Estructura química del agua

Estructura química del agua La molécula del agua tiene un átomo de oxígeno y dos átomos de

hidrógeno. El hidrógeno tiende a ionizarse al perder su único electrón y formar iones

H+, que son protones ya que el hidrógeno no tiene neutrones. El hidrógeno se une covalentemente al oxígeno al compartir su único

electrón con éste (ya que al oxígeno requiere 2 electrones extra para formar el octeto).

Enlaces químicos en la molécula de H2O

• Solo 2 de los 6 electrones del oxígeno presentes en la capa de energía externa participan en enlaces covalentes con los hidrógenos.

http://www.chem1.com/acad/webtext/states/water.html

El agua como molécula polar

El átomo de oxígeno tiene una carga parcial negativa (δ-) debido a que es más electronegativo y atrae con mas fuerza los electrones de los átomos de hidrógeno hacia sí.

Por consiguiente los átomos de hidrógeno tienen una carga parcial positiva (δ+), es por ésto que el agua es una molécula polar.

δ-δ+

EL AGUA ES UNA MOLÉCULA POLAR

http://16kze.qataracademy.wikispaces.net/Science+7 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21595/

Arreglo tridimensional de los átomos de la molécula de agua

El arreglo geométrico de las moléculas es importante para determinar si es polar o no.

En CO2 la forma es lineal los enlaces están a 180° por lo que la polaridad se cancela.

En el agua, los enlaces tienen una angulatura de alrededor de 105° por lo que la polaridad no se cancela y la molécula es polar.

http://www.blurtit.com/q840931.html http://www.bbc.co.uk/scotland/learning/bitesize/standard/chemistry/elementsandreactions/how

Ángulo H-O-H

Los electrones que no participan en enlaces químicos se mantienen cerca del oxígeno y ejercen una repulsión con los electrones que participan en los enlaces covalentes empujando los 2 átomos de hidrógeno hacia adentro lo que da lugar al ángulo H-O-H de 104.5°.

http://www.chem1.com/acad/webtext/states/water.html

http://www.blurtit.com/q840931.html

Agua: “El Solvente Universal”

http://chsalumninews.blogspot.com/2006_10_08_archive.html

Introducción El agua es conocida como “el solvente universal”, sin

embargo sólo solutos polares son hidrofílicos, es decir se pueden disolver en el agua (del griego hydor, agua y philos, amante).

Los solutos no polares son hidrofóbicos, es decir, no se mezclan en el agua (ej, agua y aceite) (del griego fobos, temer).

Sin embargo, es considerada como el solvente universal debido a que una gran cantidad de sustancias se disuelven en agua.

La constante dieléctrica del agua explica parcialmente porqué el agua es “El Solvente

Universal” Las sales, ejemplo el NaCl (cloruro de sodio) se mantienen unidas

por fuerzas iónicas. Los iones en una molécula, compuesto o solución interactúan de

acuerdo a la Ley de Columbus:

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Dr

qkqF =

F es la fuerza entre las dos cargas eléctricas (q1 y q2), que están separadas por una distancia r. D es la constante dieléctrica del medio entre las cargas (si D es grande la fuerza entre las cargas decrece). D es una medida de las propiedades de un solvente para mantener cargas opuestas separadas. k es una constante de proporcionalidad (8.99 x 109 J·m·C-2).

Solvente Constante Momento dieléctrica dipolar (D) (debye)

Formamida 110.0 3.37Agua 78.5 1.85Dimetil sulfóxido 48.9 3.96 Metanol 32.6 1.66Etanol 24.3 1.68Acetona 20.7 2.72Amoniaco 16.9 1.47Coloroformo 4.8 1.15Eter dietílico 4.3 1.15Benceno 2.3 0.00CCL4 2.2 0.00Hexano 1.9 0.00

La alta constante dieléctrica del agua es una de las razones de porqué el agua es considerada como “El

Solvente Universal”

221

Dr

qkqF =

Si D es alta en agua por lo cual, F (fuerza con la que se mantienen 2 cargas opuestas juntas), se reducirá y el soluto se disuelve fácilmente en agua.

¿Porqué las sales se disuelven en el agua?

La constante dieléctrica del agua (D) es la más alta de un líquido puro, esto debilita las fuerzas entre los iones de la sal en agua (ejemplo NaCl en agua); lo que permite que sus cargas permanezcan separadas.

La D de solventes no polares como los hidrocarburos como hexano o benceno, es relativamente pequeña, esto hace que la fuerza entre dos iones separados a una distancia determinada, sea mucho mayor.

Consecuentemente, en solventes no polares (con D baja), los iones de cargas opuestas, se atraen tan fuertemente que forman una sal,

Otra razón de porqué el agua es considerada como “el solvente universal” es porque es una

molécula polar Debido a que el oxígeno es mas electronegativo que el hidrógeno,

los electrones de los hidrógenos son atraídos hacia el oxígeno con mas fuerza.

De ésta manera los electrones se comparten en forma desigual entre el oxígeno y el hidrógeno pasando éstos mas tiempo en los orbitales del oxígeno.

Por lo tanto la molécula del agua es polar, con carga parcialmente negativa (δ-) en el polo del oxígeno y carga parcialmente positiva (δ+) en el polo de los hidrógenos.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21595/ http://bioweb.wku.edu/courses/biol115/Wyatt/Bonds.htm

La polaridad del agua permite rodear iones positivos y iones negativos NaCl en el agua:

Esta solvatación (hidratación) de moléculas de agua atenúa las fuerzas entre los iones del NaCl

http://bitesizebio.com/articles/the-basics-how-ethanol-precipitation-of-dna-and-rna-works/

http://www.wavesignal.com/Principles/7.Solutions/Soln.html

La solubilidad de las moléculas polares en agua, depende de los grupos funcionales que contengan para formar puentes de hidrógeno

Hidroxilos (-OH), ceto (-C=O), carboxilo (-COOH) o amino (-NH2).

Dentro de las biomoléculas solubles en agua se encuentran alguna proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos.

Formación de puentes de hidrógeno

Los hidrógenos unidos covalentemente al oxígeno se unen a un oxígeno de otra molécula y viceversa formando enlaces débiles: puentes de hidrógeno.

http://thestephenation.blogspot.com/2009/09/hydrogen-bonding.html

Puentes hidrógeno

Un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo (átomo donante:D), puede formar otra asociación débil (puente de hidrógeno) con un átomo aceptor: A.

El átomo D debe de ser electronegativo de tal manera que la unión Dδ--H δ+ es polar (Como el agua). El átomo aceptor debe de ser también electronegativo y su nivel de energía externo contener al menos un par de electrones que atraen la carga parcial positiva del átomo de hidrógeno

En sistemas biológicos tanto los átomos donantes como aceptores pueden ser nitrógeno u oxígeno, especialmente los átomos de grupos amino (NH2) e hidroxilo (OH), ya que las uniones NH y OH son polares.

http://www.personal.psu.edu/staff/m/b/mbt102/bisci4online/chemistry/chemistry3.htm

Importancia de puentes de hidrógeno

Estos enlaces débiles forman un papel importante en estabilizar la forma de muchas macromoléculas en los seres vivos.

Debido a que éstos enlaces son débiles se pueden fácilmente romper y volverse a formar durante las reacciones fisiológicas.

Este hacer y deshacer de tales puentes de hidrógeno forman la esencia de la química de la vida.

http://lib.bioinfo.pl/courses/view/501

Puentes de hidrógeno estabilizan la estructura secundaria de proteínas.

En resumen, el agua se conoce como “El Solvente Universal porque:

El agua al tener una constante dieléctrica alta es capaz de separar moléculas con carga. La ionización tiene lugar rápidamente porque las fuerzas de Columbus entre cargas opuestas son debilitadas y se rompen fácilmente, ejemplo el NaCl disuelto en agua.

Por su naturaleza polar rodea iones positivos y iones negativos y da capacidad a la molécula de formar puentes de hidrógeno con un gran número de moléculas.

Bibliografía

1. Alberts, Bruce, et al. Introducción a la Biología Celular. Ed. Médica

Panamericana. 3ª Edición. 2011

2. Lodish, Harvey, et al. Biología Celular y Molecular. Ed. Médica Panamericana. 5ª Edición. 2005

Ligas• http://osmosiawater.com/water_chemistry.html

• http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.html