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1.3.1.2. Propiedades y funciones del agua

Principales propiedades y funciones del agua

Las principales propiedades del agua son:

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.

Vídeo: 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.

El agua es termorreguladora por su elevado calor específico.

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

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

Aragón. Septiembre de 2003, opción B. Cuestión 2.- (1 punto)

Explique brevemente:

a) Las funciones biológicas del agua y las de las sales minerales

Andalucía. Septiembre de 2018, opción A, cuestión 1. (2 puntos).

Nombre y explique cuatro funciones del agua en los seres vivos

Comunidad Valenciana, Julio de 2018, opción A, cuestión 2.

Indica cuál o cuáles de las propiedades del agua son responsables de las siguientes características (4 puntos):

a) Se mantiene líquida entre 0º y 100 ºC

b) Participa en la termorregulación en los seres vivos.

c) Permite el ascenso de la savia por los conductos del xilema de las plantas.

d) Facilita la supervivencia de organismos acuáticos en ambientes polares.

Madrid, Junio de 2017, opción B, cuestión 3.

En relación con la base físico-química de la vida:

a) Asocie el número asignado a las siguientes propiedades del agua:

b) Ponga un ejemplo de cada una de las siguientes biomoléculas: glúcido con función de combustible metabólico, lípido con función de reserva energética, ARN con función estructural, proteína con función de defensa (1 punto).

País Vasco, Junio de 2018, opción A, cuestión 1.

El agua y sus propiedades:

a) Describe su estructura química y principales propiedades. (0,75 puntos)

b) Define los conceptos de "turgencia" y "plasmólisis" e ilústralos con un dibujo esquemático. Pon un ejemplo de cuándo se producen estos fenómenos en una célula. (1 punto)

c) ¿Qué significa que una sustancia sea hidrofilíca, hidrofóbica o anfipática? Razona tus respuestas. (0,25 puntos)

Extremadura, Julio de 2019, opción B, cuestión 1

Nombra cuatro propiedades del agua y relaciónalas con sus funciones biológicas (2 puntos)

Castilla y León, Junio de 2022, pregunta 1, parte a y b

a) Explicar el fundamento de la capacidad disolvente del agua. Indicar dos ejemplos de funciones biológicas del agua relacionadas con esta propiedad. (0,5)
b) Describir qué es un sistema tampón y poner un ejemplo. (0,5)

Madrid, Junio de 2022, pregunta B4

En relación con la molécula del agua:

a) Explique la polaridad de las moléculas de agua e indique a qué es debida (0,5 puntos).
b) ¿Qué interacción se produce entre las moléculas de agua? Indique una característica de esta interacción (0,5 puntos).
c) Indique y explique brevemente otras dos propiedades de esta molécula (1 punto).

Navarra, Junio de 2022, pregunta 4

a) Cita cinco propiedades fisico-químicas del agua y explica su importancia para los seres vivos.

b) ¿Qué pasaría si el medio interno de los seres vivos no fuera un sistema tampón?

País Vasco, Junio de 2022, opción 1A

En relación con las propiedades fisicoquímicas del agua:

a) Indique cuál es el origen de la polaridad de las moléculas de agua y qué tipo de interacciones establecen entre sí dichas moléculas a causa de la polaridad.

b) Cite dos funciones del agua relacionadas con su poder disolvente.

c) Explica brevemente la influencia de los cambios brusco de pH en las células. Indica qué tipo de disoluciones se utilizan para amortiguar dichos cambios.

Canarias, Junio de 2023, pregunta 1

1. El Instituto Geológico y Minero de España y el Consejo Insular de Aguas de La Palma, han firmado un convenio para evaluar los cambios producidos en las aguas subterráneas de la isla tras la erupción del volcán de Cumbre Vieja a finales de 2021. (Fuente: www.iagua.es, 2023)

a. Nombra tres funciones del agua que sean de importancia biológica.
b. ¿Qué es una solución isotónica?
c. ¿Qué es una solución tampón o amortiguadora?
d. ¿Qué significa que una molécula es anfipática?

La Rioja, Junio de 2023, pregunta 1

1.- Decimos que el agua tiene alto calor de vaporización y alto calor específico:

a) Explica qué son cada uno de estos conceptos. (0,5 puntos)
b) Explica su importancia para el mantenimiento de la homeostasis en los seres vivos. (0,5 puntos)

Galicia, julio de 2023, pregunta 1A

Haga un cuadro que relacione cuatro propiedades del agua con cuatro de las funciones que realiza en los seres vivos.

Ideas fundamentales sobre las propiedades y funciones del agua

Los enlaces por puentes de hidrógeno son los responsables de gran parte de las propiedades que tiene el agua. Estas propiedades del agua le permite realizar determinadas funciones.

Revisa el gráfico de la parte superior de la página.

A modo de esquema, algunas de las propiedades del agua y sus funciones son:

Repasando las propiedades y funciones del agua

Pregunta

¿Qué propiedad del agua permite que se mantenga la forma y el volumen de las células?

Respuestas

Baja tensión superficial.

Bajo calor específico.

Elevada cohesión.

Baja capacidad disolvente.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué propiedad del agua la hace actuar como un estabilizador térmico en los organismos?

Respuestas

Alta adhesión.

Elevado calor específico.

Alta ionización.

Baja cohesión.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es una función ecológica del agua relacionada con su densidad en estado sólido?

Respuestas

Aumento de la evaporación.

Mantenimiento de la vida bajo la superficie de lagos y mares.

Incremento de la salinidad en los océanos.

Facilitación de la formación de hielo.

Retroalimentación

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