L'Aigua: Propietats, Importància Biològica i pH

L'Aigua: Molècula Essencial

L'aigua és una molècula formada per un àtom d'oxigen (amb càrrega negativa) i dos àtoms d'hidrogen (amb càrrega positiva). Aquests estan units a l'oxigen per enllaços covalents, i les molècules s'enllacen entre elles mitjançant ponts d'hidrogen.

El 70% del pes cel·lular està format per molècules d'aigua, essent així la molècula més abundant.

Existeixen productes resultants de la dissociació iònica d'algunes de les seves molècules, com per exemple els ions H₃O⁺ (hidroni) i OH⁻ (hidroxil).

En ser una molècula bipolar, es formen enllaços d'hidrogen entre les molècules d'aigua. Gràcies a aquests enllaços, les molècules estan constantment en moviment, la qual cosa fa que l'aigua es trobi en estat líquid.

Importància Biològica de l'Aigua

• És un medi de dissolució essencial on es duen a terme els processos químics vitals.
• És el medi vital tant per a organismes unicel·lulars com aquàtics, fent possible l'origen i manteniment de la vida.

Propietats Físico-Químiques Clau

Cohesivitat

La cohesivitat és deguda als ponts d'hidrogen entre les molècules d'aigua i és responsable d'importants característiques d'aquesta.

És també responsable que l'aigua sigui líquida a temperatura ambient, pràcticament incompressible i capaç de donar volum i turgència a les cèl·lules.

Altres Propietats Tèrmiques

• Elevat punt de fusió: 0 °C (a 1 atm).
• Elevat punt d'ebullició: 100 °C (a 1 atm).
• Elevada calor específica: És capaç d'emmagatzemar molta calor, fet molt important per a la regulació tèrmica dels organismes i del clima.
• Elevada calor de vaporització: Permet la refrigeració eficaç per evaporació (com la suor).

Capacitat Dissolvent

L'aigua és considerada el "dissolvent universal" per la seva capacitat de dissoldre moltes substàncies:

• Substàncies solubles (hidròfiles): Ions inorgànics i molècules orgàniques polars (amb grups funcionals com -OH, -COOH, -NH₂).
• Substàncies insolubles (hidròfobes): Molècules apolars (riques en C i H, com els lípids i greixos).

Les macromolècules, com les proteïnes, no es dissolen completament, sinó que formen dispersions col·loidals. Aquestes dispersions poden existir en estat de sol (fluid) o gel (viscós), amb transicions reversibles influenciades per la temperatura i el pH.

Interacció amb Lípids: Amfipatia

Els lípids anfipàtics (amb una part polar hidròfila i una part apolar hidròfoba) interaccionen de maneres específiques amb l'aigua:

• Formen monocapes en la interfície aigua-aire: la part polar contacta amb l'aigua i l'apolar queda fora.
• Formen bicapes lipídiques en medis aquosos: els grups apolars s'amaguen a l'interior, i els polars queden exposats a l'aigua a banda i banda. Aquesta és l'estructura bàsica de les membranes cel·lulars.
• Formen micel·les: estructures esfèriques amb un interior hidrofòbic (cues apolars) i una superfície hidròfila (caps polars).
• Formen liposomes: vesícules amb una bicapa lipídica tancada que envolta un compartiment aquós intern. A diferència de les micel·les, tenen aigua a l'interior.

El pH i l'Aigua

El pH (potencial d'hidrogen) és una mesura de l'acidesa o alcalinitat d'una dissolució aquosa. És un factor crucial en molts processos biològics, incloent-hi l'obtenció d'energia (fotosíntesi, respiració cel·lular). L'escala de pH va típicament de 0 a 14:

• Un pH inferior a 7 indica una solució àcida (alta concentració de H₃O⁺).
• Un pH igual a 7 indica una solució neutra.
• Un pH superior a 7 indica una solució bàsica o alcalina (alta concentració de OH⁻).

L'aigua pura a 25 °C té un pH de 7, la qual cosa significa que és neutra, ja que la concentració d'ions H₃O⁺ i OH⁻ és igual.