Propiedades del agua y funciones I

1. GRAN DISOLVENTE

Funciones:

-Facilitar el intercambio de sustancias entre las células y el medio ya que pasan disueltas en ella.

-Medio de transporte

-Importante medio de reacción. Las reacciones metabólicas se realizan en medio acuoso

EL AGUAPROPIEDADES

SOLUBILIDAD

SOLUTO

DISOLVENTE (H2O)

DISOLUCIÓN (Mezcla homogénea) = DISOLVENTE + SOLUTO

DISOLVENTE UNIVERSAL

Cuando el agua líquida entra en contacto con algunas sustancias,

éstas se disuelven

SOLUTO

SOLUTO

SOLUTO

SOLUTO

+

++

++

+

+++

+

+

+

+

+

++

+

+

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--SOLUTO

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SOLUTO

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Para la disolución de los compuestos iónicos, los cationes establecen puentes de hidrógeno con el oxígeno de varias moléculas de agua y los aniones establecen puentes de hidrógeno con las cargas positivas de los hidrógenos de varias moléculas de agua. Así los iones pierden afinidad entre ellos y se rompe el enlace que los mantenía unidos. Como consecuencia la molécula se rompe y los iones pasan a formar parte de la estructura reticular del agua.

Disolución de compuestos iónicos

Las moléculas de agua presentan alta constante dieléctrica, es decir, tienden a oponerse a las atracciones electrostáticas entre los iones + y - . La capacidad del agua para separar iones es muy alta.A 20ºC la constante dieléctrica del agua es de 80; es decir, aniones y cationes se atraen con una fuerza 80 veces menor en el agua que fuera de ella.

En el agua se disuelven sales que son compuestos iónicos, pues los iones son atraídos fuertemente por los dipolos del agua que logran debilitar los enlaces iónicos hasta llegar al desmoronamiento de la red cristalina que los mantenía en estado sólido. La ruptura de los enlaces iónicos hace que los iones abandonen la red cristalina y pasen a la disolución donde quedan atrapados en la estructura reticular del agua, recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

La constante dieléctrica indica la fuerza con la que las moléculas de un disolvente mantienen separados a los iones de carga opuesta, a pesar de la atracción que existe entre ellos, y que permite que el compuesto iónico permanezca disuelto

Disolución de compuestos polares neutros de bajo peso molecular

En compuestos con grupos polares (-OH de alcoholes, azúcares y ácidos orgánicos y –NH2 de aa y bases nitrogenadas), el agua establece puentes de hidrogeno con dichos grupos, provocando su disolución. Por ejemplo, en el etanol y azúcares, los puentes de hidrógeno se forman entre los átomos del oxigeno del agua y los átomos de hidrógeno del grupo hidroxilo presentes en estos compuestos.

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Disolución de compuestos polares neutros de alto PM

• Sustancias polares de mayor PM, como por ejemplo el almidón o ciertas proteínas, que son macromoléculas, se dispersan en agua formando sistemas heterogéneos, como las dispersiones coloidales o las suspensiones, ya que el tamaño de las partículas dispersas supera el límite de las disoluciones. Los coloides o dispersiones coloidales pueden existir en dos estados, llamados estado de sol y estado de gel. En el estado de sol el agua actúa como fase dispersante y predomina ésta. La solución es más fluida. En el estado de gel, el sólido (macromolécula) forma redes en cuyos intersticios se ubican las moléculas de agua. Predomina la fase dispersante (sólido) frente a la dispersa (el agua). La solución es más viscosa.

• El paso de sol a gel es reversible y factores físicos o químicos pueden hacer que una solución pase de un estado a otro sin variar la cantidad de soluto. Estos factores pueden ser: La T, pH….. El paso de gel a sol puede volverse irreversible cuando se sobrepasa un límite de deshidratación. En estas condiciones las partículas de soluto se aproximan entre sí y el coloide se coagula.

Disolución de compuestos polares neutros de alto peso molecular

Soluto de bajo peso molecular: cristaloide

Soluto de alto peso molecular: coloide

DISOLUCIÓN: Mezcla homogénea. Soluto soluble. Las partículas son tan pequeñas que son incapaces de dispersar la luz y son invisibles al ojo y al microscopio.

DISPERSIÓN COLOIDAL: El soluto no es soluble. Las partículas que la forman se dispersan homogéneamente por todo el medio y no sedimentan en varios días. Son capaces de dispersar la luz. Cuando un rayo de luz atraviesa un coloide, éste presenta turbidez.

Carácter coloidal de la materia viva

En las disoluciones:

-sus partículas no forman geles-su viscosidad es baja-no son adsorbentes-son ópticamente vacías-no sedimentan por ultracentrifugación

PROPIEDADES DE LAS DISPERSIONES COLOIDALES

PROPIEDADES DE DISOLUCIONES:

Difusión, ósmosis, diálisis

Efecto Tyndall: el vaso de la derecha tiene agua con sal (disolución) el de la izquierda agua con gotas de leche (coloide). El haz de luz solo se ve en el coloide porque las partículas son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz.

Movimiento Browniano:Cuando se observa un coloide con microscopio que utiliza una luz intensa se observa que las partículas dispersas se mueven al azar en el dispersante en forma de zigzag por choques con las partículas del disolvente. En la disolución las partículas están en movimiento pero no se observa. Este movimiento de las partículas es el que impide que sedimenten cuando el coloide queda en reposo

Elevada adsorción:

Las partículas de los coloides tienden a adsorber iones sobre su superficie. Tales iones son de la misma carga para un mismo tipo de partículas, de forma que los agregados que se forman tienden a repelerse entre sí, contribuyendo a la estabilización del coloide.

Las moléculas no polares no pueden establecer puentes de hidrógeno con el agua, por lo que interrumpen la estructura reticular de ésta, que se organiza alrededor de cada molécula apolar y forma estructuras altamente organizadas en forma de jaulas. Esta nueva conformación de las moléculas de agua se llama clatrato. En el interior de cada jaula, las moléculas apolares repelidas por el agua incrementan su cohesión al

aumentar las fuerzas que las mantienen juntas, lo que se denomina interacción hidrofóbica.

Hidrocarburo negro en el centro

Disolución de moléculas hidrofóbicas

Con parte polar (afín al agua o hidrofílica) y parte no polar (hidrofóbica ya que rechaza al agua). Estas moléculas tienen un comportamiento especial en el agua, donde se disponen formando estructuras en forma de bicapas o micelas.

Disolución de moléculas anfipáticas

Función: El agua como disolvente en los seres vivos.-Necesaria para la realización de reacciones metabólicas.-Transporte

• El citoplasma es acuoso y las actividades metabólicas dependen de las sustancias disueltas que hay en él.

El agua como disolvente en los seres vivosEl agua permite que

las plantas tomen del suelo, gracias a las raíces, sales minerales disueltas.

La savia elaborada es una disolución de moléculas orgánicas que desde las hojas van al resto de la planta

Plasma: Permite que sustancias disueltas circulen por todo nuestro organismo (nutrientes, desechos, dióxido de carbono)

El corazón es una bomba que impulsa la sangre

CORAZÓN

El agua como disolvente en los seres vivos

El oxígeno se disuelve en el líquido que humedece el interior del alveolo y desde él pasa a las células del endotelio de la pared del alveolo para pasar a sangre

Orina: Agua con desechos celulares disueltos

El agua como disolvente en los seres vivos

Uno de los mecanismos que posee el hígado para desintoxicar el organismo es el conjunto de sistemas enzimáticos encargados de la biotransformación que introduce grupos polares (OH, NH2) en las moléculas tóxicas para hacerlas más solubles y por tanto más fácilmente eliminables por la sangre a través del riñón o bilis. Los tóxicos poco solubles en agua quedan en tejidos grasos más tiempo de forma que aumenta su acción nociva.

El agua disuelve oxígeno, necesario para los animales acuáticos

Branquias de un pez

Opérculo (bajo él están las branquias)

Agua con oxígeno (O2)

El agua como disolvente en los seres vivos

El agua disuelve el CO2 necesario para quelas algas haganla fotosíntesis

Algas

O2

CO2

El agua como disolvente en los seres vivos

2. ALTO CALOR ESPECÍFICO

Función:

Amortiguadora de cambios bruscos de temperatura en el organismo

El agua puede absorber gran cantidad de calor para romper puentes de hidrógeno. Una vez rotos, la temperatura se eleva al aumentar el movimiento de las moléculas. Por ello, la temperatura se eleva muy lentamente. Así se:

Amortigua los cambios bruscos de temperatura en los seres vivos. Aunque las reacciones celulares producen calor, la temperatura del ser vivo no aumenta:

Función de amortiguador térmico

• Otra de las propiedades inusuales del agua es su alto calor específico. El calor específico se define como la cantidad de calor que hay que entregar a 1 gramo de una sustancia para elevar 1 grado su temperatura. Si las fuerzas de atracción entre las moléculas de una sustancia son débiles, al absorber calor, rápidamente entrarán en agitación, produciendo un aumento de la temperatura. Si por el contrario, las fuerzas de atracción son fuertes, deberá entregarse una cantidad mayor de energía calórica para que las moléculas se separen y aumenten sus movimientos, con el consiguiente aumento de temperatura. Este último es el caso del agua, cuyas moléculas se mantienen fuertemente cohesionadas por los puentes de hidrógeno. Por eso el agua puede absorber grandes cantidades de calor sin que su temperatura aumente en forma significativa, o entregar grandes cantidades de calor sin que su temperatura descienda abruptamente. Por ejemplo, si se coloca una olla vacía sobre el fuego, pronto se pondrá al rojo, pero si se la llena de agua, en el mismo lapso, la temperatura del agua solo aumentará unos pocos grados. O la misma radiación solar impactando sobre el suelo arenoso y el agua, producirá un aumento de temperatura mucho más marcado sobre el suelo que sobre el agua. Un gramo de agua necesita 10 veces más calor que un gramo de hierro o 5 veces más calor que un gramo de arena para incrementar en el mismo valor su temperatura. Es decir, el agua tiene un calor específico igual a 10 veces el del hierro o 5 veces el de la arena. Con su alto calor específico, el agua posee un importante efecto moderador de la temperatura. Este efecto moderador no solo se pone en juego en el ambiente, sino también en el organismo, cuya mayor parte está constituida por agua.

• 3. ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN

Cantidad de calor que necesita la unidad de masa para pasar de líquido a gas sin aumentar su temperatura.

Para evaporar 1 gramo de agua se precisan 540 calorías a una temperatura de 20ºC.

ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN:

Es necesario romper primero los puentes de H y luego dotar a las moléculas de Energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar a vapor. Por tanto, para que el agua se evapore es necesario que absorba mucho calor.

Suministramos calor. 1º para romper puentes de H. 2º para dotar a las moléculas de suficiente E cinética y así pasar de fase líquida a vapor.

Agua líquida

En el estado gaseoso, las moléculas están muy separadas, y se mueven continuamente de un lado para otro.

Vapor de agua (gas)

Como la evaporación del agua líquida absorbe mucho calor (alto calor de vaporización), al evaporarse el sudor sobre la piel, disminuye la temperatura corporal.

Función termorreguladora.Refrigeración