Agua. propiedades

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  • 1. BIOQUMICA I AGUA

2. Funciones del agua Medio donde ocurren las reaccionesmetablicas. Amortiguador trmico. Transporte sustancias. Responsable de turgencia y jugosidad. Flexibilidad y elasticidad a los tejidos. Reactivo en reacciones del metabolismo,aportando hidrogeniones (hidrogeno) ohidroxilo. 3. Funciones a nivel biolgico Estabiliza temperatura corporal. Medio de transporte de nutrientes ysustancias de desecho. Disuelve y permite mantener en solucin osuspensin coloidal, es el medio en el cualse llevan a acabo las reacciones qumicas yenzimticas. 4. Funciones a nivel biolgico A nivel molecular, la interaccin del aguaafecta la estructura y conformacinsecundaria y terciaria de macromolculascomo protenas y enzimas y por tanto el quesean activas o no. Tejidos animales, vegetales y microbianos ,solo se pueden desarrollar si el contenido deagua es el adecuado. 5. Propiedades del aguaMolcula dipolar. (estructura).Solvente universal.Fuerza de cohesin.Punto de ebullicin y fusin.Calor especifico.Calor de vaporizacin.Tensin superficial: debido a la interaccin dipolo. 6. Estructura de la molcula de agua La molcula de agua est formada por dostomos de H. unidos a un tomo de O. por mediode dos enlaces covalentes. El ngulo entre los enlaces H-O-H es de1045. El oxgeno es ms electronegativo que elhidrgeno y atrae con ms fuerza a los electronesde cada enlace. 7. Estructura de la molcula de agua El resultado es que la molcula de aguaaunque tiene una carga total neutra (igualnmero de protones que de electrones),presenta una distribucin asimtrica de suselectrones. Lo que la convierte en una molcula polar. 8. Estructura de la molcula de aguaEl permetro representa la envoltura de Van der Waals de la molcula (los componentes que se atraen estn balanceados con los que se repelen). El modelo esquemtico de la molcula indica los enlaces covalentes. (Tomado de la Bioqumica de Voet) 9. SolubilidadEl agua es un buen disolvente de los compuestosinicos, y se debe a que es una sustancia polar.Las molculas de agua se disponen alrededor de losiones (+) con la parte negativa de su molcula haciaellos y en el caso de los iones (-) les enfrentan la partepositiva. Tambin son solubles en agua las sustancias polares:Glcidos, ya que tienen una gran cantidad de oxigeno. Las sustancias que presentan una gran cantidad dehidrogeno y poco oxigeno son poco solubles en agua:Lpidos. 10. Solubilidad Algunas sustancias tienen una parte de sumolcula que es soluble en agua (hidrfila) yotra parte insoluble (hidrfoba). Estassustancias son anfipticas y forman micelas,monocapas o bicapas cuando estn en unmedio acuoso. El agua es el lquido que ms sustanciasdisuelve, por eso decimos que es el disolventeuniversal. Esta propiedad, la ms importante para lavida, se debe a su capacidad para formarpuentes de hidrgeno. 11. En el caso de las disoluciones inicas losiones de las sales son atrados por los dipolosdel agua, quedando "atrapados" y recubiertosde molculas de agua en forma de ioneshidratados o solvatados. La capacidad disolvente es la responsabledeque sea el medio donde ocurren lasreacciones del metabolismo. 12. Solvatacin de los iones negativos ypositivos segn la orientacin de las molculas de agua 13. Las protenas son solubles en agua y forman untipo especial de disoluciones llamadas disolucionescoloidales. Las cuales van a poder estar en dosestados: sol y gel. En el estado de sol predomina la fase dispersante,el agua, por ejemplo sobre la fase dispersa y lasolucin es mas fluida. En el estado gel predomina la fase dispersa, porejemplo la protena, sobre la fase dispersante, y lasolucin es mas viscosa. 14. Fuerza de cohesin Debido a los puentes de hidrogeno entre lasmolculas de agua, es responsable deimportantes caractersticas del agua y de muchasde las funciones que el agua cumple en los seresvivos. Al no poder comprimirse puede funcionar comoesqueleto hidrosttico en las plantas. 15. Puentes de hidrgeno Se dan interacciones dipolo-dipolo entre laspropias molculas de agua. Formndose enlaces por puentes de hidrgeno,la carga parcial negativa del oxgeno de unamolcula ejerce atraccin electrosttica sobre lascargas parciales positivas de los tomos dehidrgeno de otras molculas adyacentes. 16. Puentes de hidrgeno Es una uninintermolecular entre elhidrgeno de unamolcula de agua conel tomo de oxgenode otra molcula deagua 17. El hecho de que alrededor de cada molcula deagua se dispongan otras cuatro molcula unidaspor puentes de hidrgeno permite que se formeen el agua (lquida o slida) una estructura de tiporeticular, responsable en gran parte de sucomportamiento y de sus propiedadesfisicoqumicas. 18. Enlace de hidrgeno entre dos molculas de aguaLa fuerza de la interaccin es mxima cuando elenlace covalente O-H apunta directamente hacia unanube de un par de electrones del tomo de oxgeno alque se une el hidrgeno. 19. Los enlaces de hidrogeno sonimportantes en los sistemas biolgicosUn enlace C-H no forma enlaces de hidrgeno.Un enlace S-H puede formar enlaces dbiles dehidrgeno.Pueden ser intramoleculares (dentro de unamolcula) o intermoleculares (entre molculas).La estabilidad en las dos formas anteriores es casiigual, por lo que la energa en el intercambio del tipode enlace es muy pequea. 20. Los enlaces de hidrgeno sonimportantes en las propiedades fsicasdel aguaCada molcula de agua puede formar cuatro enlacesde H, formando con ellos redes extensas.La densidad disminuye a 0C debido a que lasmolculas se hallan unidas por los enlaceshidrgeno, lo que hace que se formen cristales y estoreduzca la cintica molecular.Otros efectos de los enlaces de hidrgeno son el altocalor de vaporizacin y de fusin 21. Ionizacin del aguaEl agua presenta conductividad elctrica debidoa sus iones, ya que surgen porque el aguapuede ser donador o aceptor de un protn con simisma. Esto es la ionizacin.El hidrgeno se puede donar a una molcula deagua cercana unindose a electrones nocompartidos del oxgeno. 22. Ionizacin del aguaEsta misma molcula donadora puede aceptar unhidrgeno de una molcula distinta en estado H30+ o H2O.As, una molcula de agua puede actuar como cidogenerando una base conjugada:H-O-H + H-O-H H30+ (hidronio)+ OH- (hidroxilo)La constante de equilibrio es: Keq=[H+] [OH-] / [H2O] 23. Ionizacin del aguaLa concentracin del agua es 55.6 molar, por loque se deduce que: 55.6 M = [H2O].As, Kw es igual a multiplicar Keq por la molaridad:Kw=Keq (55.6)= [H+] [OH-].La constante Kw se denomina constante delproducto inico del agua; a 25 grados centgradossu valor es de 1.0 x 10-14 . 24. Ionizacin del aguaEste valor es una constante real, por lo que permanecevalida aunque cambien las concentraciones de losiones. Si [H+] es mayor que [OH-] se producir unasolucin cida, mientras que si [OH-]es mayor que [H+]habr una solucin alcalina.Estas dos concentraciones son recprocas:nicamente cuando son iguales la solucin serneutra. 25. Punto de ebullicin y fusin Punto de ebullicin: a nivel del mar es de100C. Punto de fusin: 0C. Sus puntos de ebullicin y fusin son mselevados que la mayora de los lquidos. Se debe a los puentes de hidrgeno entre lasmolculas de agua.Punto de fusin Punto de ebullicin 26. Calor especfico.Cantidad de calor necesaria para elevar latemperatura de una cierta masa de agua. La cualalmacena o libera una gran cantidad de calor alcalentarse o enfriarse, lo que le permite actuar comoamortiguador trmico, evitando bruscas alteracionesde la temperatura y evitando que de esta formaalgunas molculas, como las protenas muy sensiblesa los cambios trmicos se alteren. 27. Calor de vaporizacin. Cantidad de calor necesario para evaporar un gramo deagua es tambin debido a la cohesividad. Ya que parapasar del estado liquido al gaseoso es necesario romper losenlaces de hidrogeno entre las molculas de agua. El calor especifico como el calor de vaporizacin son degran importancia a ala hora de regular la temperatrua enmuchos seres vivos: la sudoracin. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 caloras,a una temperatura de 20 C y presin de 1 atmsfera. 28. Tensin superficialEs la fuerza que mantiene unidas las molculas dela superficie libre de los lquidos.El agua presenta alta tensin superficial. 29. Comportamiento inusual de aguaEl agua es la nica sustancia que al enfriarsese dilata.Es por esto que el hielo flota sobre el agualquida.1 kg de agua slida posee un mayor volumenque 1 kg de agua lquida.D H2O lquida =1 g/ml D H2O slida =0.91g/ml 30. Concepto acido - baseLos pares de electrones libres del oxgeno dela molcula de agua determinan elcomportamiento de la misma.Segn Bronsted & Lowry: Acido.- Sustancia capaz de donar un protn al solvente formando el in hidronio (H3O+) Base.- Sustancia capaz de aceptar un protn del solvente y formar el in hidroxilo (-OH) 31. Constante de disociacinSoluciones cidas.-HX --> H+ + X- cido base conjugaConstante cida: Ka = [H+] [X-] / [HX] Mientras ms bajo sea el valor de Ka, ms dbil es el cido. H - C --> no se ioniza H - O --> se ioniza Del valor de Ka se calcula [H+] en una solucin cida 32. Constante de disociacinSoluciones alcalinas.- NH3 + H2O -------->NH4 + OH- basecido acido base conjugado conjugadaConstante bsica: Kb = [NH4+] [OH-] * [ NH3] [H2O]* El trmino [H2O] al ser constante, es incorporado dentro de la constante de equilibrio: Kc [H2O] = Kb = [NH4+] [OH-] / [ NH3] 33. Relacin cido-base conjugadosSi un cido es de carcter fuerte, su base conjugadaser relativamente dbilNH4+ --> NH3. + H+ (1)Si la base es de carcter dbil, su cido conjugadoes relativamente fuerte.NH3 + H2O --> NH4+ + OH- (2) 34. Principio de equilibrio qumico NH4+ --> NH3. + H+ (1)NH3 + H2O --> NH4+ + OH- (2)Si: reaccin (1)+ reaccin (2) = reaccin (3)entonces, K1 x K2 = K3por tanto,Ka x Kb = KwKw= constante de disociacin del agua 35. pH - medida de acidezEl pH : Se define como el logaritmo decimalnegativo de la concentracin de iones H + deuna disolucin.pH = - log [H+] = log _1[H+]Kw= [H+] [OH-] = 1.0 X 10-14pH < 7.0 --> [H+] &g