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IMPORTANCIA DEL AGUA EN EL MUNDO BIOLOGICO
• Facilita las reacciones metabólicas • Amortigua cambios de temperatura• Interviene en el transporte de sustancias • Lubrica y amortigua el roce entre órganos • Favorece la circulación y turgencia • Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos • Es reactivo en reacciones metabólicas.
Importancia biológica del aguaLas propiedades del agua permiten aprovechar esta
molécula para algunas funciones para los seres vivos. • Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica, es el mejor
disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo, moléculas apolares no se disuelven en el agua.
• Medio en el cual se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de ionización.
• Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere estructura, volumen y resistencia.
• Transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar, gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el agua como medio de transporte por su interior.
• Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.
• Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es necesario.
•
Recordar que……..
El mundo biológico está constituído principalmente por átomos pequeñosLa biosfera y el cuerpo humano, están constituídos por 70% de agua Durante el invierno, a pesar de las bajas temperaturas, en el interior de los lagos congelados, hay vidaEn la luna las noches son muy frías, en tanto que en la TIERRA SON MAS CÁLIDAS ……..
No existe un líquido que disuelva mas sustancias que el aguaAlgunos insectos pueden caminar sobre el aguaLos árboles llevan agua hasta lo mas alto de sus hojas a pesar de la gravedadSudar es un mecanismo para regular su temperatura
….lo anterior es posible debido a las propiedades del AGUA, las cuales son el resultado de la estructura química de la misma……
Y entonces cómo es la molécula del AGUA?Cada molécula de agua está compuesta por un átomode Oxígeno, unido a dos átomos de Hidrógeno (H2O),mediante enlaces covalentes y que se orientandescribiendo un tetrahedro asimétrico…..
δ+
δ+
δ-
δ-
0.0965 nm
O2 rico en electrones carganegativa
H pobre en electrones cargapositiva+
-
La molécula es un Dipolo Eléctrico
e- e-
e-e-
e-
e-
e-
e-
DIPOLO ELÉCTRICO
…es una sustancia polar y sureactividad depende de estacaracterística….
La distribución electrónica en cada molécula de aguarepresentada mediante los siguientes modelos …..
….le permite unirse mediante un enlace de hidrógenocon cada una de cuatro moléculas vecinas de agua.
δ+
δ-
δ+
Estos enlaces de hidrógenoson débiles (tienen pocaenergía de enlace).
INTERACCIONES ENTRE MOLÉCULAS
DE AGUA
Pares de electrones “libres” del O
Electrones del enlace
Estructura electrónica de una molécula de H2O
Puentes de hidrógeno en el agua
Los enlaces de H se hacen y deshacen permanentemente.
En el agua líquida, un enlace de hidrógeno dura en promedio 10-11 s
En su estado sólido, el agua es una estructura
rígida, cristalina, y muy ordenada.
A medida que aumentamos la temperatura, el agua pasa del
estado sólido al estado líquido.
Temperatura < 0°CEn el hielo, las
moléculas de agua están muy
organizadas y algo separadas
La estructura pierde su organización y aumenta la relación de molécula por
volumenA 4°C las
moléculas están mas próximas
que en el hielo, y se alcanza la
máxima densidad
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA……No tan densamenteempacado como el agualíquida el hielo flotasobre el agua líquida.Densidad hielo : 0.92 g/mLDensidad agua : 1 g/mL
DENSIDAD DEL AGUA: máxima a 40C
0,93
0,94
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
1
1,01
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Density (g/ml)
La formación de enlaces de H es un fenómeno cooperativo
La estructura de cristal que se forma en hielo sólido tiene realmente grandes huecos. Por consiguiente, en un volumen dado de hielo, hay menos moléculas de agua que en el mismo volumen de agua líquida. En otras palabras, el hielo es menos denso que el agua líquida y flotará en la superficie del líquido.
Por qué los lagos solo se congelan en la superficie, a pesar de que la
temperatura sea muy baja?
De no ser así, durante el invierno no sería posible la vida en lagos y
lagunas.
En este proceso, la energía en
forma de calor, rompe los enlaces de hidrógeno.
Se sigue aumentando la temperatura...
En el vapor de agua, las
moléculas están mas separadas, y presentan pocos enlaces de H
HIELO
O oC
HIELO DERRITIENDOSE> O OC
AGUALIQUIDAO – 100 O C
AGUA ENEBULLICION100 O C
Por qué el agua es un regulador del clima mundial, y por qué nuestro cuerpo mantiene su temperatura?
PROPIEDAD IMPORTANCIAAlto Calor Específico
4.18 J/g.KModera la temperatura en el ambiente y en los organismos
Alto Calor de Evaporación2250 J/g
Libera grandes cantidades de energía térmica, contribuye a mantener la temperatura corporal mediante sudoración.
Alta Tensión Superficial7.3 x 10-2 J/m2
Contribuye a la capilaridad en plantas, facilita intercambio de materiales en tejidos.
Alta Conductividad TérmicaO.6 J/s.m.K
Conduce calor y ayuda en la termorregulación, distribuyendo homogéneamente el calor de un medio.
Alta Constante Dieléctrica80
Facilita la disolución de sustancias iónicas.
Debido a la gran cantidad de enlaces de hidrógeno, el agua es una sustancia con propiedades muy especiales.
El agua tiene un alto Calor Específico
Puede recibir mucha energía (del sol, por ejemplo) sin modificar significativamente su temperatura,
así como podemos entrar a un sitio muy caliente sin que se eleve nuestra temperatura interna
°C
PROPIEDAD IMPORTANCIAAlto Calor Específico
4.18 J/g.KModera la temperatura en el ambiente y en los organismos
Alto Calor de Evaporación2250 J/g
Libera grandes cantidades de energía térmica, contribuye a mantener la temperatura corporal mediante sudoración.
Alta Tensión Superficial7.3 x 10-2 J/m2
Contribuye a la capilaridad en plantas, facilita intercambio de materiales en tejidos.
Alta Conductividad TérmicaO.6 J/s.m.K
Conduce calor y ayuda en la termorregulación, distribuyendo homogéneamente el calor de un medio.
Alta Constante Dieléctrica80
Facilita la disolución de sustancias iónicas.
Debido a la gran cantidad de enlaces de hidrógeno, el agua es una sustancia con propiedades muy especiales.
Cómo pueden los árboles grandes llevar agua hasta las hojas más altas?
Aprovechan una característica del agua debida a los
enlaces de H:
La Cohesión
La cohesión, a su vez es responsable de otras dos características :
la capilaridad y
la tensión superficial
TENSIÓN SUPERFICIAL Las moléculas ejercen presión hacia arriba.Permite el transportede fluídos hasta las copas de los árboles porcapilaridad y es elresultado de la cohesiónde las moléculas de H2O.
“Arboles de Sequoia gigante”
TENSIÓN SUPERFICIAL
TENSIÓN SUPERFICIAL
TENSIÓN SUPERFICIAL
Cada molécula de agua tiende a interactuar formando enlaces de H con otras 4 . En la capa más superficial de moléculas de agua, las moléculas solo interactuan con otras 3, porque, no hay más. Y se forma una interacción mas fuerte que en las capas inferiores de la columna de agua.Cuando un objeto relativamente liviano se posa sobre el agua, puede “flotar” sobre ella, siempre que no rompa la tensión superficial.
TENSIÓN SUPERFICIAL
Agua caliente : mejor limpiador (humedece más).
Disminuye con el aumento de la temperatura
Por qué cuando hay calor (corporal o ambiental), el cuerpo suda?
De qué modo la temperatura corporal tiende a mantenerse constante?
El agua tiene un alto Calor de Evaporación.
Por esto, la evaporación tiene un efecto deenfriamiento en la superficie del cuerpo (sudor), yen el ambiente.
EXAMEN PARCIAL I
PRIMER SEMESTRE
Comportamiento del Agua en un compartimento rodeado poruna membrana semipermeable……
Por qué se dice que el agua es un solvente universal?
PROPIEDAD IMPORTANCIAAlto Calor Específico
4.18 J/g.KModera la temperatura en el ambiente y en los organismos
Alto Calor de Evaporación2250 J/g
Libera grandes cantidades de energía térmica, contribuye a mantener la temperatura corporal mediante sudoración.
Alta Tensión Superficial7.3 x 10-2 J/m2
Contribuye a la capilaridad en plantas, facilita intercambio de materiales en tejidos.
Alta Conductividad TérmicaO.6 J/s.m.K
Conduce calor y ayuda en la termorregulación, distribuyendo homogéneamente el calor de un medio.
Alta Constante Dieléctrica80
Facilita la disolución de sustancias iónicas.
……porque posee una CONSTANTE DIELECTRICA alta
Solventes: POLARES y NO POLARES
• Constante Dieléctrica: capacidad de mantener cargas separadas.
• Ej: agua = 78.5 (el mejor solvente polar)etanol = 24.5 (solvente intermedio)hexano = 1.9 (solvente no polar)
Cl-
Cl-Cl-
Na+
Na+
Na+Cl-
Cl- Na+
Na+
Na+
Cl-
Cl-Cl-
Na+
Cl-
Na+
Na+
Cl-
Cl-Cl-
Na+
Na+
Na+Cl-
Cl- Na+
EL AGUA ES UN SOLVENTE UNIVERSALa. Disuelve sustancias polares iónicas….
Como consecuencia de su estructura química, y de sus propiedades particulares, disuelve sustancias (solutos) polares con carga(por ser un dipolo), mediante interacciones electrostáticas o enlaces débiles. Disuelve las sustancias iónicas formando capas de solvatación en las que las moléculas de agua se orientan ofreciendo una carga contraria a la de cada ión.
EL AGUA ES UN SOLVENTE UNIVERSAL
INTERACCIONES DEBILES• Diga las características de los enlaces débiles, explique su importancia
fisiológica.
• Explique en términos energéticos como se situan los enlaces débiles con respecto a los enlaces covalentes. Qué consecuencia fisiológica presenta esta característica.
• En qué consisten los enlaces o fuerzas de van der waals? A temperatura fisiológica qué sucede con estas fuerzas. Qué circunstancias deben existir entre los grupos unidos por enlaces de van der waals? Qué son los radios de van der Waals?
• En qué consiste el enlace de hidrógeno? Qué característica presenta? Qué características geométricas presentan los enlaces de hidrógeno? Qué quiere decir el efecto cooperativo de los enlaces de hidrógeno?
• De cuatro ejemplos de enlaces de hidrógeno entre biomoléculas
• En qué consisten las propiedades únicas de enlace de las biomoléculas?
• Cuál es la fuerza impulsora para que se produzcan las interacciones hidrofóbicas? Cómo es la tendencia del factor entrópico en la formación de las interacciones hidrófobicas?
• Cuál es la ventaja fisiológica de la energía libre tan baja de los enlaces débiles?
• Por qué se dice que las formas moleculares de las biomoléculas está determinada por los enlaces débiles.
Dibujar la distribución de los electrones de O y H en la molécula de agua
Explique:la estructura del aguadetermina sus propiedadesFisicoquímicas?
Por qué se dice que el agua esun buen solvente?Mencione otras propiedadesfisicoquímicas del agua quela hacen útil para la vida.
