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1.3.1.2. Propiedades y funciones del agua

Principales propiedades y funciones del agua

Gran poder disolvente

El agua es el disolvente universal, el que más sustancias puede disolver. El carácter dipolar del agua le permite disolver los compuestos polares y los compuestos iónicos.

  • Los compuestos polares (alcoholes, aldehídos, aminoácidos...) establecen enlaces de hidrógeno entre el agua y los grupos polares de estos compuestos. Recuerda que los compuestos polares no tienen carga eléctrica neta, pero tienen cargas eléctricas parciales debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos.
  • Los compuestos iónicos, como las sales minerales, se disuelven gracias a las atracciones electrostáticas que se establecen entre los dipolos del agua y los iones, formándose iones solvatados, o sea, rodeados de una capa de moléculas de agua o capa de solvatación. El agua se interpone entre los compuestos iónicos disminuyendo considerablemente la fuerza de atracción entre los iones, provocando su separación y, por tanto, su disolución.

Disolución de cloruro sódico

By Andy Schmitz (http://2012books.lardbucket.org/) [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons

Podemos clasificar las sustancias según su solubilidad en agua:

  • Hidrófilas: solubles en agua, como la sal común (compuesto iónico) y el azúcar (compuesto polar).
  • Hidrófobas: insolubles en agua., como las grasas y otras sustancias no polares.

La elevada capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes del agua:

  • Función de transporte: El agua es el principal medio de transporte de los organismos (sangre, savia bruta y elaborada).
  • Función metabólica y bioquímica: En el agua tienen lugar las reacciones bioquímicas propias de la vida (que se realizan entre moléculas disueltas en agua). Interviene en muchas reacciones químicas, como la hidrólisis (rotura de enlaces con intervención de agua) que se da durante la digestión de los alimentos, como fuente de hidrógenos en la fotosíntesis, etc.

Animación: Disolución de NaCl en agua.

Elevada fuerza de cohesión

Las moléculas de agua presentan una elevada cohesión interna debida a los puentes de hidrógeno. Las principales funciones que derivan de esta propiedad son:

  • Gran incompresibilidad. Hace falta mucha energía para aproximar dos moléculas de agua, lo que hace que el agua sea prácticamente incompresible, idónea como esqueleto hidrostático para dar volumen a las células, provocar la turgencia de las plantas, constituir el esqueleto hidrostático de anélidos y celentéreos, etc.
  • Función estructural. El volumen y forma de las células que carecen de membrana rígida se mantienen gracias a la presión que ejerce el agua interna. Al perder agua, las células pierden su turgencia natural, se arrugan y hasta pueden llegar a romperse (lisis).
  • Elevada tensión superficial. Su superficie opone una gran resistencia a romperse. Esto permite que muchos organismos vivan asociados a esa película superficial.

Tensión superficialBy Eclipse2009 (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Alta fuerza de adhesión

Esto hace que el agua se adhiera a la superficie del recipiente que lo contiene, y que la savia bruta ascienda por los tubos capilares.

La función que se deriva de esta propiedad, es el fenómeno de la capilaridad, que  depende tanto de la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los conductos como de la cohesión de las moléculas de agua entre sí.

Capilaridad

By MesserWoland [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5-2.0-1.0], via Wikimedia Commons

Elevado calor específico

El calor específico es la cantidad de calor que es necesario comunicar a un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura 1ºC.

Debido al elevado calor específico del agua, hace falta mucho calor para elevar su temperatura. Es capaz de absorber mucho calor sin que se aumente, apenas, su temperatura. También consecuencia de la formación de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, pues la energía se emplea en romper los puentes de hidrógeno, no en aumentar la temperatura por agitación molecular. Así, al comunicar una cierta cantidad de calor, la temperatura se eleva poco y, de la misma forma, al liberar energía por enfriamiento, la temperatura desciende más lentamente que en el caso de otros líquidos.

Esta propiedad le hace tener función termorreguladora, siendo un estabilizador térmico, manteniendo la temperatura del organismo relativamente constante, a pesar de las fluctuaciones ambientales.

Elevado calor de vaporización

Es necesaria mucha energía para que el agua se evapore, que pase de líquido a gas, pues es necesario romper los puentes de hidrógeno existentes en la fase líquida.

Los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua permiten que sigan unidas entre sí a una temperatura a la que otras moléculas, químicamente comparables, como el H2S o el NH3, están en estado gaseoso.

La función que se deriva de esta propiedad, junto con la anterior, es la termorreguladora, pues se consigue una disminución de la temperatura de un organismo al perder una cantidad de calor que es empleada en la evaporación del agua. Le permite eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua.

Como consecuencia de que el agua sea líquida a temperatura ambiente, el agua se emplea como medio fluido de transporte entre las diferentes partes de un organismo.

También tiene función mecánica amortiguadora, como en los vertebrados, que poseen en sus articulaciones bolsas de líquido sinovial que evita el roce entre los huesos.

Mayor densidad en estado líquido que en estado sólido

En el hielo, cada molécula de agua se une por cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas, formando una estructura más abierta que en estado líquido, estando más separadas. Esto hace que el hielo flote en el agua y que forme una capa superficial termoaislante que permite la vida, bajo ella, en ríos, mares y lagos. El agua alcanza su densidad máxima a 4ºC. Si el hielo fuera más denso que el agua, acabaría helándose toda el agua. La función que se derivaría de esta propiedad sería, entonces, ecológica.

Bajo grado de ionización

En el agua pura, a 25 ºC, de cada 551.000.000 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada, disociada en H+ y OH-, lo que hace que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja, concretamente 10-7 moles por litro ([H3O+] = [OH-] = 10-7).

Con estos bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido (se añade H3O+) o una base (se añade OH-), aunque sea en muy poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. Por eso, el agua tiene función amortiguadora, y el pH del agua pura es igual a 7.

Disociación del agua

By Sergi.vicente (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons

Animación: Ácidos, bases y pH.

 

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