AlcoholesEl alcohol es un compuesto de un alcano y agua, de éstas dos unidades estructurales el grupo ─OH da a los alcoholes sus propiedades físicas características y el alquilo es el que modifica, dependiendo de su tamaño y forma.El grupo ─OH es muy polar y capaz de establecer puentes de hidrógeno con sus propias moléculas, con moléculas neutras o con aniones, a lo que debe sus propiedades como punto de ebullición y solubilidad.Los puntos de ebullición aumentan conforme aumenta el tamaño del alcano unido al grupo funcional y disminuyen con las ramificaciones, sin embargo el punto de ebullición es muy alto en relación a los alcanos de igual peso molecular e incluso más altos que los de otros compuestos de polaridad considerable.La respuesta está en que los alcoholes, como el agua, son líquidos asociados y sus puntos de ebullición anormalmente elevados se deben a la mayor energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas.El enlace de hidrógeno es la atracción intermolecular más importante responsable del alto punto de ebullición del alcohol de dos átomos de carbono.  El hidrógeno del grupo hidroxilo del etanol está fuertemente polarizado debido a su enlace con el oxígeno y forma un enlace de hidrógeno con un par de electrones no enlazantes del átomo de oxígeno de otra molécula de alcohol.El agua y los alcoholes tienen propiedades similares porque contienen grupos hidroxilo que pueden formar enlaces de hidrógeno.  Los alcoholes forman enlaces de hidrógeno con el agua y varios de los alcoholes de masa molecular más baja son miscibles –solubles en cualquier proporción- con el agua. De forma similar, los alcoholes son mucho mejores disolventes que los hidrocarburos para las sustancias polares. Se pueden disolver cantidades apreciables de compuestos iónicos, como el cloruro de sodio, en algunos de los alcoholes de menor masa molecular.  Se dice que el grupo hidroxilo es hidrofílico, porque tiene afinidad por el agua y por otras sustancias polares.El grupo alquilo del alcohol es hidrofóbico –no tiene afinidad por el agua- porque se comporta como un alcano: no participa en los enlaces de hidrógeno ni en las atracciones dipolo-dipolo de un disolvente polar como el agua. A el grupo alquilo hace que el alcohol sea menos hidrofílico y es el responsable de la solubilidad de los alcoholes en disolventes orgánicos no polares.En marcado contraste con los hidrocarburos, los alcoholes inferiores son miscibles con el agua debido a que el grupo hidrófilo presenta el mismo enlace que ésta, pero a medida que el grupo lipófilo aumenta, disminuye la solubilidad del alcohol en agua.  Se considera que el límite de solubilidad está entre los 4 y 5 átomos de carbono para alcoholes primarios normales. La solubilidad en agua disminuye a medida que el grupo alquilo aumenta de tamaño.

Ácidos carboxílicosSon moléculas polares y al igual que los alcoholes pueden formar puentes de hidrógeno entre sí y con otros tipos de moléculas, por consiguiente los ácidos carboxílicos se comportan de forma similar a los alcoholes en cuanto a sus solubilidades: los primeros son miscibles con agua y los superiores son insolubles en ella; sin embargo son solubles en disolventes orgánicos menos polares.Los puntos de ebullición son aún más elevados que los observados en los alcoholes, cetonas u aldehídos, lo cual se debe a que las moléculas del ácido carboxílico forma u dímero, con enlace de hidrógeno estable,  El dímero contiene un anillo de ocho miembros con dos enlaces de hidrógeno, es decir, no se mantienen unidas por un puente de hidrógeno sino por dos.

                                               O···H  – O                                             //                 \                                    R –  C                   C – R        Dímero del ácido con enlaces                                             \                  //                o puentes de hidrógeno.                                               O – H···· O

Los ácidos que contienen más de 8 átomos de carbono generalmente son sólidos, a menos que contengan dobles enlaces.  La presencia de dobles enlaces en una cadena larga impide la formación de retículos cristalinos compactos, lo que hace que el punto de fusión sea más bajo. Los puntos de fusión de los ácidos dicarboxílicos son relativamente altos, ya que los dos grupos

carboxilo por molécula, las fuerzas de enlace de hidrógeno son particularmente fuertes en los diácidos; se requiere una temperatura alta para romper el retículo de los enlaces de hidrógeno del cristal y fundir el diácido.Los ácidos forman enlaces de hidrógeno con el agua, los de masa molecular pequeña –hasta 4 carbonos- son miscibles en agua.  A medida que la longitud de la cadena del hidrocarburo aumenta, la solubilidad en agua disminuye, de forma que los ácidos con más de 10 átomos de carbono son insolubles en agua.Los ácidos son muy solubles en los alcoholes, ya que forman enlaces de hidrógeno con ellos. Además, los alcoholes son menos polares que el agua, por lo que los ácidos de cadena más larga son más solubles en los alcoholes que en agua.  La mayoría de los ácidos carboxílicos son bastante solubles en disolventes relativamente no polares, como el cloroformo, ya que el ácido continúa existiendo en su forma dimérica en el disolvente no polar, es decir, los enlaces de hidrógeno del dímero cíclico siguen existiendo cuando el ácido se disuelve en un disolvente no polar.Los olores de los ácidos alifáticos inferiores progresan desde los fuertes e irritantes del fórmico y acético, hasta los abiertamente desagradables del butírico, valeriánico y caproico.  Los ácidos superiores tienen muy poco olor debido a sus bajas volatilidades.

AminasComo el amoníaco, las aminas son compuestos fuertemente polares y pueden formar puentes de hidrógeno intermoleculares, salvo las terciarias por no contener enlace nitrógeno-hidrógeno. Como el nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno, el enlace N-H es menos polar que el enlace O-H, por lo tanto, las aminas forman enlaces de hidrógeno más débiles que los alcoholes con masas moleculares similares. Las aminas primarias y secundarias tienen puntos de ebullición más bajos que los de los alcoholes, pero más altos que los de los éteres con masas moleculares parecidas.  Al no tener enlaces de hidrógeno, las aminas terciarias tienen puntos de ebullición más bajos que las primarias y secundarias de masas moleculares similares. tienen puntos de ebullición más altos que los compuestos no polares de igual peso molecular, pero inferiores a los de alcoholes y ácidos carboxílicos.Debido a los puentes de hidrógeno formados con el agua, las aminas menores son bastante solubles en agua y tienen solubilidad límite de unos 6 átomos de carbono, son solubles en disolventes menos polares como el éter, alcohol, etc.  La propiedad que quizás es más característica de las aminas es su olor a pescado en descomposición. Algunas diaminas tienen un olor particularmente desagradable.  Las siguientes aminas tienen nombres comunes que describen sus olores.                        NH2CH2CH2CH2CH2NH2                1,4-butanodiamina (putrescina)

            NH2CH2CH2CH2CH2CH2NH2         1,5-pentanodiamina (cadaverina)            Amidas y ÉsteresLa presencia del grupo C=O confiere polaridad a los derivados de ácidos.  Los cloruros, anhídridos de ácidos y los ésteres, tienen puntos de ebullición aproximadamente iguales a los aldehídos y cetonas de peso molecular comparable.  Las amidas primarias y secundarias  tienen puntos de ebullición bastante elevados, debido a su capacidad para establecer puentes de hidrógeno bastante estables.Los derivados de ácido son solubles en los disolventes orgánicos más utilizados como alcoholes, éteres, alcanos clorados e hidrocarburos aromáticos; sin embargo, los cloruros de ácido y los anhídridos no se pueden utilizar con disolventes como el agua y los alcoholes, ya que reaccionan con ellos.La solubilidad límite en agua es de 3 a 5 átomos de carbono para ésteres y de 5 a 6 carbonos para amidas.  Los derivados de ácidos son solubles en los disolventes orgánicos usuales.Los ésteres más volátiles tienen olores agradables y muy característicos, por lo que suelen emplearse en la preparación de perfumes y condimentos artificiales.  Los cloruros de ácidos tienen olores fuertes e irritantes, debido en parte a su rápida hidrólisis a HCl y ácidos carboxílicos.

Éteres y epóxidosDebido a que el ángulo del enlace C-O-C no es de 180 grados, los momentos dipolares de los dos enlaces no se anulan, en consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto.  A pesar de que los éteres no tienen el grupo polar hidroxilo de los alcoholes, son, sin embargo, compuestos polares. Esta polaridad –débil- no afecta apreciablemente a los puntos de ebullición de los éteres, que son similares a los de los alcanos de pesos moleculares comparables y mucho más bajos que los de los alcoholes isómeros.Por otra parte, los éteres presentan una solubilidad en agua comparable a la de los alcoholes.También son buenos disolventes para una gran cantidad de sustancias polares y no polares y sus puntos de ebullición, relativamente bajos, facilitan su separación de los productos de reacción por evaporación.  Los éteres no solvatan aniones tan bien como los alcoholes. Las sustancias iónicas con aniones pequeños –duros- requieren una fuerte solvatación para romper su enlace iónico, por lo que suelen ser insolubles en éteres.

Aldehídos y cetonasSon sustancias polares por lo que tienen puntos de ebullición más elevados que los compuestos polares de peso molecular comparable. No son capaces de formar puentes de hidrógeno debido a que solo tienen hidrógeno unido al carbono, por lo que sus puntos de ebullición son inferiores al de los alcoholes y ácidos carboxílicos comparables.  Los aldehídos y cetonas inferiores son solubles en agua, debido  tal vez a los puentes de hidrógeno formados con el disolvente; el límite de solubilidad es de hasta 5 carbonos, y los demás son solubles en compuestos orgánicos.

Tiol

En química orgánica, un tiol es un compuesto que contiene el grupo funcional formado por un átomo de azufre y un átomo de hidrógeno (-SH). Siendo el azufre análogo de un grupo hidroxilo (-OH), este grupo funcional es llamado grupo tiol o grupo sulfhidrilo. Tradicionalmente los tioles son denominados mercaptanos. Los métodos utilizados para sintetizar tioles son análogos a los utilizados para la síntesis de alcoholes y éteres. Las reacciones son más rápidas y de mayor rendimiento porque los aniones de azufre son mejores nucleófilos que los átomos de oxígeno.

Los tioles se forman cuando un haloalcano se calienta con una solución de hidrosulfuro de sodio

CH3CH2Br + NaSH calentada en etanol (ac.) + → CH3CH2SH + NaBr

Además, los disulfuros pueden reducirse fácilmente por agentes reductores como el hidruro de litio aluminio en éter seco o hidruro de boro litio, para formar dos tioles.

R-S-S-R' → R-SH + R'-SH

Fuerzas de orientación o de Keeson (dipolo-dipolo):

Este tipo de interacción aparece solamente entre moléculas polares. Además, son proporcionales a los valores de los momentos dipolares de las moléculas.

Esta interacción se produce por las atracciones electrostáticas que se producen entre la zona cargada negativamente de una molécula y la positiva de otra, lo que provoca que las moléculas se vayan orientando unas con respecto a otras.

Así, por ejemplo, si las moléculas polares constituyen un gas (por ejemplo SO2, HCl, etc.) y están sometidas a fuerzas de orientación de cierta importancia, este gas será fácilmente licuable. Al disminuir ligeramente la temperatura, decrece la

agitación térmica, los dipolos se orientan entre sí, las moléculas se asocian y se produce un estado más condensado (líquido).

Estas fuerzas de orientación influyen en el alejamiento del comportamiento ideal.

Fuerzas de dispersión o de London:

Son fuerzas muy débiles, aunque aumentan con el número de electrones de la molécula.

Todos los gases, incluyendo los gases nobles y las moléculas no polares, son susceptibles de ser licuados. Por ello deben de existir unas fuerzas atractivas entre las moléculas o átomos de estas sustancias, que deben ser muy débiles, puesto que sus puntos de ebullición son muy bajos.

Para visualizar la situación física, se puede considerar un átomo de gas noble. La distribución electrónica alrededor del núcleo positivo es esférica, de manera que no hay momento dipolar neto; pero, como los electrones están en movimiento, puede haber en cualquier instante un desbalance de la distribución electrónica en el átomo. Esto quiere decir que puede autopolarizarse momentáneamente. Este átomo polarizado induce un momento dipolar en el vecino, que a su vez crea el mismo efecto en sus vecinos y el efecto se va propagando por toda la sustancia.

Estos dipolos inducidos causan entonces que los átomos de los gases nobles o las moléculas no polares se atraigan mutuamente. En general, son proporcionales al nº de electrones por molécula, aunque también puede influir la forma de la molécula.

Otras fuerzas de van der Waals:

Otras fuerzas también incluidas en las de van der Waals son:

Fuerzas de inducción (dipolo-dipolo inducido). Donde una molécula polar induce un dipolo en otra molécula no polar; originándose, de esta forma, la atracción electrostática. Esta fuerza explica la disolución de algunos gases apolares (Cl2) en disolventes polares.

Fuerzas ion-dipolo. En este caso el ion se va rodeando de las moléculas polares. Estas fuerzas son importantes en los procesos de disolución de sales.

Dipolos inducidos

Este tipo de unión se produce cuando una molécula no polar redistribuye la concentración de los electrones (tiene la posibilidad de polarizarse) al acercarse una molécula polar, de tal forma que se crea una unión entre ambas moléculas. En este caso la molécula polar induce la creación de la molécula apolar en una molécula polar

Puentes de hidrogeno

Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej. Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno

Relaciones hidrofóbicas

Los aminoácidos con cadenas laterales no polares tienden a localizarce en el interior de la proteína, en donde se asocian con otros aminoácidos con cadenas laterales no polares para alcanzar la máxima estabilidad posible. En general los aminoácidos polares tienden a encontrares en la superficie de las proteínas. Este arreglo general está invertido en algunas proteínas de membrana que forman poros o canales, en donde los aminoácidos con cadenas laterales no polares están en contacto con los lípidos componentes de la bicapa lipídica de la membrana y los aminoácidos polares están en el centro de la molécula formando el poro hidrofílico o canal. Dentro de estas internaciones se encuentran las fuerzas de van der Waals.

Se dan entre las cadenas laterales de los aminoácidos hidrofóbico, estos aminoácidos suelen disponerse en el interior de la proteína, evitando de esta manera las interacciones con el agua. Este tipo de fuerzas hidrofóbicas intervienen en el correcto plegamiento de la proteína. Las uniones hidrofóbicas suelen darse en el interior, corazón hidrofóbico de la proteína, donde la mayoría de cadenas laterales puede asociarse estrechamente y se encuentran protegidas de las interacciones con el disolvente. Así la Pro198 y la Val200 son dos de los seis aminoácidos hidrofóbicos del modelo polipeptídico. Estos dos aminoácidos se asociación de manera estrecha

con las cadenas hidrocarbonadas de Leu209, Val121 y Trp207. Este tipo de interacciones ayudan a mantener la estructura tridimensional de las proteínas.

AGUA

Definición:

Sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro formando ríos, lagos y mares, ocupa las tres cuartas partes del planeta Tierra y forma parte de los seres vivos; está constituida por hidrógeno y oxígeno ( H2 O ). Es la única que se encuentra en la atmósfera en estado líquido, sólido y gaseoso. La mayor reserva de agua está en los océanos, que contienen el 97% del agua que existe en la Tierra. Se trata de agua salada, que sólo permite la vida de la flora y fauna marina. El resto es agua dulce, pero no toda está disponible: gran parte permanece siempre helada, formando los casquetes polares y los glaciales.

El agua cubre el 71 % de la superficie de la corteza terrestre.2 Se localiza principalmente en los océanos, donde se concentra el 96,5 % del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74 %, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales son el 1,72 % y el restante 0,04 % se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos

El cuerpo humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extracelular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos.

Componentes: Durante la condensación y precipitación, la lluvia o la nieve absorben de la atmósfera cantidades variables de dióxido de carbono, otros gases, así como pequeñas cantidades de material orgánico e inorgánico. Además, la precipitación deposita lluvia radiactiva en la superficie de la Tierra. En su circulación por encima y a través de la corteza terrestre, el agua reacciona con los minerales del suelo y de las rocas. Los principales componentes disueltos en el agua superficial y subterránea son los sulfatos, los cloruros, los bicarbonatos de sodio y potasio, y los óxidos de calcio y magnesio. Las aguas de la superficie suelen contener también residuos domésticos e industriales. Las aguas subterráneas poco profundas pueden contener grandes cantidades de compuestos de nitrógeno y de cloruros, derivados de los desechos humanos y animales. Generalmente, las aguas de los pozos profundos sólo contienen minerales en disolución. Casi todos los suministros de agua potable natural contienen fluoruros en cantidades variables

porque se ha demostrado que una proporción adecuada de fluoruros en el agua potable reduce las caries en los dientes.

Importancia médica:

Todos los procesos vitales que llevan a cabo los organismos vivos, requieren del agua y prácticamente es el origen de la vida. Los seres vivos aparecieron, evolucionaron y sobreviven gracias a las propiedades del agua. Aproximadamente el 70 % de nuestro cuerpo (Las 2 terceras partes de nuestro peso corporal) está conformado por agua, más de la mitad de esta agua, se encuentra dentro de nuestras células, el resto circula por nuestras venas y arterias bañando los tejidos. Es por ello, que no podemos estar sin beber agua más de 5 o 6 días sin poner en peligro la vida.Posibilita el transporte de los nutrientes a las células.

-Colabora con el proceso digestivo, en la respiración y en la circulación sanguínea.

-Es el medio de disolución de todos los líquidos corporales.

-Constituye el medio para expulsar los desechos a través de la orina, sudor y heces fecales.

-Permite la contracción y relajación de los músculos del cuerpo.

-Actúa como lubricante evitando el roce entre los órganos.

-Sus átomos de hidrogeno se incorporan a los compuestos orgánicos presentes en las articulaciones.

-Participa en el adecuado funcionamiento del cerebro y los nervios periféricos.

-Proporciona los minerales esenciales como calcio, magnesio y el flúor que fortalecen huesos y dientes.

-Contribuye a la regulación de la temperatura corporal.

-Ayuda a mantener los niveles adecuados de acidez en el cuerpo.

-Retarda los procesos de envejecimiento.

Los síntomas o molestias que se pueden presentar cuando una persona no ingiere suficiente agua son:

-Dolor de cabeza.

-Fatiga y debilidad.

-Mareos.

-Cambios de humor.

-Calambres.

-Dolores en los músculos

Cuando este estado persiste se presenta una deshidratación crónica que puede poner en peligro la vida y se presentan los siguientes signos o síntomas:

-Adormecimiento de las extremidades.

-Visión borrosa

-Dificultad para pasar alimentos.

-Taquicardia o pulso rápido.

-Piel enrojecida, seca y caliente.

-Pérdida del apetito.

-Pérdida de la audición

-Disminución en la cantidad de orina.

-Ausencia de lágrimas.

-Ojos hundidos

Al hidratar la boca, evita la gingivitis (inflamación de las encías), las caries y otras enfermedades de la boca, ya que aumenta la cantidad de substancias presentes en la saliva que controlan la placa dentó-bacteriana.

-Reduce el riesgo de desarrollar cancer de colon, vejiga, de mama, ya que una deficiente hidratación concentra una mayor cantidad de substancias toxicas y cancerígenas en estos órganos.

-Puede disminuir el riesgo de enfermedades cardiovasculares, porque mantiene una adecuada solubilidad de la misma.

-Disminuye las posibilidades de contraer infecciones virales como la gripe, influenza o infecciones bacterianas, ya que la adecuada hidratación de las mucosas que recubren la nariz, garganta y los bronquios dificulta la penetración de estos gérmenes.

Estados físicos naturales:

El agua se encuentra en nuestro planeta en los 3 estados físicos (sólido, líquido y gaseoso). En todos ellos, las moléculas son idénticas y las diferencias se deben al tipo de interacciones que existen entre ellas en cada caso. En el proceso de pasar de un estado a otro, se forman o se rompen enlaces intermoleculares (entre moléculas), mientras que los enlaces intramoleculares (dentro de la molécula) permanecen intactos, es decir se mantiene el mismo compuesto sin cambiar sus propiedades químicas, solamente cambia su estado físico.

Agua líquida: El agua líquida se comporta como el resto de los líquidos: tiene masa, ocupa un volumen determinado y se adapta al recipiente que la contiene. La estructura molecular del agua líquida es una red de puentes de hidrógeno, con moléculas que tienen cierta movilidad

Agua sólida: En el agua sólida las moléculas se ordenan de tal modo que ocupan mayor espacio que si estuvieran en estado líquido, presentando una estructura cristalina abierta. Esta es una característica única del agua; todos los demás líquidos al solidificarse contraen su volumen, en cambio en el agua se expande el volumen.

Vapor de agua: En el estado gaseoso las moléculas de agua se separan totalmente unas de otras, con lo cual los puentes de hidrógeno se anulan totalmente

Estructura molecular:

1. El agua es un compuesto químico inorgánico formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

2. Densidad : 999,97 kg/m³

3. Punto de ebullición : 100 °C

4. Masa molar : 18,01528 g/mol

5. Fórmula : H2O

6. Punto de fusión : 0 °C

7. Denominación de la IUPAC : Water, Oxidane

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

Las fuerzas intramoleculares, son aquellas que mantienen juntos a los átomos que forman una molécula. Estas fuerzas estabilizan a las moléculas individuales, mientras que las fuerzas intermoleculares son las responsables de las propiedades macroscópicas de la materia (densidad, punto de ebullición). Las fuerzas intermoleculares son más débiles que las intramoleculares, por ello se requiere menos energía para evaporar un líquido que para romper los enlaces de sus moléculas. Por ejemplo, para evaporar 1 mol de agua en su punto de ebullición se necesitan 41 KJ de energía y para romper los dos enlaces OH en 1 mol de agua se necesitan 930 KJ de energía.

Propiedades fisicoquímicas:

Acción disolvente.

El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua, es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

Calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

Elevada constante dieléctrica.

Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos, •Tiene una elevada constante dieléctrica que permite la disociación de la mayoría de las sales inorgánicas en el agua y permite que las disoluciones puedan conducir la electricidad (Quitando y poniendo el ratón sobre la figura superior se observan el efecto de la presencia de iones sobre la conductividad

Dipolo-dipolo

Sin embargo, la distribución de los electrones dentro de la molécula le da una asimetría eléctrica, de modo que los nucleos de hidrógeno aparezcan"desnudos". por eso el extremo donde está el hidrogeno se comporta como un polo positivo. a su vez, el oxigeno atrae a parte de los electrones de la molécula, comportándose como un polo negativo. así el agua, actuando como un dipolo, creará una capa de "hidratación" (solvatación) alrededor de los iones, que debilita, por la distancia que se establece, la fuerza de atracción entre ellos.

La interacción dipolo-dipolo es la observada entre un dipolo positivo de una molécula polar con el dipolo negativo de otra. En los enlaces covalentes polares, el átomo con mayor electronegatividad atrae los electrones hacia sí, formándose un dipolo negativo en torno al mismo. En el átomo con menor electronegatividad, el dipolo formado es de carga positiva, ya que cede parcialmente sus electrones. Las atracciones electrostáticas entre dipolos de carga contraria, de diferentes moléculas son las llamadas interacciones dipolo-dipolo.

-La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura.12 También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar

- La capilaridad se refiere a la tendencia del agua a moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles

-El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima del Everest, el agua hierve a unos 68 °C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100 °C. Del mismo modo, el agua cercana a fuentes geotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo

líquida.14 Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g.15

Calor latente de vaporización: Todo líquido tiene una temperatura a la que comienza a evaporase.

Cuando se entrega energía en forma de calor al líquido, ésta energía se utiliza para aumentar la temperatura del mismo. Cuando alcanza la temperatura de vaporización, la energía se utiliza para el cambio de estado de líquido a gaseoso, pero esta transformación no es istantanea. En ese momento estamos en presencia de vapor húmedo el agua se evapora a 100° c. energía térmica por unidad de masa necesaria para que una sustancia pase de la fase líquida a la fase gaseosa en la totalidad de su masa

Punto de congelación: diferencia entre los puntos de congelación de una solución y del disolvente puro, es la temperatura en la cual una sustancia en estado líquido pasa a encontrarse en estado sólido. En otras palabras: el punto de congelación es el momento en el cual un líquido se solidifica.

Densidad del agua: La densidad del agua a 4º C es 1g / mL. Durante el proceso de enfriamiento del agua desde los 100 ºC, se produce una contracción de volumen (aumenta la densidad) hasta llegar a la temperatura de 3,98 ºC (casi 4 ºC) en que alcanza su máxima contracción (máxima densidad), ya que al continuar enfriando, vuelve a dilatar su volumen (disminuye su densidad) hasta que se solidifica

Dilatación: dilatación irregular del agua, la dilatación es el cambio de dimensiones por la temperatura. En el caso de los líquidos tiene más sentido hablar de la dilatación volumétrica. Suelen aumentar el volumen con la temperatura. Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos. in embargo, el líquido más común, el agua, no se comporta como los otros líquidos. Se puede notar que, entre 0 y 4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se dilata por encima de los 4ºC, aunque no linealmente. Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se dilata en lugar de contraerse.

Equilibrio hídrico en el ser humano: Pérdidas diarias de agua:

En 24 horas, una persona adulta normal que vive en un clima templado y con una actividad física normal pierde entre 1.500 – 3.500 ml de agua. La suma de las pérdidas que ocurren a través de la piel y de los pulmones se denomina pérdidas insensibles ya que realmente no nos damos cuenta de que estamos perdiendo agua al respirar o por la piel. En conjunto, las pérdidas ocurren a través de 3 vías principales:

Orina y heces. Obviamente, es la vía que más lógica nos puede parecer. Por esta vía perdemos entre 700 -2.300 ml al día.

Piel. Por esta vía perdemos entre 400-600 ml diarios. Perdemos agua de forma activa, con la sudoración, y también de forma pasiva por el desplazamiento de las capas más profundas de la piel, que están más hidratadas, hacia las capas más superficiales, que están más secas.

Pulmones. Al contrario de lo que podamos pensar, a través de la respiración perdemos la misma cantidad de agua que perdemos a través de la piel, es decir, entre 400-600 ml diarios.

Ganancias diarias de agua: De igual manera, en 24 horas una persona adulta normal que vive en un clima templado y con una actividad física normal gana entre 1.500 – 3.500 ml de agua. Existen 2 vías por las que conseguimos agua diariamente, y estoy segura que una de ellas os sorprenderá:

El agua metabólica. Esta clase de ganancia no todo el mundo la conoce. Es al agua que se consigue de las reacciones del metabolismo en los procesos de respiración celular o el Catabolismo de las grasas, cantidad nada desdeñable.300-400 ml al día pero lógicamente no es suficiente

A través de la alimentación y bebiendo agua directamente. De esta manera es como conseguimos reponer la mayoría del agua que perdemos y depende mucho de la dieta. Su valor oscila entre los 1.300-3.100 ml diarios. Aquí es donde entra lo de “beber al menos 2 litros de agua al día”, porque únicamente con los alimentos que comemos y el agua metabólica no es suficiente para reponer las pérdidas.

Distribución entre los compartimientos del cuerpo

El agua se distribuye por el cuerpo entre dos compartimientos principales: intracelular y extracelular. El compartimiento intracelular es el mayor, y representa aproximadamente dos tercios del agua corporal. El compartimento extracelular, que representa aproximadamente un tercio del agua corporal, incluye el líquido plasmático y el líquido intersticial . El líquido plasmático y el líquido intersticial tienen una composición electrolítica similar, donde los iones más abundantes son el sodio y el cloruro. También contienen agua otros compartimentos, tales como la linfa, el líquido ocular y el líquido cefalorraquídeo, por ejemplo. Estos compartimentos componen un volumen relativamente pequeño de agua, y suele considerarse que forman parte del líquido intersticial

Agua solvente natural: La solubilidad depende de las propiedades de un solvente que le permitan interaccionar con un soluto de manera más fuerte que como lo hacen las partículas del solvente unas con otras. Es de todos conocido que el agua es “el solvente universal”, pero esto no es del todo cierto; el agua ciertamente disuelve muchos tipos de substancias y en mayores cantidades que cualquier otro solvente. En particular, el carácter polar del agua la hace un excelente solvente para los solutos polares e iónicos, que se denominan hidrofílicos

Regulador térmico: El agua absorbe grandes cantidades de calor de una manera que no presentan mucha variación. Debido a las propiedades inherentes en el agua, la temperatura del cuerpo sufre poca variación en el curso de entrada o salida de calor, una vez que todos los seres vivos son compuestos por elevados índices de agua

Transporte: El papel del agua como vehículo de transporte es una consecuencia directa de su capacidad disolvente. Por esta función se incorporan los nutrientes y se eliminan los productos de desecho a través de las membranas celulares o se distribuyen en el organismo por medio de la sangre, la linfa o la savia

Transpiración: Este fenómeno fisiológico natural permite mantener la temperatura interna del organismo a 37 'C, Otra función importante de la transpiración es eliminar las toxinas y desechos del organismo.

Amortiguador del pH: Los electrolitos son los diversos minerales que existen dentro de la sangre, además de otros líquidos corporales. Algunos electrolitos son: calcio, yodo, cloruro, magnesio, potasio, entre otros. Es importante que estos se mantengan dentro de sus rangos normales, de no ser así estos pueden afectar la cantidad de agua del cuerpo, la acidez (pH), además de la acción de los músculos. Es importante mantener un equilibrio de electrolitos en el cuerpo, debido a que ellos afectan la cantidad de agua corporal, la acidez de la sangre (pH), la acción de los músculos y otros procesos importantes

Potencial de hidrogeniones (pH):

El potencial de hidrógeno, pH, es el término que nos indica la concentración de iones hidrógeno en una disolución. Se trata de una medida de la acidez de la disolución. El término (del francés pouvoir hydrogène, 'poder del hidrógeno') se define como el logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, H+, cambiado de signo:

pH = -log [H+]

Una de las constantes homeostáticas más importantes del organismo es la relacionada con el equilibrio en las concentraciones de los hidrogeniones (H+) y los hidroxilos (OH-), constituyentes fundamentales del agua, considerada como el solvente universal ideal.

Cuando la cantidad de hidrogeniones es igual a la cantidad de hidroxilos, estamos hablando del agua pura. Si la solución acuosa presenta una mayor concentración de hidroxilos que de hidrogeniones, estaremos ante una solución alcalina (o base) y cada vez más alcalina, entre mayor cantidad de hidroxilos disueltos presenta la solución. La relación entre los hidrogeniones y los hidroxilos determina lo que se denomina la reacción activa de la solución.

Escala: ácidos y álcalis

Las bases o sustancias alcalinas son aquellas cuyo pH es mayor a 7, entre ellas podemos contar a los hidróxidos de sodio, hidróxidos de potasio, algunos productos de limpieza como el cloro, también llamado legía, (el ácido clorhídrico es en realidad una base, pero se le contó erróneamente entre los ácidos), el bicarbonato de sodio, la leche, la sangre, el jabón los antiácidos estomacales y el agua marina también son bases. Las bases dependiendo de la concentración que exista en una disolución presentan una consistencia jabonosa al tacto.

Los ácidos son compuestos químicos que al reaccionar con otros compuestos o elementos liberan iones de hidrógeno los que reaccionan con la sustancia con la que entren en contacto corroyéndola. Usualmente se encuentran en estado líquido o gaseoso, aunque hay algunos ácidos que se hallan en estado sólido como el ácido benzoico. Se dividen en dos grupos principales, los ácidos minerales o inorgánicos y los ácidos orgánicos y a su vez los ácidos inorgánicos se dividen en hidrácidos y en oxácidos. Podemos contar entre ellos a los ácidos, sulfúrico, cítrico, acético y el acetilsalicílico entre otros.

Sistemas tampón fisiológicos

Niveles de pH en el cuerpo humano

Muchas biomoléculas no actúan a un determinado valor de pH y solo toleran fluctuaciones mínimas en el pH. Dado el bajo grado de ionización del agua (H2O), cuando añadimos en ésta una pequeña cantidad de ácido o de base, el pH varía en mucha cantidad, llegando a niveles de pH en los cuales las biomoléculas no podrían cumplir sus funciones. Por esta razón los líquidos fisiológicos contienen tampones que, a diferencia del agua, mantienen el pH constante.

Los tampones mantienen la cantidad de ácidos y de bases en equilibrio en un determinado pH en el cual la actividad biológica de las proteínas, hormonas, enzimas, bombas de iones... sea óptima. En humanos, los valores compatibles con el mantenimiento de funciones vitales son de pH entre 6,8 y 7,8; siendo el intervalo de 7,35 a 7,45 el de normalidad. En concreto, podemos decir que cada líquido fisiológico tiene un nivel característico normal de pH:

Sangre arterial: pH= 7,4

Sangre venosa: pH= 7,35

Líquido intersticial: pH= 7,35

Líquido intracelular: pH= 6 - 7,4

Orina: pH= 4,5 - 8

HCl gástrico: pH= 0,8

Los tampones son los primeros responsables de mantener estos niveles de pH constantes aunque en el organismo se produzcan altas cantidades de ácidos debido al metabolismo. Así, los tampones son el primer nivel de defensa contra los cambios de pH. También contribuyen al equilibrio la regulación respiratoria (segunda línea de defensa) y la regulación renal (tercera línea de defensa). Cuando hay alteraciones debidas a enfermedades de los riñones, pulmones o por diabetes mellitus, el pH se ve alterado y se padece acidosis (pH<7,37) o alcalosis (pH>7,43).

Las causas principales de acidosis son: insuficiencia renal, acidosis tubulorrenal, cetoacidosis diabética, acidosis láctica, sustáncias tóxicas (etilenglicol, salicilato (en sobredosis), metanol, paraldehido, acetazolamida o cloruro de amonio. Las causas principales de alcalosis son: uso de diuréticos (tiacidas, furosemida, ácido etacrínico), pérdida de ácido causada por vómitos o aspiración del contenido del estómago, glándulas suprarrenales hiperactivas (síndrome de Cushing o utilitazación de corticosteroides).

Estas alteraciones pueden rendir su efecto en la primera, la segunda o la tercera línea de defensa; impidiendo así el funcionamiento de todos los mecanismos complejos que mantienen los niveles de pH a niveles adecuados.

Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora es la mezcla en concentraciones relativamente elevadas de un ácido débil y su base conjugada, es decir, sales hidrolíticamente activas. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital

importancia, ya que meramente con un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula se puede producir un paro en la actividad de las enzimas.

Se puede entender esta propiedad como consecuencia del efecto ion común y las diferentes constantes de acidez o basicidad: una pequeña cantidad de ácido o base desplaza levemente el equilibrio ácido-base débil, lo cual tiene una consecuencia menor sobre el pH.1 Cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, el cual dependerá de la constante de equilibrio del ácido o base empleado. Son importantes en el laboratorio y en la industria, y también en la química de la vida. Tampones típicos son el par amoníaco-catión amonio, ácido acético-anión acetato, anión carbonato-anión bicarbonato, ácido cítrico-anión citrato o alguno de los pares en la disociación del ácido fosfórico.

ACIDOSIS RESPIRATORIA

Se debe a una disminución de la ventilación alveolar con elevación de la PaCO2 por cualquiera de los mecanismos analizados en el capítulo 9. El aumento de la PaCO2 determina un aumento de H2CO3 y un incremento en iones H+ con caída del pH, que disminuye en 0,07 unidades por cada 10 mmHg que sube la PaCO2. Como mecanismo compensatorio el riñón elimina H+ y retiene aniones bicarbonato, con lo que, al cabo de 24 horas, el pH comienza a subir. El equilibrio isoeléctrico se mantiene eliminando aniones cloro. Como ya se dijo, la compensación no es total, ya que el pH no llega a valores normales excepto en trastornos muy leves.

ALCALOSIS RESPIRATORIA

Es el trastorno opuesto al anterior, ya que se produce por un aumento de la ventilación alveolar, el que puede ser causado por múltiples mecanismos (capítulo 9).

La disminución de la PaCO2 determina una caída de la concentración de H2CO3 con descenso en hidrogeniones y aumento de pH. Como mecanismo compensatorio, el riñón elimina bicarbonato, con lo cual el pH se normaliza al cabo de 24 a 72 horas. Nótese que éste es el único trastorno del equilibrio ácido básico que se puede compensarse a pH dentro del rango normal, aún en casos de trastornos acentuados

ACIDOSIS METABOLICA

El análisis detallado de todos los mecanismos y causas de las alteraciones de origen metabólico escapa al propósito de este capítulo, motivo por el cual sólo se revisarán los aspectos más relevantes desde el punto de vista respiratorio.

Las acidosis no respiratorias o "metabólicas" se pueden producir por cuatro mecanismos principales:

a) Exceso de producción de hidrogeniones, cuyas causas más frecuentes son la ketoacidosis diabética y la acidosis láctica en casos de shock.

b) Intoxicación con substancias cuyo metabolismo produce ácidos, tales como salicilatos y alcohol metílico.

c) Pérdida excesiva de bicarbonato por vía digestiva (diarrea profusa) o urinaria.

d) Falta de eliminación de ácidos fijos en insuficiencia renal que es, probablemente, la causa más frecuente.

ALCALOSIS METABOLICA

Si a un individuo normal se le administra una carga de bicarbonato de sodio, se produce un alza del pH de corta duración, ya que el riñón es capaz de responder rápidamente eliminando el exceso de bicarbonato. Así, para que una alcalosis metabólica se mantenga en el tiempo son necesarias dos condiciones:

1. Una pérdida continua de hidrogeniones o ingreso mantenido de bases. La pérdida de H+ puede deberse entre otras causas a vómitos o sondas nasogástricas, como también al uso excesivo de diuréticos. El ingreso exagerado de bases puede deberse a administración terapéutica de bicarbonato o de sustancias como lactato (soluciones endovenosas), acetato (diálisis) y citrato (transfusiones).

2. Una alteración en la función renal que impida la excreción de bicarbonato. Ésta puede deberse a las siguientes condiciones:

a) Hipovolemia: en estos casos prima la reabsorción de Na+, ión que se reabsorbe junto con bicarbonato. Si no se corrige la hipovolemia, la alcalosis persiste a pesar de que haya cesado la pérdida de H+ o el ingreso de bases.

b) Aumento de mineralo-corticoides (aldosterona) como en el síndrome de Cushing. En estos casos hay retención de Na+ con pérdidas exageradas de H+ y K+, que impiden la eliminación de bicarbonato. En ellos es necesario corregir la hipokalemia o el hiperaldosteronismo para normalizar el pH.

c) Hipokalemia: en estos casos hay una pérdida exagerada de H+ por la orina que impide compensar la alcalosis.

d) Hipocloremia: cuando este anión disminuye aumenta el bicarbonato para mantener el equilibrio isoeléctrico. Lo inverso también es cierto y, cuando se retiene bicarbonato para compensar una acidosis respiratoria, el Cl baja. Es importante tener presente este punto durante la corrección de la acidosis respiratoria, ya que si no se suministra Cl al paciente, llega el momento en que el bicarbonato acumulado durante la compensación no puede seguirse eliminando, ya que debe mantenerse el equilibrio isoeléctrico. Con ello se produce una alcalosis que inhibe la ventilación, imposibilitando la corrección total de la acidosis respiratoria.

Electrolitos y minerales:

Los electrolitos son sustancias que en estado líquido o en solución conducen la electricidad por el movimiento de sus iones, Los electrolitos (iones que pueden conducir la corriente eléctrica) se forman cuando se disuelve un soluto iónico en agua; este se disocia en iones positivos (cationes) y en iones negativos (aniones) que, por tener cargas diferentes, pueden conducir la corriente eléctrica. Un electrólito es un mineral que está en los líquidos del organismo y que tiene una carga eléctrica. A menudo se considera que los electrólitos son los iones libres de sodio Na+, potasio K+,

calcio Ca2+, fósforo P3-, magnesio Mg2+, etc. Los iones tienen un pequeño potencial eléctrico que los caracteriza y que permite la conducción de corriente eléctrica.

Minerales: son elementos químicos imprescindibles para el normal funcionamiento metabólico, componentes inorgánicos de la alimentación, es decir, aquéllos que se encuentran en la naturaleza sin formar parte de los seres vivos, ayudan a la formación de huesos, la producción de hormonas y la regulación de los latidos cardíacos.

Clasificación de los electrolitos:

Electrolitos Fuertes: los que se ionizan totalmente en solución acuosa al pasar corriente eléctrica como las ácidos, como H2SO4, HCl, HNO3,

Algunas sales iónicas como el NaCl, LiCl, KCl,

Electrolitos débiles: Son los que se ionizan parcialmente en sol. acuosa y pueden ser los acidos débiles como el CH3COOH acido acético, o vinagre, el CH3CH2CH2OH,el alcohol, que son muy débiles y son orgánicos, y el H2O que presentan enlaces covalentes

No electrolitos: De plano son las sustancias que no conducen lan corriente eléctrica ni sae disocian en sol. acuosa como el azucar, la madera, el vidrio etc.

Los electrolitos tienen muchas funciones. Juegan un papel importante en el mantenimiento del balance hídrico y están involucrados en la actividad eléctrica de las células musculares y nerviosas. Las alteraciones de los electrolitos tienen diversos efectos consiguientes, que van desde hiperhidratación debida a cambios desordenados de la actividad nerviosa hasta arritmias cardiacas y coma. Como los síntomas no suelen indicar claramente anormalidades de los electrolitos, a menudo sólo mediante un análisis de sangre se puede confirmar la enfermedad. En algunos casos, esta enfermedad también se puede detectar con un electrocardiograma (ECG).