Propiedades disolventes del agua

¿La vida alguna vez te ha dado limones? De ser así, seguramente seguiste el viejo refrán e hiciste limonada, que por supuesto, llevaba ¡mucha azúcar! Si le has puesto azúcar a la limonada (o al té o a cualquier otra bebida basada en agua) y has observado cómo se disuelve, entonces ya has visto las propiedades disolventes del agua en acción. Un solvente es una sustancia que puede disolver otras moléculas y compuestos, a los que se les conoce como solutos. Una mezcla homogénea de solvente y soluto se llama solución. Buena parte de la química de la vida se lleva a cabo en soluciones acuosas, es decir, soluciones en las que el agua es el solvente.

Debido a su polaridad y su habilidad para formar puentes de hidrógeno, el agua es un excelente solvente, lo que significa que puede disolver muchos tipos de moléculas diferentes. La mayoría de las reacciones químicas importantes para la vida se realizan en un ambiente acuoso dentro de las células y la capacidad del agua para disolver una amplia variedad de moléculas es fundamental para que dichas reacciones puedan llevarse a cabo.

A veces se dice que el agua es el "solvente universal" gracias a su habilidad para disolver una amplia gama de solutos. Sin embargo, este nombre no es completamente exacto, ya que existen algunas sustancias (como los aceites) que no se disuelven bien en agua. De manera general, el agua es buena para disolver iones y moléculas polares, pero mala para disolver moléculas no polares. (Una molécula polar es aquella que es neutral, no tiene una carga neta, pero tiene una distribución interna de cargas que forman una región parcialmente positiva y una región parcialmente negativa).

El agua interactúa de manera diferente con sustancias polares y no polares debido a la polaridad de sus propias moléculas. Las moléculas de agua son polares, con cargas parciales positivas en los hidrógenos, una carga parcial negativa en el oxígeno y una estructura general angular. La distribución desigual de cargas en la molécula del agua refleja la mayor electronegatividad, o avidez de electrones, del oxígeno con respecto al hidrógeno: los electrones compartidos de los enlaces O-H pasan más tiempo con el átomo de O que con los de H. En la imagen siguiente se representan las cargas parciales positivas y negativas en la molécula de agua por medio de los símbolos δ${}^{+}$‍ y δ${}^{-}$‍, respectivamente.

Debido a su polaridad, el agua puede formar interacciones electrostáticas (atracciones basadas en cargas) con otras moléculas polares y con iones. Las moléculas polares y los iones interactúan con los extremos parcialmente positivos y negativos del agua, de manera que las cargas positivas atraen a las negativas (como en los extremos + y - de los imanes). Cuando hay muchas más moléculas de agua en relación con las de soluto, como en una solución acuosa, estas interacciones forman una capa esférica de moléculas de agua alrededor del soluto, llamada capa de hidratación. Las capas de hidratación permiten la dispersión (distribución) uniforme de partículas en el agua.

¿Cómo es que la formación de una capa de hidratación hace que se disuelva un soluto? Como ejemplo, consideremos lo que le sucede a un compuesto iónico, como la sal de mesa (NaCl), cuando es agregada al agua.

Si se revuelve sal de mesa en agua, la red cristalina del NaCl comenzará a disociarse en iones de Na${}^{+}$‍ y Cl${}^{-}$‍. (La disociación es solo un nombre para el proceso por el cual un compuesto o molécula se separa para formar iones). Las moléculas de agua forman capas de hidratación alrededor de los iones: los iones Na${}^{+}$‍ con carga positiva son rodeados por las cargas parciales negativas del lado del oxígeno de las moléculas de agua, mientras que los iones Cl${}^{-}$‍ cargados negativamente son rodeados por los extremos del hidrógeno con carga parcial positiva. Durante este proceso, todos los iones en los cristales de la sal de mesa son rodeados por capas de hidratación y dispersados en la solución.

Las moléculas no polares, como las grasas y los aceites, no interactúan con el agua ni forman capas de hidratación. Estas moléculas no tienen regiones de cargas parciales positivas o negativas por lo que no son atraídas electrostáticamente por las moléculas de agua. Por eso, en lugar de disolverse, las sustancias no polares (como los aceites) se mantienen separadas y forman capas o gotas cuando se ponen en agua.