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ESTRUCTURA Y
PROPIEDADES DEL
AGUA
- Disolución de
Compuestos
- La polaridad de la molécula de H2O le permite tener
interacciones de tipo electrostático con muchas otras
especies químicas que tengan algún grado de polaridad; o
bien, con cargas eléctricas netas en sus átomos.
- En conjunto, estas interacciones posibilitan el hecho de que muchos
compuestos puedan mantenerse en difusión libre en una solución acuosa.
- Por otro lado, cuando una molécula polar se encuentra
en solución acuosa, las diferentes zonas parcialmente
cargadas de ésta interactúan con moléculas de agua
orientadas de forma adecuada para neutralizar las cargas
parciales.
- La capacidad del H2O para interactuar fuertemente con
los aniones y cationes hace posible que muchos
compuestos iónicos puedan disolverse en el agua. En la
disolución, los aniones quedan rodeados por moléculas de
agua con los átomos de hidrógeno proyectados hacia la
carga negativa, mientras que los cationes se rodean de
los oxígenos del agua.
- En conjunto, estas interacciones posibilitan el hecho de que muchos
compuestos puedan mantenerse en difusión libre en una solución acuosa.
- La polaridad de la molécula de H2O le permite tener
interacciones de tipo electrostático con muchas otras
especies químicas que tengan algún grado de polaridad; o
bien, con cargas eléctricas netas en sus átomos.
- Los Puentes de
Hidrógeno
- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA: Considera que el átomo de
oxígeno se encuentra en lo que se conoce como una hibridación tipo
sp2. De esa manera, dos de los orbitales sp2 participan en los enlaces
con los átomos de hidrógeno, mientras que, de los dos pares libres de
electrones, uno está asociado al tercer orbital sp2del oxígeno, y el par
remanente se encuentra asociado al orbital tipo p no hibridizado del
oxígeno.
- En un puente de hidrógeno, dos átomos con cargas parciales
negativas interactúan, atrayéndose de manera indirecta a través de
un átomo de hidrógeno de carga parcial positiva que funciona como
puente, y encuentra unido covalentemente a un átomo
electronegativo.
- En un dímero de moléculas unidas que conforman H2O se aprecia que el
átomo de hidrógeno de una de las moléculas es atraído por el oxígeno de
la otra molécula de agua, sirviendo así como un intermediario o puente
para la interacción entre los dos oxígenos.
- La rápida ruptura y formación de interacciones agua-agua hace que
exista una incesante fluctuación de la estructura interna del líquido. Junto
con la polaridad, esta dinámica hace que el agua sea un excelente fluido
para la realización de una gran diversidad de procesos químicos; en
particular, para aquellos que requieren la separación y la difusión de
especies químicas con cargas eléctricas netas o parciales.
- Muchos de estos procesos químicos tienen que ver con procesos
biológicos como la fotosíntesis, la síntesis de trifosfato de adenosina
(ATP), el movimiento de iones a través de las membranas celulares, entre
otros.
- Muchos de estos procesos químicos tienen que ver con procesos
biológicos como la fotosíntesis, la síntesis de trifosfato de adenosina
(ATP), el movimiento de iones a través de las membranas celulares, entre
otros.
- La energía asociada a la formación o ruptura de un puente de hidrógeno
individual es de unas 5 kilocalorías por mol, lo que hace que a los puentes
de hidrógeno se les clasifique como interacciones de tipo débil.
- En un dímero de moléculas unidas que conforman H2O se aprecia que el
átomo de hidrógeno de una de las moléculas es atraído por el oxígeno de
la otra molécula de agua, sirviendo así como un intermediario o puente
para la interacción entre los dos oxígenos.
- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA: Considera que el átomo de
oxígeno se encuentra en lo que se conoce como una hibridación tipo
sp2. De esa manera, dos de los orbitales sp2 participan en los enlaces
con los átomos de hidrógeno, mientras que, de los dos pares libres de
electrones, uno está asociado al tercer orbital sp2del oxígeno, y el par
remanente se encuentra asociado al orbital tipo p no hibridizado del
oxígeno.
- Estructura
Molecular
- En una molécula de H2O individual se
aprecia que los dos átomos de hidrógeno se
encuentran unidos a un átomo de oxígeno,
ambos del mismo lado y con un ángulo de
104.5 grados entre los enlaces O-H.
- POLARIDAD: Grado de
separación de carga
eléctrica que existe en la
molécula.
- Obedece a dos razones: la primera es la geometría misma
de la molécula; la segunda razón tiene que ver con la
naturaleza de los enlaces oxígeno-hidrógeno. El núcleo
del átomo de oxígeno tiene una capacidad
significativamente mayor que el núcleo del hidrógeno para
atraer los electrones de un enlace O-H hacia su lado de la
molécula. Debido a esto, los electrones involucrados
tienden a ubicarse más cerca del oxígeno en los dos
enlaces oxígeno-hidrógeno.
- La distribución de carga es asimétrica, ya que los dos
átomos de hidrógeno tienen una carga parcial positiva,
en tanto que del lado del átomo de oxígeno se
encuentra un volumen de alta densidad electrónica.
- Obedece a dos razones: la primera es la geometría misma
de la molécula; la segunda razón tiene que ver con la
naturaleza de los enlaces oxígeno-hidrógeno. El núcleo
del átomo de oxígeno tiene una capacidad
significativamente mayor que el núcleo del hidrógeno para
atraer los electrones de un enlace O-H hacia su lado de la
molécula. Debido a esto, los electrones involucrados
tienden a ubicarse más cerca del oxígeno en los dos
enlaces oxígeno-hidrógeno.
- Existe un total de 8 electrones de valencia en el agua;
de estos electrones, dos pares corresponden a enlaces
oxígeno-hidrógeno, mientras que los otros dos pares no
participan en los enlaces y se consideran como pares de
electrones "libres" del oxígeno. Al existir cuatro pares de
electrones alrededor del núcleo del átomo de oxígeno,
éstos se tienden a distribuir en tres dimensiones,
manteniendo la mayor distancia posible entre ellos para
que las fuerzas de repulsión sean mínimas.
- En una molécula de H2O individual se
aprecia que los dos átomos de hidrógeno se
encuentran unidos a un átomo de oxígeno,
ambos del mismo lado y con un ángulo de
104.5 grados entre los enlaces O-H.
- Estado
Sólido
- Estado en el cual las moléculas prácticamente carecen de
movimientos de traslación y rotación, el agua es capaz de
agregarse formando puentes de hidrógeno permanentes.
- Existen once formas cristalinas o fases sólidas diferentes para el agua.
Cada uno de los mencionados once estados de agregación puede formarse
en cierto intervalo de presión y de temperatura; sin embargo, sólo la fase
hielo Ih representa la forma estable a las condiciones de la atmósfera de la
Tierra.
- Un aspecto constante en todas las fases sólidas del agua es
que cada átomo de oxígeno establece dos enlaces de hidrógeno
como "donador" y que, simultáneamente, participa como
"aceptor" en otros dos puentes de hidrógeno.
- Un aspecto constante en todas las fases sólidas del agua es
que cada átomo de oxígeno establece dos enlaces de hidrógeno
como "donador" y que, simultáneamente, participa como
"aceptor" en otros dos puentes de hidrógeno.
- Los puentes de hidrógeno presentes en el hielo Ih hacen que se obtenga un
empaquetamiento atómico de muy baja densidad (0.917 gramos por centímetro
cúbico). Tan baja densidad se debe a que los oxígenos pueden interactuar a una
distancia relativamente grande (gracias al hidrógeno que funciona como mediador).
Este empaquetamiento de átomos implica que para la misma cantidad de masa, el
hielo ocupa aproximadamente 9 por ciento más de espacio que el agua líquida.
- Existen once formas cristalinas o fases sólidas diferentes para el agua.
Cada uno de los mencionados once estados de agregación puede formarse
en cierto intervalo de presión y de temperatura; sin embargo, sólo la fase
hielo Ih representa la forma estable a las condiciones de la atmósfera de la
Tierra.
- Estado en el cual las moléculas prácticamente carecen de
movimientos de traslación y rotación, el agua es capaz de
agregarse formando puentes de hidrógeno permanentes.
- Tensión
Superficial
- El área superficial de un cuerpo de agua tiende a reducirse al
mínimo, para reducir el desbalance de fuerzas en la interfaz
líquido-gas, lo cual minimiza el número de moléculas con
interacciones "faltantes".
- Los puentes de hidrógeno le dan una tensión superficial
significativamente mayor que la mayoría de las sustancias, la cual, a 25°C
es de 72 milinewtons por metro.
- Permite a algunos insectos caminar por la superficie de los lagos, hace posible
que las corrientes de aire sean capaces de inducir un movimiento en la superficie
de los cuerpos de agua. Este movimiento redunda en la formación de olas, las
cuales son esenciales para la difusión de oxígeno en los mares y océanos.
- El área superficial de un cuerpo de agua tiende a reducirse al
mínimo, para reducir el desbalance de fuerzas en la interfaz
líquido-gas, lo cual minimiza el número de moléculas con
interacciones "faltantes".
- Propiedades
Térmicas
- CAPACIDAD CALORÍFICA: Es la cantidad de
energía en forma de calor que se requiere para
elevar en un grado centígrado la temperatura de
una sustancia.
- El agua resulta ser uno de los líquidos con
mayor capacidad calorífica que se conocen: se
requiere una caloría por cada grado centígrado
que se eleva la temperatura de un gramo de
agua. Esto se debe a que las interacciones
H2O-H2O por puentes de hidrógeno son
significativamente más fuertes que las
presentes en la mayoría de los líquidos.
- Gracias a ello, cuando un cuerpo de agua absorbe calor, una
buena parte de esta energía no se manifiesta directamente en los
movimientos de las moléculas, sino en la deformación y la ruptura
de los enlaces de hidrógeno. Esto la hace un excelente fluido para
remover energía térmica de cuerpos muy calientes.
- Gracias a ello, cuando un cuerpo de agua absorbe calor, una
buena parte de esta energía no se manifiesta directamente en los
movimientos de las moléculas, sino en la deformación y la ruptura
de los enlaces de hidrógeno. Esto la hace un excelente fluido para
remover energía térmica de cuerpos muy calientes.
- El agua resulta ser uno de los líquidos con
mayor capacidad calorífica que se conocen: se
requiere una caloría por cada grado centígrado
que se eleva la temperatura de un gramo de
agua. Esto se debe a que las interacciones
H2O-H2O por puentes de hidrógeno son
significativamente más fuertes que las
presentes en la mayoría de los líquidos.
- CAPACIDAD CALORÍFICA: Es la cantidad de
energía en forma de calor que se requiere para
elevar en un grado centígrado la temperatura de
una sustancia.
- Hidratación de
Proteínas
- Gracias a su capacidad de formar
enlaces de hidrógeno, el agua puede
estabilizar la estructura proteica mediante
interacciones con los aminoácidos
polares y iónicos con los que tiene
contacto en la superficie de la proteína.
- Es tal la influencia del agua, que se ha
demostrado que las enzimas pierden
totalmente su funcionalidad cuando no existe
una cantidad suficiente de agua en el medio.
- Es tal la influencia del agua, que se ha
demostrado que las enzimas pierden
totalmente su funcionalidad cuando no existe
una cantidad suficiente de agua en el medio.
- También es frecuente que una o más moléculas de agua funcionen
como elementos de conexión entre regiones diferentes de la
proteína. Las moléculas de agua logran esa acción al formar
puentes de hidrógeno simultáneos en dos puntos diferentes de la
estructura; con esto, prácticamente se puede considerar que el HO
se integra a la estructura de la macromolécula.
- Gracias a su capacidad de formar
enlaces de hidrógeno, el agua puede
estabilizar la estructura proteica mediante
interacciones con los aminoácidos
polares y iónicos con los que tiene
contacto en la superficie de la proteína.
- INTEGRANTES: Abraham
Marat Molina Anteliz. / Tania
Karina Hernàndez Palacios. /
Ramos Escalante Jonathan.
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