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3.11: Propiedades bioquímicas del agua - Biología

3.11: Propiedades bioquímicas del agua - Biología



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La canica azul

A menudo se le llama el "planeta del agua" y se le ha dado el sobrenombre de "la canica azul". Probablemente lo llames "hogar". Casi las tres cuartas partes de nuestro planeta de origen están cubiertas por agua, y sin ella, la vida tal como la conocemos no podría existir en la Tierra. El agua, como el carbono, tiene un papel especial en los seres vivos. Es necesario para todas las formas de vida conocidas. Aunque el agua consta de moléculas simples, cada una de las cuales contiene solo tres átomos, su estructura le confiere propiedades únicas que ayudan a explicar por qué es vital para todos los organismos vivos.

Estructura química y propiedades del agua

Probablemente ya esté familiarizado con muchas de las propiedades del agua. Por ejemplo, sin duda sabe que el agua es insípida, inodoro y transparente. En pequeñas cantidades, también es incoloro. Sin embargo, cuando se observa una gran cantidad de agua, como en un lago o en el océano, en realidad es de color azul claro. El tono azul del agua es una propiedad intrínseca y es causado por la absorción selectiva y la dispersión de la luz blanca. Estas y otras propiedades del agua dependen de su estructura química.

La transparencia del agua es importante para los organismos que viven en el agua. Debido a que el agua es transparente, la luz solar puede atravesarla. Las plantas acuáticas y otros organismos acuáticos necesitan la luz solar para la fotosíntesis.

Estructura química del agua

Cada molécula de agua consta de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, por lo que tiene la fórmula química H2O. La disposición de los átomos en una molécula de agua, que se muestra en la Figura ( PageIndex {2} ), explica muchas de las propiedades químicas del agua. En cada molécula de agua, el núcleo del átomo de oxígeno (con 8 protones cargados positivamente) atrae electrones con mucha más fuerza que los núcleos de hidrógeno (con solo un protón cargado positivamente). Esto da como resultado una carga eléctrica negativa cerca del átomo de oxígeno (debido al "tirón" de los electrones cargados negativamente hacia el núcleo de oxígeno) y una carga eléctrica positiva cerca de los átomos de hidrógeno. Una diferencia en la carga eléctrica entre diferentes partes de una molécula se llama polaridad. A Molécula polar es una molécula en la que parte de la molécula está cargada positivamente y parte de la molécula está cargada negativamente.

El agua es un buen solvente

El agua se considera un muy buen disolvente en las reacciones bioquímicas. La figura ( PageIndex {3} ) ilustra cómo el agua disuelve las sales. La sal de mesa (NaCl) consiste en un ión de sodio con carga positiva y un ión de cloruro con carga negativa. El oxígeno del agua es atraído por el ion Na positivo. Los hidrógenos del agua son atraídos por el ion Cl negativo.

Enlaces de hidrógeno

Las cargas eléctricas opuestas se atraen entre sí. Por lo tanto, la parte positiva de una molécula de agua es atraída por las partes negativas de otras moléculas de agua. Debido a esta atracción, se forman enlaces entre los átomos de hidrógeno y oxígeno de las moléculas de agua adyacentes, como se muestra en la Figura ( PageIndex {4} ). Este tipo de enlace siempre involucra un átomo de hidrógeno, por lo que se llama enlace de hidrógeno.

Los enlaces de hidrógeno también se pueden formar dentro de una sola molécula orgánica grande. Por ejemplo, los enlaces de hidrógeno que se forman entre diferentes partes de una molécula de proteína doblan la molécula en una forma distintiva, que es importante para las funciones de la proteína. Los enlaces de hidrógeno también mantienen unidas las dos cadenas de nucleótidos de una molécula de ADN.

Agua húmeda y pegajosa

El agua tiene algunas propiedades inusuales debido a sus enlaces de hidrógeno. Una propiedad es cohesión, la tendencia de las moléculas de agua a pegarse. Las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua son responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas en la superficie no tienen otras moléculas similares en todos sus lados y, en consecuencia, se cohesionan más fuertemente con aquellas directamente asociadas con ellas en la superficie. Por ejemplo, si deja caer una pequeña cantidad de agua sobre una superficie muy lisa, las moléculas de agua se pegarán y formarán una gota, en lugar de extenderse por la superficie. Lo mismo sucede cuando el agua gotea lentamente de un grifo que gotea. El agua no cae del grifo como moléculas de agua individuales, sino como gotas de agua. Las gotas de rocío de la Figura ( PageIndex {5} ) también ilustran la tendencia del agua a unirse en gotas.

Otra propiedad física importante del agua es adhesión. En términos de agua, la adhesión es la unión de una molécula de agua a otra sustancia, como los lados de las venas de una hoja. Este proceso ocurre porque los enlaces de hidrógeno son especiales porque se rompen y se reforman con gran frecuencia. Esta reordenación constante de los enlaces de hidrógeno permite que un porcentaje de todas las moléculas de una muestra determinada se unan a otra sustancia. Esta característica similar a un agarre que forman las moléculas de agua causa acción capilar, la capacidad de un líquido de fluir contra la gravedad en un espacio estrecho. Un ejemplo de acción capilar es cuando coloca una pajita en un vaso de agua. El agua parece trepar por la pajita incluso antes de que coloques la boca sobre la pajita. El agua ha creado enlaces de hidrógeno con la superficie de la pajita, lo que hace que el agua se adhiera a los lados de la pajilla. A medida que los enlaces de hidrógeno continúan intercambiándose con la superficie de la pajita, las moléculas de agua intercambian posiciones y algunas comienzan a ascender por la pajilla.

La adhesión y la acción capilar son necesarias para la supervivencia de la mayoría de los organismos. Es el mecanismo que se encarga del transporte de agua en las plantas a través de raíces y tallos, y en los animales a través de pequeños vasos sanguíneos.

Los enlaces de hidrógeno también explican por qué el punto de ebullición del agua (100 ° C) es más alto que los puntos de ebullición de sustancias similares sin enlaces de hidrógeno. Debido al punto de ebullición relativamente alto del agua, la mayor parte del agua existe en estado líquido en la Tierra. Todos los organismos vivos necesitan agua líquida. Por lo tanto, la disponibilidad de agua líquida permite que la vida sobreviva en gran parte del planeta.

Además, el agua tiene un calor específico alto porque se necesita mucha energía para subir o bajar la temperatura del agua. Como resultado, el agua juega un papel muy importante en la regulación de la temperatura. Dado que las células están compuestas de agua, esta propiedad ayuda a mantener la homeostasis.

La densidad del hielo y el agua

los punto de fusion de agua es 0 ° C. Por debajo de esta temperatura, el agua es un sólido (hielo). A diferencia de la mayoría de las sustancias químicas, el agua en estado sólido tiene una densidad más baja que el agua en estado líquido. Esto se debe a que el agua se expande cuando se congela. Nuevamente, el enlace de hidrógeno es la razón. Los enlaces de hidrógeno hacen que las moléculas de agua se alineen de manera menos eficiente en el hielo que en el agua líquida. Como resultado, las moléculas de agua están más espaciadas en el hielo, lo que le da al hielo una densidad más baja que el agua líquida. Una sustancia con menor densidad flota sobre una sustancia con mayor densidad. Esto explica por qué el hielo flota sobre el agua líquida, mientras que muchos otros sólidos se hunden hasta el fondo del agua líquida.

En una gran masa de agua, como un lago o el océano, el agua con mayor densidad siempre se hunde hasta el fondo. El agua es más densa a unos 4 ° C. Como resultado, el agua del fondo de un lago o del océano suele tener una temperatura de unos 4 ° C. En climas con inviernos fríos, esta capa de agua a 4 ° C aísla el fondo de un lago de las temperaturas bajo cero. Los organismos de los lagos, como los peces, pueden sobrevivir al invierno permaneciendo en este agua fría, pero descongelada, en el fondo del lago.

Revisar

  1. Describe la estructura de una molécula de agua. ¿Qué es la polaridad y por qué el agua es polar?
  2. Explica cómo la polaridad interna de la molécula de agua la convierte en un buen solvente.
  3. Explica cómo los enlaces de hidrógeno hacen que las moléculas de agua líquida se peguen.
  4. ¿Qué es la acción capilar? Dar un ejemplo.
  5. ¿Qué propiedad del agua ayuda a mantener la homeostasis y cómo?


Ver el vídeo: EL AGUA: características químicas, físicas y biológicas (Agosto 2022).