¿Por qué el hielo flota sobre el agua?

Al congelarse, las moléculas de agua forman el máximo número de puentes de hidrógeno, lo que las separa y hace que el hielo sea menos denso que el agua líquida. Por eso flota sobre su superficie.

¿Por qué el agua tiene un calor específico tan elevado?

Gran parte del calor absorbido se emplea en romper los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas de agua, en lugar de aumentar la temperatura.

Propiedades físico-químicas del agua y su importancia biológica

Resumen

El documento describe las principales propiedades físico-químicas del agua, como su estado líquido a temperatura ambiente, su elevado calor específico y de vaporización, su capacidad como disolvente y su cohesión, adhesión y densidad anómala. Explica cómo cada propiedad se relaciona con los puentes de hidrógeno y con las funciones del agua en los seres vivos. Incluye también una breve referencia a compuestos biológicos como la hemicelulosa, las gomas, los mucílagos, los mucopolisacáridos y la heparina.

Puntos clave

El agua es líquida a temperatura ambiente gracias a los puentes de hidrógeno, que forman grupos de 3 a 9 moléculas.
Su elevado calor específico actúa como amortiguador térmico de los organismos frente a cambios bruscos de temperatura.
El calor de vaporización del agua (540 cal/g) permite enfriar el cuerpo con poca pérdida de agua, como en la sudoración y la transpiración.
Por ser un dipolo, el agua es un disolvente casi universal que transporta nutrientes y desechos y sirve de medio para las reacciones metabólicas.
La cohesión y adhesión dan al agua alta tensión superficial, viscosidad y un comportamiento poco compresible como medio de soporte.
El hielo es menos denso que el agua líquida, por lo que flota y permite la vida bajo la capa helada en lagos, ríos y mares.

Ponte a prueba

Propiedades Físico-Químicas del Agua

1. Estado líquido a temperatura ambiente

A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar si se consideraran otras moléculas de parecido peso molecular que son gases. Entre las moléculas de agua se establecen puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3 a 9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y que el agua se comporte como un líquido.

2. Elevado calor específico

El calor específico se define como la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de una sustancia para elevar su temperatura 1 °C. En el caso del agua es muy elevado, ya que gran parte del calor absorbido se utiliza para romper los puentes de hidrógeno que mantienen juntas las moléculas de agua. Esta propiedad hace del agua un buen amortiguador térmico de los organismos frente a los cambios bruscos de temperatura.

3. Elevado calor de vaporización

Se define como la cantidad de calor necesaria para evaporar a temperatura de ebullición 1 g de una sustancia. También en el agua es elevado (540 cal/g), ya que los puentes de hidrógeno atraen las moléculas de agua líquida entre sí y hacen difícil el escape de estas como vapor.

Esta propiedad permite a los cuerpos enfriarse mucho con una mínima pérdida de agua, fenómeno que es ampliamente utilizado por mamíferos (sudoración) y reptiles y aves (transpiración por la boca abierta), y puede ser importante en la refrigeración de hojas.

4. Disolvente casi universal

Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente no solo de compuestos iónicos, sino también de compuestos covalentes polares (glúcidos). El proceso de disolución se debe a que las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando en el caso de los compuestos iónicos a desdoblarlos en aniones y cationes, que quedan rodeados por moléculas de agua. Esta propiedad le permite desarrollar las siguientes funciones en los seres vivos:

Transporta en disolución o dispersión tanto nutrientes como productos de desecho de las células.
Constituye el medio en el que tienen lugar las reacciones químicas del metabolismo celular.

5. Elevada fuerza de cohesión y adhesión

Los puentes de hidrógeno hacen que las moléculas se peguen entre sí (cohesión) y también a otras moléculas (adhesión). Esta propiedad convierte al agua en un líquido que no se comprime fácilmente y por eso es un excelente medio de soporte. También explica que el agua tenga una elevada tensión superficial, es decir, que la superficie opone gran resistencia a romperse. También es viscosa, siendo un útil lubricante en sistemas biológicos.

6. Densidad y propiedades de congelación

A medida que el agua se enfría hacia su punto de congelación, las moléculas individuales se mueven más despacio, lo suficiente como para que cada una forme su máximo número de puentes de hidrógeno. El resultado de esta ordenación es que el agua se expande según se congela, resultando que el hielo es menos denso que el agua líquida y, por tanto, flota sobre su superficie. Esta propiedad permite formar una capa superficial termoaislante que permite la vida bajo ella en ríos, mares y lagos de zonas muy frías. Si el hielo fuera más denso que el agua, acabaría helándose toda el agua.

Importancia de otros compuestos biológicos

a) En plantas y algas

Hemicelulosa: Es uno de los componentes de la pared celular de los vegetales, junto a la celulosa.
Gomas: Forman parte de algunas secreciones vegetales y se considera que desempeñan un papel defensivo, por ejemplo, para taponar heridas en las plantas.
Mucílagos.

b) En los animales

Mucopolisacáridos: Forman disoluciones de aspecto viscoso. Forman parte de las mucinas.
Heparina: Su función es impedir la coagulación.