Cátedra de Biología Celular: El Agua, Universidad de Guayaquil

Resumen de la Composición Química del Agua

Para comprender la composición química del agua se comienza con el átomo, ya que es la unidad fundamental de la materia, en el cual está compuesto por protones, neutrones y electrones. Al agruparse, estos átomos forman moléculas, que son unidades pequeñas de sustancias que pueden existir de manera independiente.

En el caso del agua su molécula es (H2O), está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes. Debido a que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, los electrones tienden a desplazarse hacia el oxígeno, creando una carga parcial negativa en él y una carga parcial positiva en los hidrógenos. Aunque es eléctricamente neutra, la molécula de agua es polar y se comporta como un dipolo.

Definición del Agua

Es un líquido esencial universal, en el cual se compone aproximadamente el 70% de la superficie terrestre y también forma parte significativa de la composición del cuerpo humano, siendo crucial para la supervivencia de todas las formas de vida. Además, tiene la capacidad de ionizarse ya que puede disociarse (romperse) en iones.

Ión Hidronio (H3O+)

1. Ión Hidronio (H3O+): o Esto sucede cuando una molécula de agua atrapa un protón (H+), que es una partícula pequeña y cargada positivamente. Este protón se une a una molécula de agua, formando H3O+. o Aunque a veces se dice simplemente H+, lo correcto es H3O+, ya que el protón no está solo, sino que se une a una molécula de agua.

Ión Hidroxilo (OH-)

1. Ión Hidroxilo (OH-): o Se forma cuando una molécula de agua pierde un protón (H+). Lo que queda es un ión cargado negativamente llamado OH .

El agua puede descomponerse en estas dos partes: H3O+ (positivo) y OH- (negativo). Esto es lo que permite medir el pH y que el agua actúe como un ácido o una base en diferentes situaciones.

Propiedades Químicas del Agua

Polaridad del Agua

Polaridad. El agua es polar, lo que significa que tiene un lado positivo (donde están los hidrógenos) y un lado negativo (donde está el oxígeno). Esto hace que el agua pueda disolver muchas cosas, como sales y azúcares.

Enlaces de Hidrógeno

Enlaces de Hidrógeno. Las moléculas de agua pueden unirse entre sí formando enlaces de hidrógeno. Esto es lo que hace que el agua tenga propiedades especiales, como la alta tensión superficial y la capacidad de mantenerse unida.

Puentes de Hidrógeno

Son los responsables de mantener unidas a las moléculas de agua. Aunque son más débiles que los enlaces covalentes, juegan un papel crucial en las características únicas del agua, como su elevado punto de ebullición, su punto de fusión y su alta tensión superficial. Estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para permitir que el agua mantenga su naturaleza fluida bajo temperaturas y presiones normales, lo que es fundamental para la vida en la Tierra.Estos puentes de hidrogeno se forman gracias a la polaridad de las moléculas del agua, donde un átomo de hidrogeno con una carga parcial positiva de una molécula se asocia con un átomo más electronegativo, en el caso del agua, con un átomo de oxígeno con una carga parcial negativa. Siendo estas atracciones entre átomos de distintas moléculas los denominados puentes de hidrogeno.

Estos puentes de hidrógenos son los responsables de que el agua se mantenga líquida en condiciones de temperatura y presión normales debido a que los puentes restringen el movimiento individual de las moléculas, dando como resultado un fluido poco viscoso con gran facilidad para el desplazamiento.

Los puentes de hidrogeno que se forman entre las moléculas de agua son los responsables de una de las propiedades más inusuales del agua, por lo general los sólidos son más densos que los líquidos, sin embargo, cuando el agua cambia de estado líquido ha solido se vuelve menos denso, permitiendo que el hielo flote sobre el agua.

El pH o Potencial de Hidrógeno

El PH o Potencial de Hidrógeno. Es una medida que determina el grado de acidez o alcalinidad de una disolución, específicamente la concentración de iones de hidrógeno en ella. Se mide en una escala que va del 1 al 14, donde 1 indica un valor muy ácido, 14 representa un valor muy básico, y 7 es considerado neutro. El pH del agua es fundamental, ya que influye en la solubilidad de diversas sustancias químicas, como nutrientes (fósforo, nitrógeno y carbono) y metales pesados (plomo, cobre, cadmio), así como en su biodisponibilidad para los organismos acuáticos.

Los ácidos liberan iones de hidrógeno (protones), mientras que las bases los aceptan. El agua pura, que no está ionizada, tiene un pH de 7.0. Sin embargo, el pH del agua puede verse afectado por múltiples factores, tanto naturales como antropogénicos.Los cambios naturales suelen surgir de interacciones con minerales circundantes, especialmente carbonatos, así como de fenómenos como la lluvia ácida y las aguas residuales, incluidas las provenientes de la minería.

Además, la concentración de dióxido de carbono (CO2) en el agua también impacta su pH. Estos factores destacan la importancia del pH en la salud de los ecosistemas acuáticos y su capacidad para sustentar la vida.

Ionización del Agua

Ionización. Puede dividirse en dos partes: un ión hidronio (H3O+) (que se puede simplificar como H+) y un ión hidroxilo (OH-). Esto permite que el agua actúe como un ácido o una base, afectando su pH.

Reactividad del Agua

Reactividad. El agua puede participar en reacciones químicas. Puede romper enlaces en otras moléculas (hidrólisis) y ayudar a que otras sustancias reaccionen.

Disolvente Universal

Disolvente. Debido a su polaridad, el agua es un gran disolvente. Esto significa que puede disolver muchas sustancias, lo que es esencial para procesos biológicos.

Propiedades Físicas Del Agua

Estado Físico del Agua

Estado Físico. El agua puede ser sólida (hielo), líquida (agua) o gas (vapor). Cambia de estado según la temperatura.

Puntos de Fusión y Ebullición

Puntos de Fusión y Ebullición. Se congela a 0℃ (hielo) y hierve a 100℃ (vapor). Esto significa que el agua necesita temperaturas bastante extremas para cambiar de estado.

Densidad del Agua

Densidad. El agua es más densa en forma líquida que en forma de hielo, lo que hace que el hielo flote en el agua.

Tensión Superficial del Agua

Tensión Superficial. Consiste en la superficie de estos, en el cual se comporta como una membrana elástica, en el agua; este fenómeno se da por las fuerzas intermoleculares o fuerzas cohesivas; que no es más que las fuerzas de atracción entre moléculas provocadas por los puentes de hidrógeno.

En el interior del líquido las moléculas ejercen fuerzas cohesivas que se comparten entre todos los átomos vecinos, a diferencia de las moléculas de la superficie; que sufren fuerzas atractivas mucho más fuertes sobre sus moléculas vecinas inferiores y laterales debido a que no existen más átomos por encima de estás, provocando que se reduzca tanto el área superficial al mínimo como también su volumen y siendo el responsable de la forma esférica de las gotas del agua.

Es decir, que mientras en el interior del agua sus moléculas se atraen entre sí en todas las direcciones con una fuerza de atracción neta de 0, las moléculas de la superficie se contraen con mayor fuerza; y es este incremento de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie a lo que se llama como tensión superficial.

La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm. La tensión superficial del agua es 72 dinas/cm a 25°C. Sería necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una película de agua de 1 cm. De largo. Por lo que la tensión superficial forma una membrana invisible en la cual cualquier objeto que no logre romperla se mantendrá n la superficie del agua.

Se puede disminuir la tensión superficial al incrementar la temperatura del agua, debido a que se disminuye la fuerza intermolecular, ocasionando un aumento de volumen del agua por el estiramiento de las moléculas, por lo que, en la práctica, el agua caliente es uno de los mejores agentes de limpieza, porque la menor tensiónsuperficial, la hace mejorar como "agente de mojado", penetrando con más facilidad en los poros y fisuras.

Capacidad de Absorber Calor

Capacidad de Absorber Calor. El agua puede calentarse o enfriarse lentamente, lo que ayuda a mantener temperaturas estables en el clima y en los seres vivos.

Capilaridad del Agua

Capilaridad. El agua puede subir por tubos estrechos o por las raíces de las plantas, ayudando a transportar el agua hacia arriba.

Transparencia del Agua

Transparencia. El agua es clara, permitiendo que la luz pase a través de ella, lo que es importante para las plantas que viven en el agua.

Importancia del Agua

El agua es esencial para la vida y juega un papel fundamental en la salud humana. Su consumo adecuado no solo previene enfermedades, sino que también asegura el correcto funcionamiento de los órganos, regula la temperatura corporal y facilita procesos metabólicos vitales. El acceso a agua potable de calidad es un derecho humano reconocido por la ONU, y su escasez puede agravar problemas de salud, como la propagación de enfermedades infecciosas y la desnutrición. La Organización Mundial de la Salud establece que el agua destinada al consumo debe estar libre de patógenos, sustancias químicas nocivas y material radioactivo. La cantidad necesaria varía según la actividad física, el clima y la salud general, aunque se recomienda un promedio de entre 2 y 3 litros al día.

Promover la educación sobre la conservación y el uso responsable del agua es crucial, especialmente en comunidades que carecen de este recurso, para asegurar el bienestar de la población y proteger el medio ambiente.

Composición del Agua en el Ser Humano

La cantidad de agua en el cuerpo humano varía con la edad, el sexo y el estado de salud. En los recién nacidos, el agua puede representar hasta el 75% del peso corporal, mientras que en las personas mayores baja a un 55%. En adultos, la media es del 60%. Esta disminución con la edad resalta la necesidad de una adecuada hidratación a lo largo de la vida.

Funciones Biológicas del Agua en el Ser Humano

Función Estructural del Agua

Función Estructural El agua es crucial para la estructura de las células y tejidos. En las células proporciona turgor , que es la presión interna que mantiene la forma celular. Esto es especialmente importante en células vegetales, pero también en ciertos tipos de células humanas. Además, el agua forma parte de la matriz extracelular que proporciona soporte y forma a los tejidos. Sin suficiente agua, las células pueden deshidratarse y perder su funcionalidad, afectando así la integridad de los órganos y sistemas del cuerpo.

Función Disolvente del Agua

Función Disolvente El agua es conocida como el "disolvente universal" debido a su capacidad para disolver una amplia variedad de sustancias. En el cuerpo humano esto permite que los nutrientes como vitaminas y minerales se disuelvan y sean transportados a través de la sangre. La mayoría de las reacciones químicas que ocurren en el organismo tienen lugar en soluciones acuosas, lo que facilita la interacción entre moléculas y la formación de compuestos necesarios para la vida.

Función Reactivo Metabólico del Agua

Función Reactivo Metabólico El agua participa en muchas reacciones metabólicas esenciales. Por ejemplo, en la ingestión se utilizan reacciones de hidrólisis para descomponer macromoléculas