El agua
Biología
Conceptos clave
- El agua (H₂O) es una molécula polar: el oxígeno, más electronegativo, atrae los electrones y queda con carga negativa parcial (δ⁻); cada hidrógeno queda con δ⁺.
- La forma angular de la molécula impide que las cargas se cancelen, haciendo posibles los puentes de hidrógeno entre moléculas vecinas.
- Cada puente de hidrógeno es débil, pero su enorme número por unidad de volumen explica todas las propiedades únicas del agua.
- El agua actúa como reactivo (hidrólisis, fotosíntesis) y como producto (condensación, respiración celular).
Estructura y puentes de hidrógeno
- Los puentes de hidrógeno son fuerzas intermoleculares, no enlaces covalentes: se forman y rompen fácilmente.
- En el hielo, los puentes se organizan en una red cristalina hexagonal más espaciada → el hielo es menos denso que el agua líquida y flota.
- En agua líquida los puentes son dinámicos; en vapor, prácticamente ausentes.
Propiedades y su relevancia biológica
- Cohesión (agua–agua): sostiene columnas de agua sin romperse en el xilema (corriente de transpiración).
- Adhesión (agua–superficie): puentes de H con la celulosa → ascenso capilar en raíces y xilema.
- Tensión superficial: puentes laterales forman una "película" (insectos como Gerris caminan sobre ella).
- Alto calor específico (4,18 J/g/K): romper puentes cuesta energía → hábitats acuáticos térmicamente estables; la sangre reparte calor.
- Alto calor latente de vaporización (~2 260 J/g): la sudoración y la transpiración enfrían al evaporar.
- Disolvente (parcial): δ⁻/δ⁺ rodean iones y moléculas polares (cubierta de solvatación) → transporte en citoplasma, plasma y xilema. No disuelve lípidos.
El agua en las reacciones biológicas
- Condensación: Se libera H₂O al unir monómeros para formar polímeros (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos).
- Hidrólisis: Se consume H₂O al romper polímeros (digestión, hidrólisis del ATP → ADP + Pᵢ).
- Fotosíntesis — fotólisis: La energía luminosa divide el agua en los cloroplastos; el O₂ se libera como subproducto y los electrones e H⁺ reducen el CO₂.
- Respiración celular: Al final de la cadena de transporte de electrones, O₂ acepta electrones e H⁺ para formar H₂O.
Ejemplo resuelto
- Situación: Un mamífero hace ejercicio intenso y su temperatura corporal empieza a subir.
- La sangre (~90 % agua) tiene alto calor específico → absorbe el calor generado por los músculos sin que la temperatura se dispare bruscamente.
- Al mismo tiempo, el organismo suda: el alto calor latente de vaporización hace que cada gramo de sudor evaporado extraiga ~2 260 J de calor de la piel.
- Ambas propiedades emergen directamente de los puentes de hidrógeno entre moléculas polares.
En el examen IB
- Confundir cohesión con adhesión: cohesión = agua con agua; adhesión = agua con otra superficie (celulosa, vidrio). El xilema necesita ambas.
- Decir que el agua es "el disolvente universal" sin matizar: el agua no disuelve lípidos ni moléculas apolares; los examinadores penalizan la afirmación sin restricción.
- Olvidar el papel del agua en las reacciones: siempre explicitar si es reactivo (hidrólisis, fotosíntesis) o producto (condensación, respiración celular).
- Explicar el hielo flotante sin mecanismo: hay que mencionar la red cristalina hexagonal y la menor densidad del hielo, y luego conectarlo con la supervivencia de organismos bajo la capa aislante.
- Los puentes de hidrógeno son fuerzas intermoleculares, no enlaces covalentes: decir "enlace de hidrógeno" es impreciso y puede perder el mark.
- Las preguntas de Paper 2 suelen pedir dos propiedades con ejemplo específico; estudia al menos un organismo o proceso concreto para cada propiedad.