El Agua: Propiedades Fisicoquímicas Esenciales y su Vital Rol Biológico

Características Fisicoquímicas del Agua

Las propiedades del agua derivan de su estructura molecular. Si comparamos el agua con otros líquidos, observamos que presenta elevados puntos de fusión, ebullición, etc., así como un alto calor específico. Todo esto demuestra que el agua es un excelente **regulador térmico**, impidiendo que los seres vivos se vean afectados por cambios bruscos de temperatura.

También es notable su alta **tensión superficial**. Esto indica que la atracción entre las moléculas de agua es elevada, debido a que las moléculas de agua poseen **polaridad**. Aunque el agua tiene una carga neta de 0, los electrones del enlace son atraídos por el oxígeno, que es más electronegativo. Por lo tanto, la molécula se comporta como un **dipolo**, con una carga parcial negativa en el oxígeno y una carga parcial positiva en la bisectriz del ángulo formado por los hidrógenos.

Debido a este carácter bipolar, se producen atracciones electrostáticas entre las diferentes moléculas de agua, al interaccionar el oxígeno de una molécula con el hidrógeno de otra. Estos enlaces se denominan **puentes de hidrógeno**. Dado que los electrones se disponen sobre el átomo de oxígeno en forma tetraédrica, cada molécula de agua establece cuatro enlaces con cuatro átomos de hidrógeno de moléculas vecinas. Esto forma una **malla tridimensional**, aunque estos enlaces son de corta duración, formándose y rompiéndose continuamente. El agua es fluida y posee una gran **cohesión**.

La existencia de los puentes de hidrógeno explica que, cuando el agua se congela, los enlaces se hacen permanentes y el agua adquiere una estructura cristalina, ocupando un volumen mayor. Es importante destacar que los puentes de hidrógeno no son exclusivos del agua.

Propiedades del Agua

Solubilidad

El agua es el **disolvente por excelencia** y disuelve tanto moléculas orgánicas como inorgánicas. En el caso de los compuestos iónicos, debido a su carácter polar, el agua rodea los iones con un **manto de hidratación**, impidiendo que se atraigan entre sí. Si el ion es positivo, las moléculas de agua orientan su parte negativa hacia él; si el ion es negativo, orientan su parte positiva.

Con los compuestos no iónicos pero con carácter polar, el agua establece puentes de hidrógeno con sus grupos funcionales, y se dice que son **hidrófilos**.

Dispersante

Los compuestos que tienen grupos no polares se llaman **hidrófobos**. Sin embargo, existe otro tipo de compuestos que, además de poseer grupos hidrófobos, tienen algún grupo fuertemente polar. Estos compuestos permanecen en suspensión. A estas moléculas, que tienen una cabeza polar y una cola no polar, se les denomina **moléculas anfipáticas**, como por ejemplo, los ácidos grasos. Estas moléculas en suspensión se agrupan formando partículas llamadas **micelas**, en las que los grupos polares quedan en contacto con el agua y los no polares quedan aislados de ella.

Otro caso se da cuando los compuestos dispersos en agua tienen pesos moleculares grandes, como las proteínas. Este tipo de disoluciones se denomina **dispersiones coloidales**. Un coloide está formado por una fase dispersa y una fase dispersante, la primera contenida dentro de la segunda. Estos coloides pueden presentarse en dos estados:

• **Estado de sol**: Predomina la fase dispersante (agua) sobre la fase dispersa. Es una solución más fluida.
• **Estado de gel**: Predomina la fase dispersa (proteína) sobre la fase dispersante. Es una solución más viscosa.

Ambos estados son reversibles. Existen factores que pueden hacer variar estos estados sin necesidad de modificar la concentración, como la temperatura (Tª) o el pH.

Ionización del Agua y pH

El agua pura no solo contiene moléculas de agua (H₂O), sino que una parte de ella se encuentra disociada en iones. Debido a la pequeña masa del átomo de hidrógeno y a que su electrón está fuertemente retenido por el átomo de oxígeno, existe una tendencia a que el protón (H⁺) se separe y salte al átomo de oxígeno de una molécula de agua vecina a la que estaba unido por un puente de hidrógeno. Como resultado, se forman dos iones: el **ion hidronio** (H₃O⁺) y el **ion hidroxilo** (OH⁻). La cantidad de estos iones es muy baja; en condiciones normales, la concentración de iones hidronio es de 1x10⁻⁷ moles/litro, y la de iones hidroxilo es la misma.

Las sustancias ácidas liberan protones (H⁺), lo que provoca un aumento en la concentración de iones hidronio (H₃O⁺). Las sustancias básicas liberan iones hidroxilo (OH⁻), los cuales, al unirse a los iones hidronio, forman agua y, por lo tanto, disminuyen la concentración de hidronios. Así, la concentración de iones hidronio será la medida de la acidez (si la concentración es alta) y de la basicidad (si la concentración es baja). El **pH** mide la concentración de protones y se define como el logaritmo decimal negativo de la concentración de protones [H⁺].

Los seres vivos consiguen estabilidad en el pH mediante las **disoluciones tampón** o **amortiguadoras**, que están constituidas por un par conjugado ácido-base, es decir, un dador de protones y un aceptor. De esta manera, si se producen alteraciones en el pH, estos sistemas los neutralizan. Existen dos sistemas tampón muy comunes en los organismos vivos: el **tampón fosfato** (principalmente intracelular) y el **tampón carbonato** (principalmente intercelular).

Hidrólisis

La **hidrólisis** es un proceso que ocurre en la célula en el que interviene el agua. Consiste en la acción del agua sobre determinados enlaces, rompiendo las moléculas, es decir, hidrolizándolas, como ocurre en la reacción de hidrólisis del ATP. En este tipo de procesos, el protón (H⁺) se une a un fragmento de la molécula y el ion hidroxilo (OH⁻) al otro, resultando en la escisión del enlace.