Clase 1El Agua I

Somos entre un 70 y 80% de agua. El agua está constituyendo el medio donde están todas las proteínas, todas las macromoléculas. Donde se determinan todos los organelos, tejidos, órganos… y si no entendemos el entorno, no vamos a entender la estructura, y si no sabemos la estructura no vamos a saber la función que tiene, que está basada en la estructura.Entonces esta clase tiene elementos esenciales como por ejemplo la comprensión de la fuerza y la naturaleza de la fuerza: está involucrada con las macromoléculas como biológicas y con el agua como solvente. Vamos a hablar también de solubilidad.Osmosis también es importante… y vamos a hablar del agua como reactante y qué es lo que pasa con la pérdida de protones y captura de protones por parte de moléculas que están disueltas en agua. Y por qué Hay aminoácidos y muchas otras moléculas que tienen esa capacidad de llegar y captar un protón y cuando se gana un protón, se gana una carga positiva, eso significa que la carga de la molécula cambia y las cargas tienen que ver con las interacciones, y tendrán que ver con un fármaco, con la modificación de una molécula, con el mecanismo de alguna molécula.

Esto es una tabla de puntos de fusión, calor de evaporización y ebullición. Recalqué el agua para que se den cuenta de las diferencias entre una sustancia y otra. Las unidades del punto de fusión y ebullición son las de temperatura que es en grados Celsius. Por qué estas unidades? Porque es a esa temperatura (punto de fusión) que el agua pasa de sólido a líquido. Entonces se dan cuenta que el punto de fusión del agua es 0ºC, y tenemos temperaturas negativas y muy negativas como es el caso del etanol. Hay uno que le gana en temperatura al agua y es el benceno; significa que al benceno le cuesta más pasar de sólido a líquido, o sea, hay que aplicar mucha energía. Y el que requiere menos energía es el butano. Qué tiene de característico el butano en comparación con el

agua, qué tiene de distinto: el butano no tiene OH; tiende a disociarse menos porque no tiene dipolo y tiende a ordenarse menos.Con una molécula ramificada se espera que esté menos asociada aún, menos ordenada. En el caso del butanol también es un hidrocarburo pero posee un OH, varía, entonces cuesta más disociar esta molécula, pasarla de estado sólido a líquido.El tamaño de la cadena entre más larga hace que sea más difícil separarla en electrolitos, y será que está como compactado (no se cumple siempre).Si se pierde el efecto del OH, se pierde el efecto del dipolo. Entre más apolar, menos dipolo. Todo esto funciona como hipótesis: es decir, como yo observo esto supongo que, pero no tiene un carácter muy predictivo.Ahora, el calor de evaporización en el agua, ya sea a una presión de 1 atm., o la que sea, cuesta bastante pasar el agua de estado líquido a gaseoso. Pero qué caracteriza al punto de ebullición, lo que hace que sea distinto al punto de evaporización, es que hay un equilibrio entre la presión atmosférica y la presión de vapor, o sea que no voy a lograr aumentar más la temperatura aunque aplique más calor. Hay un equilibrio en el que la temperatura no va a seguir aumentando, si aplico más calor lo único que voy a hacer es aumentar la cantidad de vapor generado; llega un punto en donde no puedo aumentar más la temperatura: se compensa la cantidad de calor con la cantidad de vapor.Y si subo a altura el punto de ebullición tendrá que bajar porque la presión es más baja y se calienta menos.Cuando se calienta más el agua y llega a 110º o más eso es que se sobrecalienta y no se alcanza el equilibrio, pasa todo muy rápido y no se formaron las burbujas que nosotros vemos a la temperatura que correspondería.La energía de vaporización es la cantidad de energía en Joule que uno tiene que invertir para que un gramo pase de estado líquido a gaseoso.

Joule = N x mEl calor es energía, y ese calor en qué lo estoy invirtiendo (en relación a lo anterior): en romper los enlaces para poder pasar el agua de líquido a gaseoso, estoy rompiendo interacciones.

El agua tiene otra propiedad: se forma por moléculas cargadas o con estructura de dipolo. Si la manchita es de algo cargado y tiene estructura de dipolo sáquenla con agua, sino no.Otra propiedad: el agua líquida es más densa que el agua sólida, sino no flotaría el hielo y adiós polo norte y polo sur, no habría vida submarina.La estructura que tiene el agua: un oxígeno, dos hidrógenos unidos covalentemente, es prácticamente tetraédrica, pero hay un desplazamiento de carga, los electrones del hidrógeno

están más bien en el oxígeno por la electronegatividad del oxígeno, y obtenemos un desplazamiento de cargas negativas hacia el oxígeno lo que da un dipolo, o sea, un extremo positivo con uno negativo. Además hay un diámetro característico de la molécula que está dado por el diámetro de la orbita, y que se puede ver en el modelo de llenado espacial, especial para indicar volúmenes de las moléculas, y realmente este es el espacio que ocupa la molécula de agua comparativamente con el

modelo que aparece de bolas y varillas (éste es especial para mostrar ángulos); con un modelo gano algo y pierdo algo, ambos son importantes.Y como son dipolos las moléculas de agua van a tender a interactuar entre sí, y como el oxígeno

es negativo va a tender a interactuar con el H de otra molécula de agua. Esta interacción no es tan fuerte como el enlace covalente. Los enlaces covalentes configuran orbitales comunes y eso hace muy fuerte la unión. Pero acá (figura) no hay orbitales comunes; esta es un vulgar, rasca, simple interacción electrostática por atracción de cargas.Y hay ángulos característicos que están dados en nanómetros, y la distancia entre el hidrógeno y el oxígeno.El diámetro de un glóbulo rojo es 10^-(6)mm mientras el diámetro del enlace covalente es mucho más enano. Sucede con la distancia entre el hidrógeno y el oxígeno que se forma un puente de hidrógeno

Entonces en el hielo todas estas moléculas se van a unir por puentes de hidrógeno. Hay una interacción a distancia de manera electrostática, no es que una molécula reciba a otra. Resulta que cada molécula de agua (hielo) puede interactuar con otras 4 moléculas de agua por enlaces de hidrógeno. Y este 4 es fácil de entenderlo: oxígeno es capaz de interactuar con 2 H y c/H interactúa con 1 oxígeno.Ahora en la estructura líquida, el agua interactúa en promedio con otras 3,4 moléculas de agua, lo que implica una unión más estrecha, porque el empaquetamiento obligado de unirse a 4 moléculas de agua, hace que se ocupe más espacio, y más volumen da menor densidad.A 4ºC es la temperatura en que el agua es más densa, porque está más empaquetada y al estar más empaquetada obliga al agua líquida a ser más densa. Si tú aplicas temperatura, aplicas calor rompes interacciones, pero hay una interacción óptima a cierta temperatura que es lo que sucede aquí: al aplicar ese calor rompes esas interacciones que se ven en el hielo de 1 es a 4,

ocupando menos volumen. Entonces la densidad del agua va a fluctuar entre la densidad del hielo que es la menor y la densidad del agua a 4º que es la mayor.Para explicar el 3,4 de enlace a la molécula hay que pensar precisamente que el enlace de hidrógeno tiene un tiempo de vida determinado. ¿Por qué algunas a 3 y otras a 4? Porque el enlace de hidrógeno tiene una vida media y se va deformando, y es menor que un nano segundo.

Al romper 1 enlace estoy entregando energía desde medio y el enlace absorbe energía a la vez. Cada vez que se forma un enlace entrego energía al medio. Al final se hace una especie de balance de la energía que se entrega y se absorbe.En el caso del ATP lo que se rompe es un enlace fosfoéster, y precisamente yo debería perder energía pero ese fosfato va a captar un hidrógeno y va a formar un nuevo enlace, y el oxigeno libre también puede unirse a un hidrógeno. formación de enlace covalente significa liberación de energía.

Y lo que pasa en el agua es que para pasar de sólido a líquido y de líquido a gaseoso lo que se obtiene es una pérdida de energía de las moléculas, y esto en términos energéticos nosotros lo expresamos como la entalpía y es negativa cuando el medio gana energía. Por lo tanto la entalpía es la energía que ganan las moléculas, porque si es negativa gana el medio y si es positiva gana calor la molécula. Entonces si se disuelve ác. Clorhídrico en el agua y meto mi mano se calienta mi mano porque mi mano es el medio. Si disuelvo sal en agua se enfría el agua porque estoy rompiendo enlaces, y el medio

perdió calor.

Para romper el enlace carbono-carbono covalente requiero más energía que para romper un miserable puente de hidrógeno.

El enlace de hidrógeno es 20 kJmol en agua líquida; el covalente es 348 kJmol. El calor de vaporización del agua es alto en comparación a otras moléculas que en ambos

casos se rompen en enlaces de tipo débil, y no comparamos con los que rompen enlaces covalentes.

Los cambios de calor o temperatura se hacen en el calorímetro y se hace experimentalmente.

Principio de la cocina a vapor: se devuelve energía al medio al formar nuevos enlaces de hidrógeno, y esa energía está generando la cocción del elemento.

Ahora, observemos la formación de puentes de hidrógeno menos comunes que se dan en los sistemas biológicos, por ejemplo en proteínas que tienen grupos funcionales capaces de interactuar con el agua. Entonces N, O, y H tienen una electronegatividad que les permite

hacer funcionar el pte de hidrógeno. En estos casos, va a haber un polo negativo dado por el grupo funcional y el H sera el positivo, y dps O será el negativo y H el positivo.

Acá vemos uniones entre aminoácidos de enlaces peptídicos y entre bases complementarias de DNA.

Las moléculas van a ir adaptándose para que la interacción sea óptima, o sea, que los grupos funcionales van a ir moviéndose, y las moléculas comprometiéndose a interactuar, y esto va a permitir entender interacciones como las de neurotransmisores y otras moléculas.

Direccionalidad del enlace de hidrógeno.

Respuesta de pregunta x: cuando se hidroliza el ATP pasamos a ADP más fosfato inorgánico, lo que necesitamos es que el ataque hidrofílico de los electrones… y lo que obtenemos es la hidrólisis de la molécula de agua, y se rompe el enlace, y al romperse el enlace se entrega energía de la molécula de agua. También se rompió el enlace del oxígeno con el fosfato, pero que no es tan compacto como el otro, entonces se obtiene una ganancia de energía del medio.ATP no se hidroliza en agua, REQUIERE ENZIMA, xq tiene una barrera energética alta.

El agua actúa como disolvente en moléculas polares llamadas hidrofílicas. Las moléculas apolare no tienen carga neta y son hidrofóficas. Es necesario no tener carga neta para ser apolar pero no es suficiente.Una molécula antipática posee una región hidrofóbica y una porción hidrofílica, por definición.Entonces en la figura tenemos moléculas polares y apolares.El glicerol es un trialcohol, forma los triglicéridos (apréndete la estructura).

El extremo apolar de la grasa es tan grande que pese a que tiene una región polar, es por definición apolar (lo apolar es > q lo polar).

Acá observamos la separación de los iones. La fuerza de atracciones entre los iones Cl- y Na+ se ve delimitada cuando uno pone un dipolo como la molécula de agua. Cuando este ocurre la carga negativa del Cl- se estabiliza por la carga + del agua, y una estabilización de la carga + de Na en torno al polo positivo del agua.

Esto lleva a que la ley de cullom hay que corregirla agregando un factor que se llama constante dieléctrica. No es que la ley de cullom no sirva, pero cuando se quiere aplicar a un disolvente como el agua, no hay vacío! Entonces una forma simple de calcular esto es inventar un parámetro D que se llama constante dieléctrica. Si hubiese vacío D valdría 1, pero al no tener vacío vemos que se D se eleva a 300 con un medio mucho más polar. El agua es de 80, mientras que la del metanol es 33 porque el agua es mucho más polar. Así que si yo tengo una constante dieléctrica muy grande, la fuerza tiende hacia 0.Entonces la constante dieléctrica da cuenta de la polaridad del medio y mientras más polar sea el disolvente mayor será la constante dieléctrica y más podrá disolver sustancias cristalinas iónicas.

Los gases no polares son poco solubles en agua.

La solubilidad en agua aumenta cuando aumenta la polaridad del compuesto.