades como:
2.1- El agua es prácticamente incompresible (no se puede comprimir) por tener ya las moléculas muy juntas. Al no poder comprimirse tiene la función de ser ESQUELETO HIDROSTÁTICO en invertebrados, manteniendo la forma de anélidos y medusas y también en plantas.
2.2-Alta tensión superficial- Como consecuencia de las fuerzas de cohesión entre las moléculas del agua, en el seno del líquido ocurre lo siguiente: (copiar dibujo Fig. 3.11 pág. 51)
Las moléculas del interior del líquido equilibran sus fuerzas porque interaccionan con todas las de alrededor. Las
moléculas de la superficie no tienen fuerzas de cohesión con el aire y sí con las de abajo.Esto
produce una película de agua en la zona de contacto del agua con el aire que funciona como una membrana superficial que puede deformarse sin romperse, aguantando pequeños pesos (imagen).
Esta fuerza otorga al agua también la función de originar la mayoría de las DEFORMACIONES CELULARES Y MOVIMIENTOS citoplasmáticos (ameboides etc.).
A-Interacción
2.3- Capilaridad- el agua establece también enlaces con el medio o las paredes de los recipientes que la contienen. De aquí se deriva la Capilaridad o capacidad que tiene el agua de adherirse a las superficies y ascender por las paredes de un tubo capilar. De esto se deriva la función de participar en el
ASCENSO DE SAVIA BRUTA por el xilema de las plantas y el ASCENSO DE LA SANGRE por los capilares sanguíneos.
2.4- Elevado calor específico y de vaporización - Para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía (la que se necesita para poder romper los puentes de Hidrógeno). El agua puede absorber una gran cantidad de calor mientras que su temperatura sólo asciende ligeramente.
Esta propiedad de retener calor hace que el agua cumpla la función de ser buen
AMORTIGUADOR TÉRMICO , es decir, es capaz de mantener la temperatura interna de los seres vivos, estable, a pesar de que las variaciones externas sean bruscas.
Ejemplo: los animales acuáticos experimentan menos fluctuaciones de temperatura en su cuerpo que los terrestres.
El alto calor de vaporización tiene una razón semejante a la propiedad anterior pero referida a la evaporación. El agua absorbe mucho calor al pasar del estado líquido al gaseoso ya que, para que una molécula se separe de las adyacentes, han de romperse los puentes de H, necesitándose para ello, una gran cantidad de energía (alrededor de 1500
calorías para evaporar un gramo de agua).
Así, cuando el agua se evapora en la superficie de una planta o de un animal, absorbe gran parte del calor del entorno. Esta propiedad concede al agua una importante función: su
CAPACIDAD TERMORREGULADORA. El agua funciona como un sistema de
refrigeración en plantas y animales pues la evaporación del sudor absorbe calor del cuerpo, manteniendo la temperatura de nuestro cuerpo constante y la transpiración, en el caso de las plantas, que cumple esa función de refrigeración. El agua absorbe y libera energía por ello es un buen regulador térmico. La razón está en los puentes de hidrógeno.
El agua también funciona como lubricante en articulaciones etc., para evitar rozamientos.
DISOCIACIÓN DEL AGUA Y CONCEPTO DE pH
-En el agua líquida, además de las moléculas de agua (aisladas o agrupadas), existe una cierta proporción de moléculas disociadas en sus iones:
H2O H+ + OH-
Hay que advertir que en el agua no existen protones (H+) libres o aislados, sino hidratados, en forma de iones hidronio (H3O+), aunque por conveniencia se utilice el símbolo H+ para abreviar. Es decir, sería más correcto escribir:
2 H2O H3O+ + OH-
El concepto de pH El pH es un valor cuantitativo de la concentración de protones [H+] en una disolución. Se define como el logaritmo decimal, cambiado de signo, de la
concentración de iones hidronio
[H3O+]. [H+] = [H3O+]. pH= - log [H+]
Teniendo en cuenta que una de cada 107 moléculas de agua está disociada, este exponente nos da el valor del pH del agua= 7
El pH se mide con el pHmetro o con tiras medidoras de pH. El pH indica la cantidad de [OH-] que hay en la disolución; pH + pOH = 14
El pH de una disolución es un indicador de los valores de acidez o basicidad y viene determinado por la concentración de H+ en la misma.
-Se mide en una escala que va de 1 a 14:
pH = 7 neutralidad: [H+] = [OH-]
pH > 7 basicidad: baja [H+]
pH < 7 acidez: alta [H+]
El agua, la molécula que hizo posible la vida . Es el medio donde se realizan todas las reacciones metabólicas de las células y, por tanto, toda la actividad que mantiene vivos a los organismos. La vida surgió en el agua y sigue dándose en ella incluso en los organismos terrestres dado que la conquista de la tierra fue posible por las estrategias que
desarrollaron las plantas y los animales para mantenerse en medio acuoso
Cabe destacar dos usos bioquímicos importantes del agua:
-en la fotosíntesis, ya que para producir 5 Tm de materia se incorporan 3Tm de agua. - en las reacciones de hidrólisis o ruptura de enlaces por incorporación de agua.
