Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida

Capítulo 3

El agua y la aptitud que
provee al ambiente para la
vida
PowerPoint® Lecture Presentations for

Biology
Eighth Edition
Neil Campbell and Jane Reece

Lectures by Chris Romero, updated by Erin Barley with contributions from Joan Sharp
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Al finalizar el capítulo debes:

1. Enumerar y explicar las cuatro propiedades
del agua que surgen de los enlaces de
hidrógeno que puede formar esta molécula.
2. Distinguir entre los siguientes términos:
sustancias hidrófilas e hidrófobas; un soluto,
un solvente, y una solución
3. Definir acido, base, y pH
4. Enumerar las amenazas principales a la
calidad del agua en el planeta


Fig. 3-1

Panorama: La molécula que sostiene la vida

• El agua es el que sostiene
la vida (medio biológico) en
la Tierra

•Todos los organismos la
requieren más que
cualquier otra sustancia

•La mayoría de las células
están rodeadas de agua y
a su vez las células son de
70–95% agua
La principal razón por la cual la Tierra es habitable es la
abundancia de agua

Concepto 3.1: La polaridad de las moléculas de
agua produce enlaces de hidrógeno
• La molécula de agua es una molécula polar:
Extremos opuestos tienen cargas opuestas
• La polaridad permite que las moléculas de
agua formen enlaces de hidrógeno con otras
moléculas de agua

Animation: Water Structure


Fig. 3-2

–
Hydrogen
+ bond
H

——
O
+ – ——
H
– +
–
+

Fig. 3-UN1

Trabajo de grupo
1. ¿Qué es electronegatividad y cómo afecta las
interacciones de las moléculas de agua?
2. ¿Por qué no es probable que dos moléculas de agua se
arreglen como aparecen en la figura de abajo?

3. ¿Cuál sería el efecto en las propiedades del agua si el
hidrógeno y el oxígeno tuvieran la misma
electronegatividad?

Concepto 3.2: Cuatro propiedades del agua que
contribuyen a la aptitud que tiene la Tierra para la
vida

• Cuatro propiedades del agua que facilitan un
ambiente propicio para la vida:
– Muestra Cohesión
– Habilidad para moderar la temperatura
– Al congelarse se expande
– Versatilidad como solvente


Cohesión

• Colectivamente, los enlaces de hidrógeno
mantienen las moléculas de agua juntas. Este
fenómeno se llama cohesión
• La cohesión ayuda a transportar agua en las
plantas en contra de la gravedad
• Adhesión es la atracción entre diferentes
sustancias, por ejemplo, entre el agua y la
pared celular de las plantas

Animation: Water Transport


Fig. 3-3

Adhesion

Water-conducting
cells

Direction Cohesion
of water
150 µm
movement

Fig. 3-4

Tensión superficial es una medida de cuán difícil es romper
la superficie de un líquido

La tensión superficial esta relacionada con la cohesión

Moderación de la temperatura

• El agua absorbe calor de aire más caliente y
libera calor almacenado hacia el aire más frío
• El agua puede absorber o liberar una gran
cantidad de calor con solamente un leve
cambio de su propia temperatura


Calor y temperatura

• Energía cinética es la energía de movimiento
• Calor es la medida de la cantidad total de
energía cinética debido al movimiento de las
moléculas
• Temperatura mide la intensidad del calor
debido al promedio de average energía
cinética de las moléculas


• La escala Celsius es una medida de
temperatura usando grados Celsius (°C)
• Una caloría (cal) es la cantidad de calor
necesario para subir la temperatura de un 1 g
de agua un 1°C
• Las “calorías” en los empaques de alimentos
son kilocalorías (kcal),
donde 1 kcal = 1,000 cal
• Un joule (J) es otra medida de energía, donde
1 J = 0.239 cal, o 1 cal = 4.184 J

El calor específico del agua

• El calor específico de una sustancia es la
cantidad de calor que se tiene que absorber o
perder para que un 1 g de esa sustancia
cambie tu temperatura 1ºC
• El calor específico del agua es 1 cal/g/ºC
• El agua resiste los cambios de su temperatura
por su alto calor específico


• El alto calor específico del agua se debe a los
enlaces de hidrógeno
– Se absorbe calor cuando se rompen enlaces
de hidrógeno
– Se libera calor cuando se forman enlaces de
hidrógeno

• El alto calor específico del agua minimiza las
fluctuaciones en la temperatura a limites que
sostienen la vida


Fig. 3-5

Burbank San Bernardino
Santa Barbara 73°
90° 100°
Los Angeles Riverside 96°
(Airport) 75° Santa Ana
Palm Springs
70s (°F) 84°
106°
80s Pacific Ocean
90s
100s San Diego 72°

40 miles

Enfriamiento que provee la evaporación

• Evaporación es la transformación de una sustancia
de líquido a gas
• Calor de vaporización es el calor que un líquido
tiene que absorber para que 1 g se convierta a gas
• Según un líquido se evapora, la superficie que queda
se enfría. Este proceso se llama enfriamiento a través
de evaporación.
• El efecto de enfriamiento a través de evaporación del
agua ayuda a estabilizar las temperaturas de los
organismo y de los cuerpos de agua


Hielo sobre los cuerpos de agua actúa como un
aislante
• El hielo flota sobre agua líquida porque sus
enlaces de hidrógeno tiene más “orden”, lo
cual hace al hielo menos denso
• El agua alcanza su mayor densidad a 4°C
• Si el hielo se hundiera, todos los cuerpos de
agua eventualmente se congelarían y la vida
sería imposible en la Tierra


Fig. 3-UN4

Ice: stable hydro- Liquid water:
gen bonds transient hydrogen
bonds

Fig. 3-6

Hydrogen
bond
Ice Liquid water
Hydrogen bonds are stable Hydrogen bonds break and re-form

El solvente de la vida

• Una solución es un líquido que contiene una
mezcla homogénea de sustancias
• Un solvente es el agente donde se disuelve
una solución
• El soluto es la sustancia que se disuelve
• Una solución acuosa es una en donde el
agua es el solvente


• El agua es un solvente versátil por su
polaridad, la cual permite que se formen
enlaces de hidrógeno fácilmente
• Cuando un compuesto iónico se disuelve en
agua, cada ión será rodeado por una esfera de
moléculas de agua llamada la capa de
hidración


Fig. 3-7

–
Na+ +
+ –
– +
– –
Na+ –
+ +

Cl– Cl– – +
– +
–
+
–
–

• El agua también puede disolver compuestos
hechos de moléculas polares no-iónicas
• Aún las moléculas grandes y polares como las
proteínas se pueden disolver en agua si tienen
regiones polares o iónicas


Fig. 3-8

(a) Lysozyme molecule in a (b) Lysozyme molecule (purple) in an aqueous (c) Ionic and polar regions
nonaqueous environment environment on the protein’s surface
attract water molecules.

Sustancias hidrófilas e hidrófugas

• Una sustancia hidrófila es aquella que tiene
afinidad con el agua
• Una sustancia hidrófuga es aquella que no
tiene afinidad con el agua
• Moléculas de aceite son hidrófugas porque
tienen enlaces no-polares
• Un coloide es una suspensión estable de
partículas finas en un líquido


Concentración de soluto en soluciones acuosas

• La mayoría de las reacciones bioquímicas
ocurren en agua
• Las reacciones químicas dependen del choque
de las moléculas y por lo tanto de la
concentración del soluto en una solución
acuosa


Concepto 3.3: Ácidos y bases afectan los
organismos
• Un átomo de hidrógeno de un enlace de
hidrógeno entre dos moléculas de agua puede
cambiar:
– El átomo de hidrógeno puede dejar su electrón
y ser transferido como un protón, ión de
hidrógeno (H+)
– La molécula que contiene el protón extra
ahora es ión de hidronio (H3O+), aunque
usualmente lo escribimos como H+
– La molécula que perdió el protón es ahora un
ión de hidróxido (OH–)

Fig. 3-UN2

H H
O H O O H O
H H H H
2H2O Hydronium Hydroxide
ion (H3O+) ion (OH–)

• El agua está en un equilibrio dinámico en
donde las moléculas de agua se disocian a la
misma tasa que se vuelven a formar


• La disociación de las moléculas de agua tiene
un efecto en los organismos
• Cambios en las concentraciones de H+ y OH–
pueden afectar la química de una célula


Efectos en los cambios de pH

• Las concentraciones de H+ y OH– son iguales
en agua pura
• Si añadimos ciertos solutos, llamados ácidos o
bases, se modificaran las concentraciones de
H+ y OH–
• Usamos la escala de pH para describir si una
solución es ácida o básica


Ácidos y Bases

• un ácido es cualquier sustancia que aumenta
la concentración de H+ de una solución
• una base es cualquier sustancia que reduce la
concentración de H+ de una solución


Fig. 3-UN5
0
Acidic
[H+] > [OH–]
Acids donate H+ in
aqueous solutions

Neutral
[H+] = [OH–] 7

Bases donate OH–
or accept H+ in
Basic aqueous solutions
[H+] < [OH–]
14

Fig. 3-9
pH Scale
0

1
Battery acid
Gastric juice,
2 lemon juice

Increasingly Acidic
H+
H+

[H+] > [OH–]
+
– H
H+ OH 3 Vinegar, beer,
+
OH– H H+ wine, cola
H+ H+

Acidic 4 Tomato juice
solution
Black coffee
5
Rainwater

OH–
6 Urine
Saliva
Mayoría de
OH– Neutral
H+ H+ OH
–
OH– OH +
–
[H+] = [OH–]
7 Pure water
Human blood, tears
las
H
soluciones
+
H
H+
8 Seawater
Neutral
solution Increasingly Basic
[H+] < [OH–] 9
biológicas
10
Milk of magnesia
OH–
OH–
OH–
11
H+ OH–
OH– OH– Household ammonia
–
H+ OH
12
Basic
solution Household
13 bleach
Oven cleaner
14

Amortiguadores (buffers)

• El ambiente interno de la mayoría de las
células se mantiene cerca a un pH 7
• Amortiguadores son sustancias que
minimizan los cambios en concentraciones de
H+ y OH– en una solución


Amenazas a la calidad del agua en la Tierra

• Lluvia ácida puede ser lluvia, nieve, o neblina
con un pH menor de 5.6
• Lluvia ácida es causada por la mezcla de
diferentes contaminantes con el agua en el aire
y esta puede caer lejos de su fuente
• Lluvia ácida daña la vida en los cuerpos de
agua
• Los efectos de la lluvia ácida en la química de
los suelos ha contribuido a la disminución de
ciertos bosques

Fig. 3-10

0 More
1 acidic
2
3 Acid
4 rain
5
Normal
6 rain
7
8
9
10
11
12
13 More
14 basic

• Actividades humanas, como la quema de
combustible fósil amenaza la calidad del agua
• CO2 es liberado por la quema de combustible
fósil y contribuye a:
– Un calentamiento de la tierra llamado efecto de
invernadero (“greenhouse” effect)
– Acidificación de los océanos; esto lleva a que
los corales no puedan formar colares
calcificados


Fig. 3-11a

EXPERIMENT

Fig. 3-11b

RESULTS

40
Calcification rate

per m2 per day)
(mmol CaCO3

20

0
150 200 250 300
[CO32–] (µmol/kg)

Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Destacado

Destacado (20)

Similar a Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida

Similar a Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida (20)

Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida