Importancia del agua
El agua, una molécula de estructura simple pero de comportamiento extraño, puede ser considerada como el líquido de la vida: los organismos vivos dependen absolutamente de ella para su existencia. No sólo es la molécula más abundante en la biosfera, donde se la encuentra en sus tres estados, sino que además es el componente mayoritario de los seres vivos, en los cuales constituye entre el 65 y el 95% de la masa de las células y de los tejidos. El agua es, entonces, el componente esencial de la estructura y de la función de los tejidos de los seres vivos. El agua es también considerada el soporte de donde surgió la vida.
Composición del agua
La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por un enlace covalente. Es decir, los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno se unen compartiendo electrones. Su fórmula es H2O.
Mediante análisis espectroscópico y de rayos X se ha determinado el ángulo de enlace entre el hidrógeno y el oxígeno, que es de 104.5°, y la distancia media entre los átomos de hidrógeno y oxígeno, que es de 96.5 pm o, lo que es lo mismo, 9.65·10-8 milímetros.
La disposición de los electrones en la molécula de agua le comunica asimetría eléctrica por la diferente electronegatividad del hidrógeno y del oxígeno. La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer los electrones compartidos en un enlace covalente.
Disolvente
El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchos de los compuestos conocidos. Sin embargo, no lo es (aunque es tal vez lo más cercano), porque no disuelve a todos los compuestos y, de hacerlo, no sería posible construir ningún recipiente para contenerla.
El agua es un disolvente polar, más polar, por ejemplo, que el etanol. Como tal, disuelve bien sustancias iónicas y polares, como la sal de mesa (cloruro de sodio). No disuelve, de manera apreciable, sustancias fuertemente apolares, como el azufre en la mayoría de sus formas alotrópicas, además, es inmiscible con disolventes apolares, como el hexano. Esta cualidad es de gran importancia para la vida.
Polaridad
La molécula de agua es muy polar, puesto que hay una gran diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. Los átomos de oxígeno son mucho más electronegativos (atraen más a los electrones) que los de hidrógeno, lo que dota a los dos enlaces de una fuerte polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado del hidrógeno
Propiedades físicas y químicas
El agua es inodora, incolora, e insípida, es decir, no tiene un olor propio, no tiene color ni sabor. Su importancia reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua
Características de la molécula del agua
El agua no tiene un valor energético, porque durante su utilización biológica no llega a sufrir cambios químicos. Las principales funciones biológicas del agua estriban fundamentalmente en su capacidad para transportar diferentes sustancias a través del cuerpo, disolver otras y mantenerlas tanto en solución como en suspensión coloidal, es posible para el agua presentar estas propiedades gracias a que esta permanece en estado líquido en un intervalo relativamente amplio además de actuar como un excelente disolvente.
Enlace por puente de hidrógeno
Un enlace por puente de hidrógeno o enlace de hidrógeno es la fuerza atractiva entre un átomoelectronegativo y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo. Resulta de la formación de una fuerza dipolo-dipolo con un átomo de hidrógeno unido a un átomo de nitrógeno, oxígeno, flúor o cloro
Ejemplo
Por ejemplo en la ecuación ajustada siguiente:
la producción de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2.
Por lo tanto, en esta reacción tenemos que: “2 moles de H2, 1 mol de O2 y 2 moles de H2O” son cantidades estequiométricamente equivalentes.
Estas relaciones estequiométricas, derivadas de las ecuaciones ajustadas, pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos.
Hidratación
El término hidratación suele usarse para referirse a las reacciones de hidratación. Este tipo de reacción consiste en la adición de una o más moléculas de agua a un determinado compuesto. Si la hidratación se produce en un mineral se le denomina hidratación mineral.
Concepto de solución
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y esta presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.
Concepto de concentración
La concentración es la proporción que existe entre la cantidad de soluto (la sustancia que se disuelve) y la cantidad de disolvente (la sustancia que disuelve al soluto) en una disolución. A menor proporción de soluto disuelto, menor concentración, y viceversa.
Tipos de concentración:
Porcentaje en masa
También conocido como porcentaje en peso o peso porcentual. Y es la relación de la masa de un soluto en la masa de la disolución, multiplicada por 100%.
Al ser una relación de unidades semejantes no tiene, por tanto, unidades.
Molaridad (M)
Se puede definir como el número de moles de soluto que hay en un litro de disolución, es decir:
Las unidades de la molaridad son, por ello, moles/L.
El petróleo: características: es menos denso que el agua, olor específico, inflamable. Uso: ropas, cosméticos, lubricantes, cera, etc.
El petróleo es un líquido formado por una mezcla de hidrocarburos. En las refinerías se separan del petróleo distintos componentes como gasolina, gasoil, fueloil y asfaltos, que son usados como combustibles. También se separan otros productos de los que se obtienen plásticos, fertilizantes, pinturas, pesticidas, medicinas y fibras sintéticas.
Gas natural
El gas natural está formado por un pequeño grupo de hidrocarburos: fundamentalmente metano con una pequeña cantidad de propano y butano. El propano y el butano se separan del metano y se usan como combustible para cocinar y calentar, distribuidos en bombonas. El metano se usa como combustible tanto en viviendas como en industrias y como materia prima para obtener diferentes compuestos en la industria química orgánica. El metano se distribuye normalmente por conducciones de gas a presión (gaseoductos).
Principales características de las biomoléculas:
1. Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos.
2. Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C-C-C- para formar compuestos con número variable de carbonos.
3. Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C, C y O, C y N, así como estructuras lineales ramificadas cíclicas, heterocíclicas, etc.
4. Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.
Funciones de las proteínas: Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan la enzimática, hormonal, transportadora (hemoglobina), defensiva (anticuerpos), estructural (colágeno), etc.
Lípidos: Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Pueden ser insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina, el alcohol, el benceno y el cloroformo.
Ácido nucleico:
Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes
Glúcidos:
Los glúcidos, mal denominados hidratos de carbono, carbohidratos o sacáridos son una clase de biomoléculas. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía; otras formas son las grasas y, en menos medida, las proteínas.
Formula: Cn(H2O)n
Reacción exotérmica
Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía. El prefijo exo significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las reacciones exotérmicas son aquellas que liberan energía en forma de calor.
Reacción endotérmica
Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía.
Si hablamos de entalpía (H), una reacción endotérmica es aquélla que tiene un incremento de entalpía o ΔH positivo. Es decir, la energía que poseen los productos es mayor a la de los reactivos.
Ejemplos de proceso endotérmicos y exotérmicos:
Combustión: exotérmico
Congelar agua: exotérmico
Fundir hielo: endotérmico
Hervir agua: endotérmico
Condensar vapor de agua: exotérmico
Quemar papel: exotérmico.
Quemar papel= combustión.
Exotérmico= Liberan calor
Endotérmico= absorben calor.
Simplemente para fundir hielo necesitas meterle calor, para congelar agua necesitas quitarle calor, basate en ese concepto.Combustión: exotérmico
Congelar agua: exotérmico
Fundir hielo: endotérmico
Hervir agua: endotérmico
Condensar vapor de agua: exotérmico
Quemar papel: exotérmico.
Teoría de Arrhenius
Arrhenius definió los ácidos como electrolitos que contienen hidrógeno y que, disueltos en agua, producen una concentración de iones hidrógeno o protones, H+, mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius definió una base como una sustancia que disuelta en agua producía un exceso de iones hidróxido, OH– (también llamados aniones hidroxilo).
La teoría de Arrhenius ha sido objeto de críticas. La primera es que el concepto de ácido se limita a especies químicas que contienen hidrógeno y el de base a las especies que contienen iones hidróxido. La segunda crítica es que la teoría solo se refiere a disoluciones acuosas, cuando en realidad se conocen muchas reacciones ácido-base que tienen lugar en ausencia de agua.
Ácidos y Bases. Teoría de Brönsted – Lowry
En esta teoría, enunciada simultáneamente por Brönsted y Lowry, un ácido es toda sustancia capaz de ceder protones o hidrogeniones (H+) y base toda sustancia capaz de tomarlos.
Debe existir por lo tanto una sustancia capaz de tomar los protones que otra libera, por lo que se habla de pares ácido – base conjugados. Si se trata de una disolución acuosa de la sustancia, es el agua (que tiene carácter anfótero) la que toma o libera los H+ pasando a OH– o H3O+ (hidronio).