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1.3.1.1. Estructura química del agua

Estructura química del agua

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Su fórmula química es H2O, lo que significa que los dos electrones desapareados del oxígeno (1s2 2s2 2p4) enlazan con cada uno de los hidrógenos que componen la molécula.

La unión entre el átomo de oxígeno y los átomos de hidrógenos se realiza mediante enlaces covalentes, en los que cada átomo de hidrógeno de la molécula de agua comparte un par de electrones con el átomo de oxígeno (uno del átomo de hidrógeno y el otro del átomo de oxígeno).

Como hemos visto, el átomo de oxígeno es más electronegativo que el átomo de hidrógeno, por lo que los pares de electrones compartidos se ven atraídos con más fuerza por el oxígeno que por el hidrógeno. Esto hace que la molécula se comporte como un dipolo eléctrico, correspondiendo el polo positivo a los átomos de hidrógeno y el negativo, al átomo de oxígeno. La molécula de agua tiene carácter dipolar aunque no presenta carga eléctrica neta.

Esta polaridad favorece los enlaces entre moléculas de agua, permitiendo que el agua sea una sustancia muy cohesiva, ya que cada molécula de agua puede establecer cuatro puentes de hidrógeno con otras tantas moléculas.

Por otra parte, el oxígeno posee cuatro electrones más sin compartir, lo que tiene dos consecuencias:

  • La presencia de una carga negativa débil en la zona donde se sitúan los electrones no compartidos.
  • La geometría triangular que posee la molécula de agua, de manera que los átomos de hidrógeno forman con el oxígeno un ángulo de 104,5º.

También se pueden formar enlaces de hidrógeno entre el agua y otras moléculas polares distintas (alcoholes, aminas, etcétera).

Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces covalentes o los iónicos. Duran sólo unos instantes, pero se rompen y se forman constantemente, lo que mantiene las interacciones, permitiendo que las moléculas de agua se unan dotando de una gran cohesión interna al agua líquida.

Moléculas de agua unidas por enlaces de hidrógeno

By User Qwerter at Czech wikipedia: Qwerter. Transferred from cs.wikipedia; Transfer was stated to be made by User:sevela.p. Translated to english by by Michal Maňas (User:snek01). Vectorized by Magasjukur2 (File:3D model hydrogen bonds in water.jpg) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Castilla y León, Julio de 2019, opción B, cuestión 1.

Respecto al agua:

a) Dibuje cómo se forman los enlaces por puentes de hidrógeno entre dos moléculas de agua. ¿Por qué estas moléculas forman enlaces por puentes de hidrógeno? (1,0)

b) Indique 4 propiedades del agua que se deben a su tendencia a formar enlaces de hidrógeno (0,4)

c) Explique la diferencia entre ósmosis, difusión y diálisis. (0,6)

Madrid, Julio de 2019, opción A, cuestión 2

Con relación a la molécula de agua:

a) Describa la estructura de la molécula de agua. Explique su carácter dipolar y el tipo de interacciones que se establecen como consecuencia de su polaridad (1 punto).

b) Relacione dos propiedades físico-químicas de la molécula de agua con dos funciones biológicas que se deriven de ellas (1 punto).

Ideas fundamentales sobre la estructura química del agua

Cada molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por enlaces covalentes, compartiendo un par de electrones cada hidrógeno con el oxígeno.

Aunque la carga total de la molécula de agua sea neutra, como el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, el oxígeno atrae con más fuerza al par de electrones, por lo que esta parte de la molécula queda con cierta carga negativa, y la de los hidrógenos, con cierta carga positiva. Por eso el agua es dipolar.

Debido a que la molécula de agua es dipolar, con cargas positivas y negativas, se pueden establecer enlaces por puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua. Estos enlaces solo duran unos instantes y son mucho más débiles que los covalentes que constituyen la molécula de agua.

Los enlaces por puente de hidrógeno son los que permiten al agua tener propiedades que corresponderían a otras sustancias con mayor masa molecular. Por eso, a temperatura ambiente el agua se encuentra en estado líquido y no gaseoso, como ocurre con otras sustancias de masa molecular similar.

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