importancia, características físicas y químicas

1. Biología
El Agua
Docentes: Curso de Fortalecimiento

2. • El agua (del latín aqua = agua de vida) es una
sustancia cuya molécula está formada por dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O).
• La naturaleza físico-química del agua, así
como su abundancia y distribución, hacen de
esta especie química la más importante de
todas las conocidas.
INTRODUCCIÓN

3. ¿Por qué el agua es tan importante para la
vida?
– El agua interactúa con muchas otras moléculas.
– Las moléculas de agua tienden a mantenerse unidas.
– Las soluciones en agua pueden ser ácidas, básicas y
neutras.
– Los amortiguadores ayudan a mantener las
soluciones en un pH relativamente constante.
– El agua modera los efectos de los cambios de
temperatura.
– El agua forma un sólido singular: el hielo.

4. AGUA
• sustancia más abundante en la naturaleza
• 50-95% de sistemas vivos.
• ¾ partes de la tierra.

5. Estructura del Agua
Formula: H2O
Modelo compacto.
Modelo con enlaces.

6. FIGURA 2-6b Los enlaces covalentes implican compartir
electrones entre átomos

7. Radicales libres
• Algunas reacciones celulares producen
radicales libres.
– Radical libre: molécula que tiene átomos con
uno o más electrones impares en sus capas
externas.

8. • Los radicales libres son altamente
inestables y reactivos.
– Los radicales libres roban electrones y
destruyen a otras moléculas.
– Los ataques de las radicales libres pueden
provocar la muerte celular.
Radicales libres

9. • Las radicales libres contribuyen a una
amplia gama de padecimientos humanos,
como enfermedades del corazón, el mal
de Alzheimer, cáncer y envejecimiento.
• Los antioxidantes, como las vitaminas E y
C, pueden evitar el daño de las radicales
libres.
Radicales libres

10. Puentes de hidrógeno
• Las moléculas polares, como las de agua,
tienen una carga parcial negativa.
• Los puentes de hidrógeno se forman
cuando los átomos con carga parcial
opuesta se atraen entre sí.
– Los átomos de hidrógeno con carga parcial
positiva de una molécula de agua atraen a los
átomos de oxígeno con carga parcial negativa
de otra

11. FIGURA 2-10 Puentes de
hidrógeno
Al igual que los niños que se
toman con las manos sudorosas,
las cargas parciales en diferentes
partes de las moléculas de agua
producen fuerzas de atracción
débiles llamadas puentes de
hidrógeno (líneas punteadas)
entre los átomos de oxígeno y de
hidrógeno en moléculas de agua
contiguas. Conforme el agua
fluye, dichos puentes se rompen y
se vuelven a formar una y otra
vez.

12. • Las moléculas de agua se atraen entre sí. Ese
enlace, conocido como enlace por puentes de
hidrógeno, es intermolecular y es bastante
más débil que el enlace covalente entre los
componentes de la molécula.
Puentes de Hidrógeno

13. • Las moléculas biológicas polares pueden
formar puentes de hidrógeno con el agua,
entre sí, o incluso dentro de la misma
molécula.
• Los puentes de hidrógeno son un tanto
débiles, pero en conjunto pueden ser muy
fuertes.
Puentes de hidrógeno

14. • Densidad
• Tensión superficial
• Viscosidad
• Compresibilidad
• Calor específico
• Conductividad térmica
• Velocidad del sonido en el agua
PROPIEDADES FÍSICAS

15. • Cantidad de masa en un determinado
volumen de una sustancia:
• Cuando el agua a 0ºC se transforma en hielo, a
temperatura constante, la densidad disminuye
alrededor del 10% debido a la expansión que
tiene lugar en este cambio de fase. Si
seguimos enfriando la densidad ira
disminuyendo hasta los 210ºC donde está el
mínimo de densidad.
DENSIDAD

16. • El agua debe extraer una cantidad
considerablemente grande de energía de
las moléculas de agua líquida, para poder
congelarlas (calor de fusión).
• El agua se congela más lentamente que
muchos otros líquidos.
El agua modera la temperatura

17. El agua forma un sólido singular: el
hielo
• Casi todos los líquidos se vuelven más
densos al solidificarse.
• El hielo es un tanto peculiar porque es
menos denso que el agua líquida.

18. • Las moléculas de agua se mantienen
ligeramente más alejadas durante el
proceso de congelación.
El agua forma un sólido singular: el
hielo

19. • El hielo flota en el agua líquida.
• Los estanques y lagos se congelan de
abajo hacia arriba, pero nunca hasta el
fondo.
– Por consiguiente, muchas plantas y peces
no se congelan.
El agua forma un sólido singular: el
hielo

20. • Congelamiento.
Cambio de líquido a sólido
Hasta 4ºC > densidad (agua se hunde)
0ºC < densidad y > volumen (hielo flota)

21. FIGURA 2-17 Agua (izquierda) y hielo (derecha).

22. • El agua tiene una gran
atracción entre las
moléculas de su
superficie, creando
tensión superficial.
• Debido a su elevada
tensión superficial se ve
muy afectada por
fenómenos de
capilaridad.
• Las gotas de agua son
estables también debido
a su alta tensión
superficial.
TENSIÓN SUPERFICIAL

23. FIGURA 2-13a Cohesión entre moléculas de agua. Manteniéndose a flote gracias
a la tensión superficial, la araña pescadora corre sobre el agua para atrapar un
insecto.

24. Las moléculas de agua tienden a
mantenerse unidas
• Los puentes de hidrógeno entre las
moléculas de agua producen gran
cohesión.
– La cohesión del agua explica cómo las
moléculas de agua pueden formar una
cadena para llevar la humedad a la parte
superior de un árbol.

25. • La propiedad de adhesión es la tendencia
que tienen las moléculas de agua a
pegarse a superficies polares o con
cargas pequeñas.
– La adhesión ayuda al agua a moverse dentro
de los delgados tubos de las plantas hasta
llegar a las hojas.
Las moléculas de agua tienden a
mantenerse unidas

26. FIGURA 2-13b Cohesión entre moléculas de agua
En las secuoyas gigantes, la cohesión mantiene juntas las moléculas de agua en
hilos continuos, que van de las raíces a las hojas más altas, las cuales pueden
alcanzar hasta 90 metros de altura.

27. • La viscosidad (oposición del fluido a las
deformaciones)
• El agua a temperatura ambiente (20 °C) es de
0,0100 poises; en el punto de ebullición (100 °C)
disminuye hasta 0,0028 poises.
• Por lo tanto se deduce que la viscosidad del agua
disminuye con un aumento de la temperatura. Y
en relación con la presión, la viscosidad decrece
al aumentar la presión, siendo el único líquido
conocido que tiene esta anomalía.
VISCOSIDAD

28. • Propiedad de la materia a la cual se debe que
todos los cuerpos disminuyan de volumen al
someterlos a una presión o compresión
• La compresibilidad del agua tiene un gran
interés, ya que si la misma fuese cero, el nivel
de las aguas del mar en la tierra estaría
aproximadamente 40m más alto, por lo que el
área total de tierras sin sumergir se reduciría a
la mitad.
COMPRESIBILIDAD

29. • El calor específico del agua se define como la
cantidad de energía necesaria para elevar la
temperatura, en un grado Celsius, a un gramo
de agua en condiciones estándar y es de 1
cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/C•g.
CALOR ESPECÍFICO
• Las temperaturas muy altas o muy bajas
llegan a dañar enzimas que dirigen las
reacciones químicas indispensables para
la vida.

30. • El agua modera los efectos de los
cambios de temperatura.
– La temperatura refleja la rapidez de las
moléculas.
– Una caloría de energía, eleva 1°C la
temperatura de 1 gramo de agua (calor
específico); así que calienta muy lentamente.
El agua modera la temperatura

31. • El agua requiere de mucha energía para
convertir un líquido en gas (calor de
vaporización).
– Cuando el agua se evapora, utiliza el calor de
sus alrededores y los enfría (como ocurre
cuando sudamos).
El agua modera la temperatura

32. • Debido a que el cuerpo humano está
compuesto en su mayoría por agua, una
persona que toma un baño de sol puede
absorber mucha energía del calor sin que su
temperatura se eleve demasiado.
El agua modera la temperatura

33. FIGURA 2-16 El alto calor específico y el calor de vaporización del agua influyen en la
conducta humana
a) Como nuestros cuerpos están compuestos en su mayoría por agua, quienes toman el
sol pueden absorber mucho calor sin aumentar drásticamente su temperatura corporal,
como resultado del elevado calor específico del agua. b) El alto calor de vaporización del
agua (enfriamiento por evaporación) y el calor específico, en conjunto, hacen que el
agua sea un refrigerante muy efectivo para un día caluroso.

34. • Fusión
fusión y congelamiento es 0º
(agua: elimina calor al aire = hielo)
(hielo: toma calor del aire = agua)

35. • Capacidad de conducir calor por cinética (por
contacto a moléculas adyacentes)
• La variación de la conductividad térmica del
agua no es lineal, alcanzando un máximo
cerca de 130º C.
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

36. • Capacidad de propagar el sonido en un medio.
• La velocidad del sonido en el agua aumenta
con la temperatura hasta llegar a un máximo
cercano a 75º C a partir de aquí disminuye.
• En agua salada, el sonido viaja a
aproximadamente a 1500 m/s y en agua dulce
a 1435 m/s. Estas velocidades varían
principalmente según la presión, temperatura
y salinidad.
VELOCIDAD DEL SONIDO EN EL AGUA

37. • Composición
• Reacciones
• pH
• Dureza
PROPIEDADES QUÍMICAS

38. COMPOSICIÓN

39. • Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman
ácidos oxácidos.
• Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el
agua para formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en
el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con
gran facilidad.
• Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacen a
temperatura elevada.
• El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los
halógenos.
• El agua forma combinaciones complejas con algunas sales,
denominándose hidratos. En algunos casos los hidratos pierden
agua de cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son
eflorescentes.
• Hay sustancias que tienden a tomar el vapor de agua de la
atmósfera y se llaman hidrófilas y también higroscópicas.
REACCIONES

40. • El agua pura tiene un pH de 7,0.
• El agua con un nivel de pH menor a eso se
considera ácida y si es mayor a 7,0 se
considera alcalina o base.
• El pH del agua potable natural debe estar
entre 6,5 y 8,5.
• Las fuentes de agua dulce con un pH inferior a
5,0 o mayor a 9,5 no soportan vida vegetal ni
especies animales.
pH

41. Soluciones ácidas, básicas, y
neutras
• Una pequeña fracción de moléculas de
agua se divide en iones:
H2O  OH- + H+

42. • Las soluciones en las que H+ > OH- son
ácidas.
– Por ejemplo, el ácido clorhídrico se ioniza en
agua:
HCl  H+ + Cl-
– El jugo de limón y el vinagre son soluciones
ácidas producidas de manera natural.
Soluciones ácidas, básicas, y
neutras

43. • Las soluciones en las que OH- > H+ son
básicas.
– Por ejemplo, el hidróxido de sodio se ioniza en
agua:
NaOH  Na+ + OH-
– El bicarbonato de sodio, el blanqueador con
cloro, y el amoniaco casero son soluciones
básicas.
Soluciones ácidas, básicas, y
neutras

44. • El grado de acidez de una solución se
expresa en la escala de pH.
– pH 0-6 son ácidas (H+ > OH-)
– pH 7 es neutra (H+ = OH-)
– pH 8-14 es básica (OH- > H+)
Soluciones ácidas, básicas, y
neutras

45. FIGURA 2-15 La escala de pH
La escala de pH refleja la concentración de iones hidrógeno en una solución. El pH (escala superior) es el valor negativo de la
concentración de H+ (escala inferior). Cada unidad de la escala representa un cambio de 10 veces. El jugo de limón; por
ejemplo, es cerca de 10 veces más ácido que el jugo de naranja, en tanto que las lluvias ácidas más graves e intensas en el
noreste de Estados Unidos son casi 1000 veces más ácidas que la lluvia normal. Con la excepción del interior de nuestro
estómago, casi todos los fluidos del cuerpo humano están ajustados con gran precisión a un pH de 7.4.

46. Los amortiguadores mantienen un
pH constante
• Un amortiguador es un compuesto que
tiende a mantener una solución a un pH
constante captando o liberando H+, en
respuesta a cambios pequeños en la
concentración de H+.
• El amortiguador de bicarbonato de tu
sangre evita que ocurran cambios en el
pH.

47. • Por ejemplo, si la sangre se vuelve
demasiado ácida, el bicarbonato acepta
H+ para formar ácido carbónico:
HCO3
- + H+  H2CO3
bicarbonato ion hidrógeno ácido carbónico
Los amortiguadores mantienen un
pH constante

48. • Si la sangre se vuelve demasiado básica,
el ácido carbónico libera iones hidrógeno,
los cuales se combinan con los iones
hidróxido en exceso para formar agua:
H2CO3 + OH-  HCO3
- + H2O
ácido carbónico ion hidróxido bicarbonato agua
Los amortiguadores mantienen un
pH constante

49. • Se denomina dureza del agua a la concentración de
compuestos minerales que hay en una determinada
cantidad de agua.
• Se calcula, genéricamente, a partir de la suma de las
concentraciones de calcio y magnesio existentes
(miligramos) por cada litro de agua; que puede ser
expresado en concentraciones de CaCO3.
• Los coeficientes se obtienen de las proporciones entre
el peso molecular del CaCO3 y los pesos moleculares
respectivos: 100/40 (para el Ca++); y 100/24 (para el
[Mg++]).
DUREZA

50. • Acción disolvente.
• Fuerza de cohesión entre sus moléculas.
• Elevada fuerza de adhesión.
• Elevada constante dieléctrica.
• Bajo grado de ionización.
PROPIEDADES FISICO- QUÍMICAS DEL
AGUA

51. • El agua es el líquido que más sustancias
disuelve (disolvente universal), se debe a
los puentes de hidrógeno que forma con
otras sustancias, ya que estas se
disuelven cuando interaccionan con las
moléculas polares del agua.
ACCIÓN DISOLVENTE.

52. El agua interactúa con muchas
moléculas
• El agua es un excelente disolvente.
– Puede disolver una amplia gama de sustancias
para formar soluciones.

53. FIGURA 2-11 El agua como disolvente

54. • Las moléculas que se disuelven en agua
son hidrofílicas.
– Las moléculas de agua, entre ellas los
azúcares y los aminoácidos, rodean a los iones
o moléculas polares y los disuelven.
El agua interactúa con muchas
moléculas

55. FIGURA 3-3 Azúcar que se disuelve

56. • Las moléculas que no se disuelven en agua
son hidrofóbicas.
– Las moléculas de agua repelen a las moléculas
no polares sin carga, como las grasas y los
aceites.
– La tendencia, de las moléculas no polares, a
agruparse se llama interacción hidrofóbica.
El agua interactúa con muchas
moléculas

57. FIGURA 2-12 El agua y el
aceite no se mezclan
Se vertió aceite amarillo en
este vaso de precipitados con
agua y el aceite sube hacia la
superficie. El aceite flota
porque es más ligero que el
agua y forma gotitas debido a
que es una molécula no polar
hidrofóbica, la cual no es
atraída hacia las moléculas
polares del agua.

58. • Los puentes de hidrógeno mantienen a
las moléculas fuertemente unidas,
formando una estructura compacta que
la convierte en un líquido casi
incompresible.
FUERZA DE COHESIÓN ENTRE SUS
MOLÉCULAS.

59. • De nuevo los puentes
de hidrógeno del agua
son los responsables, al
establecerse entre estos
y otras moléculas
polares, y es
responsable, junto con
la cohesión de la
capilaridad.
ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN.

60. • Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran
medio disolvente de compuestos iónicos, como las
sales minerales, y de compuestos covalentes polares.
• Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen
alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a
desdoblar los compuestos iónicos en aniones y
cationes, que quedan así rodeados por moléculas de
agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.
ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA.

61. BAJO GRADO DE IONIZACIÓN.

62. • Agua de mar
• Agua dulce
• Aguas residuales
TIPOS DE AGUA