El agua

Lic.TM Arturo Gonzales

Enlaces de hidrogeno

• Interacción entre un átomo de hidrógeno enlazado covalentemente en un grupo donador: O-H , N-H y un par de e- libres de un grupo aceptor: O=C- o N=.

• La capacidad de un átomo para actuar como donador de enlace de hidrógeno depende en gran medida de su electronegatividad.

Enlace puente de hidrogeno

Enlace puente de hidrogeno

• Los enlaces de hidrógeno son las interacciones no covalentes más fuertes y más específicas.

• La dirección del enlace de H y la longitud de enlace organizan la estructura bioquímica.

Longitud de enlace (nm) Comentario

0.28 +/- 0.01 Enlace de H formado en el agua.

0.29 +/- 0.01 Importante en las proteínas y ácidos nucleicos

0.31 +/- 0.02 Importante en las proteínas y ácidos nucleicos

Estructura del agua

• La mayoría de compuestos de bajo peso molecular son gases a TA° y sus puntos de ebullición son muy inferiores a los del agua.

Compuesto Peso molecular Punto de fusión(°C) Punto de ebullición(°C)

CH4 16.04 -182 -162

NH3 17.03 -78 -33

H20 18.02 0 +100

H2S 34.08 -86 -61

Estructura del agua

• Cada molécula de agua es simultáneamente un donador y un aceptor de enlace de H, y una muestra de agua es una red dinámica de moléculas unidas por enlaces de H.

• En el agua, los enlaces de H pasan a ser regulares y definidos, creando una red molecular tetraédrica rígida en la que cada molécula enlaza a otras mediante enlace de H.

Estructura del agua

• La estructura abierta de la red de hielo determina la mayor densidad del estado líquido en comparación del estado sólido.

• La alta viscosidad explica su elevada tensión superficial.

• Presenta una elevada constante dieléctrica, en consecuencia de su carácter dipolar. Lo cual conduce a una disminución de la fuerza electrostática efectiva entre 2 iones.

Propiedades físicas del agua

Propiedad Agua n-Pentano

Densidad (g/cm3) 0.997 0.626

Constante dieléctrica 78.54 1.84

Viscosidad (g/cm) 0.890 X 10-2 0.228 X 10-2

Tensión superficial 71.97 17

El agua como disolvente

Sustancias hidrófilas: polares y iónicas.a) Disolvente universal: tendencia a formar enlaces

de H y su carácter dipolar.b) Es un excelente disolvente para compuestos

iónicos. Forma capas de hidratación (energéticamente favorables). Elevada constante dielectrica.

c) La naturaleza dipolar favorece la disolución de moléculas orgánicas no iónicas, aunque polares como los fenoles, los esteres y las amidas.

Disolución del NaCl

El agua como disolvente

• Las moléculas hidrófobas, no forman capas de hidratación. En vez, forman estructurales regulares como “jaulas” llamadas clatrato, alrededor de las moléculas no polares.

• Se produce a costa de la disminución de la entropía.

Moléculas anfipáticas

• Son esquizofrénicos moleculares: parte de la molécula es hidrófila y parte es hidrófoba.

• Ej. Ácidos grasos y detergentes.• Forma micelas o vesículas bicapa.• Forman la base de la bicapa membranosa.

Ionización del gua

Ionización del agua y producto iónico

• El agua es una molécula fundamentalmente neutra con cierta tendencia a ionizarse.

• Puede actuar como base (OH-) y como ácido (H3O+).

• Un protón tiene mucha movilidad, salta de una molécula de agua a otra en 10-15 segundos.

H2O H+ + OH-

Ionización del agua y producto iónico

• El equilibrio de la reacción anterior se expresa mediante su producto iónico a 25°C.

[H+][OH-]=kw=1x10-14M2

• El producto iónico es una k, no puede variar independientemente.

[H+]=[OH-]=1x10-7M

Ionización del agua y producto iónico

Producto iónico del agua (Kw)

• Depende de la T°.• A la temperatura del cuerpo humano (37°C)

las [ ] de los iones H+ y OH- en una solución neutra son ambas 1.6 x 10-7M.

El pH

pH = -log [H+]pOH = -log [OH+]

14 = pH + pOH

Soluciones amortiguadoras

Constante de disociación

• La constante de equilibrio a menudo denominada constante de disociación se define como:

HA A + H+

Ka = [H+][A-]/ [HA]

• Cuanto más grande sea Ka, mayor es la tendencia del ácido a disociarse, es decir, más fuerte es el ácido.

pka = -logKa

• Los ácidos polipróticos son aquellos que por tener más de un protón, pueden tener distintos valores de pka.

Ecuación de Henderson-Hasselbach

Soluciones amortiguadoras

• Es un sistema que tiende a mantener el pH casi constante cuando se agregan pequeñas cantidades de ácidos (H+) o bases (OH-).

• Se prepara con un ÁCIDO DÉBIL y una SAL del mismo ÁCIDO o empleando una BASE DÉBIL y una SAL de la misma BASE.

Titulación de un buffer

• En el punto medio de la titulación, la mitad del ácido inicial se ha neutralizado. Esto significa que la mitad está aún presente en forma de ácido y que la otra mitad está presente como base conjugada; de ahí que [A-]/[HA] = 1.

• Entonces la ecuación de H-H se convierte en: pH = pka + log1 = pka

Soluciones Tampón

• En la gama de pH cercana al pka, el pH cambia solo ligeramente con cada incremento de base o de ácido añadido. En realidad, el punto en que el pH cambia menos con cada incremento de ácido o de base es precisamente el pka .Este es el principio sobre el que se basa el tamponamiento de soluciones con el empleo de mezclas de ácidos y bases débiles, técnica que se utiliza en prácticamente todos los experimentos bioquímicos.

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