La estructura de las moléculas de agua y cómo pueden interactuar para formar puentes de hidrógeno.

Introducción a las propiedades del agua

Eres una bolsa de agua que habla, aprende y fabrica herramientas. Bueno, esto no es totalmente justo que digamos, pero casi lo es ya que entre el 60-70% del cuerpo humano es agua. Y no solo son los humanos, la mayoría de los animales e incluso las minúsculas bacterias están hechas en su mayor parte de agua1^1. El agua es la clave para la existencia de la vida tal y como la conocemos. Esto puede sonar impresionante, pero es verdad ¡y las cosas impresionantes que son ciertas son las que hacen que la vida sea interesante! La mayor parte de la química celular y el metabolismo de un organismo ocurren en el medio acuoso dentro de sus células, conocido como citosol o hialoplasma.
El agua no solo es muy común en los cuerpos de los organismos, sino que también tiene algunas propiedades químicas inusuales que la hacen ideal para sostener la vida. Estas propiedades son importantes para la biología en diferentes niveles, desde las células y los organismos, hasta los ecosistemas. En los siguientes artículos, podrás saber más acerca de las propiedades vitales del agua:
El agua debe estas propiedades únicas a la polaridad de sus moléculas y, específicamente, a su habilidad para formar puentes o enlaces de hidrógeno entre ellas y con otras moléculas. Aquí veremos cómo funcionan estos puentes de hidrógeno.

Polaridad de las moléculas de agua

La clave para entender el comportamiento químico del agua es su estructura molecular. Una molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno y su estructura general es angular. Esto se debe a que el átomo de oxígeno, además de formar enlaces con los átomos de hidrógeno, tiene dos pares de electrones no compartidos. Todos los pares de electrones—compartidos o no—se repelen entre ellos.
El arreglo más estable es el que los coloca lo más lejos posible uno del otro: un tetraedro, con los enlaces OH\text{O}-\text{H} formando dos de las cuatro "patas". Los pares solitarios son ligeramente más repulsivos que los electrones de enlace, por lo que el ángulo entre los enlaces OH\text{O}-\text{H} es un poco menor a los 109° de un tetraedro perfecto, alrededor de 104.5°.2^2
Debido a que el oxígeno es más electronegativo —ávido de electrones— que el hidrógeno, el átomo de O\text{O} acapara los electrones y los mantiene alejados de los átomos de H\text{H}. Esto le da al lado de la molécula de agua que corresponde al oxígeno una carga parcial negativa, mientras que los extremos del hidrógeno tienen una carga parcial positiva. El agua se clasifica como una molécula polar debido a sus enlaces covalentes polares y su forma angular2,3^{2,3}.

Puentes de hidrógeno de las moléculas de agua

Gracias a su polaridad, las moléculas de agua se atraen entre sí con gran facilidad. El lado positivo de una —un átomo de hidrógeno— se asocia con el lado negativo de otra —un átomo de oxígeno.
Estas atracciones son un ejemplo de puentes de hidrógeno, interacciones débiles que se forman entre un hidrógeno con una carga parcial positiva y un átomo más electronegativo, como el oxígeno. Los átomos de hidrógeno involucrados en enlaces de este tipo deben estar unidos a átomos electronegativos, tales como O\text{O}, N\text{N}, o F\text{F}.
Moléculas de agua formando un puente de hidrógeno. La carga negativa parcial del O de una de las moléculas puede formar un enlace o puente de hidrógeno con la carga positiva parcial de los hidrógenos de otras moléculas.
Las moléculas de agua también son atraídas por otras moléculas polares y por iones. Una substancia cargada o polar que interactúa con el agua y se disuelve en ella es conocida como hidrofílica: hidro significa "agua," y fílica significa "amigo de". En contraste, las moléculas no polares como los aceites y grasas, no interactúan bien con el agua. Estas más bien se apartan de ella en lugar de disolverse, por lo que se les llama hidrofóbicas: fóbica significa "temor a". Es posible que hayas notado esto como un inconveniente de los aderezos para ensaladas hechos con vinagre y aceite. El vinagre, es solo agua con un poco de ácido.

Créditos:

Este artículo es un derivado modificado de “Agua” por OpenStax College, Biología (CC BY 3.0. Descarga gratis el artículo original en http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:7/Biology.
El artículo modificado está autorizado bajo una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Referencias citadas

  1. Bacterial cell structure (Estructura de la célula bacteriana). Wikipedia. 24 de junio, 2015. Consultado el 5 de julio, 2015: https://en.wikipedia.org/?title=Bacterial_cell_structure.
  2. "Properties of water" (Propiedades del agua). Wikipedia. 27 de mayo de 2016. Consultado el 28 de mayo de 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water.
  3. Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky y R. B. Jackson. "Polar covalent bonds in water molecules result in hydrogen bonding (Los enlaces polares covalentes en moléculas de agua tienen por resultado enlaces de hidrógeno)". En Campbell Biology, 45. 10a ed. San Francisco, CA: Pearson, 2011.

Referencias adicionales

Bacterial cell structure (Estructura de la célula bacteriana). Wikipedia. 24 de junio, 2015. Consultado el 5 de julio, 2015. https://en.wikipedia.org/?title=Bacterial_cell_structure.
"Bent molecular geometry (Los dobleces en la geometría molecular)". UC Davis ChemWiki. Tomado el 5 de julio de 2015. http://chemwiki.ucdavis.edu/Inorganic_Chemistry/Molecular_Geometry/Bent_Molecular_Geometry.
"Hydrogen bond (Enlaces de hidrógeno)". Wikipedia. 2 de octubre de 2015. Consultado el 4 de octubre de 2015. https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_bond.
"Propiedades del agua". Wikipedia. 27 de mayo de 2016. Consultado el 28 de mayo de 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water.
Raven, P. H., G. B. Johnson, K. A. Mason, J. B. Losos y S. R. Singer. "The nature of molecules and properties of water." (La naturaleza de las moléculas y las propiedades del agua). En Biology, 17-30. 10a ed. AP ed. Nueva York, NY: McGraw-Hill, 2014.
Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, y R. B. Jackson. "Water and life (Agua y vida)" En Campbell Biology, 44-54. 10a ed. San Francisco, CA: Pearson, 2011.
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