Agua Agua Dra. Edith Ponce A. Es la sustancia más abundante en la biosfera la encontramos en sus tres estados comprende del 65 y el 95% del peso de la mayor parte de las formas vivas Sus propiedades físicas y químicas son únicas y responsables de su función biológica. Estructura del agua enlace covalente polar (100 kcal/mol). orbítales híbridos sp 3 momento dipolar = 1.84 metano amoniaco agua CH 4 NH 3 H 2 O E disociación 104 103 118 (kcal/mol) H- - --- X( A) 1.10 1.01 0.96 ángulo H- - X-- H 109.5 107 104.5 ángulo entre los enlaces H- O-H es de 104.5 Estructura del agua tetraédrica debido a los orbítales híbridos sp3 del oxígeno Estructura del agua el O es más electronegativo y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. molécula polar, 1s 2s 2p sp3 dipolo 1
Valores de momentos dipolares H 2 = 0 HF = 1.75 O 2 = 0 H 2 O =1.84 N 2 = 0 NH 3 =1.46 CH 4 = 0 Características generales PM 18 Temp. Fusión 0 C Temp. Ebullición 100 C Calor específico 1cal/g C Calor de vaporización 538.7cal/g Momento dipolar 1.84 Constante dieléctrica elevada Vibracional Rotación Translación Movilidad del agua Depende del estado Gaseoso: movimiento libre y simple con cambio de forma y tamaño Liquido sólido: complejo por la unión con otras moléculas Movimiento del agua en estado gaseoso a. Tijera b. contracción simétrica c. contracción asimétrica Cambio de forma y tamaño Movimiento rotacional del agua Movimiento translación: difusión-browniano k B = cte. Boltzmann (1.3811023 JK1), T = temperatura ºK η s = viscosidad dinámica r = radio molecular 2
Puentes de hidrógeno Hidrógeno donador de puentes de hidrógeno Oxígeno aceptores de puentes de hidrógeno la carga parcial negativa del O ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de otras moléculas adyacentes. formándose enlaces o puentes de hidrógeno Puentes de hidrógeno Coordinación uniones débiles (4.7 kcal/mol) cada molécula de agua se puede unir con otras cuatro moléculas En una estructura reticular estable responsable de: 3 estados físicos propiedades 0.177 nm Temperatura ( C) 0 1.5 83 Numero de coordinación 4 4.4 4.9 Distancia O- H O 0.276 nm 0.290 nm 0.305 mn Características generales Densidad del agua PM 18 Temp. Fusión 0 C Temp. Ebullición 100 C Calor específico 1cal/g C Calor de vaporización 538.7cal/g Momento dipolar 1.84 Constante dieléctrica elevada 3
Estructura tridimensional del hielo planos paralelos 109 Las moléculas de agua forman planos paralelos en tres dimensiones formando una estructura simétrica hexagonal. El hielo tiene mayor conductividad que el agua líquida Propiedades del agua en forma de hielo Alto grado de ordenamiento, movimiento vibracional, moléculas muy cercanas forma definida, resisten la deformación, cristalinos o amorfos No fluye difunden muy lentamente a través de otros sólidos capacidad como solvente reducida Estructura del agua líquida Trayectorias o conjuntos desordenados de partículas muy cercanas con movimiento aleatorio. Unidas por puentes de hidrógeno deformados vida 10-11 segundos Densidad 0.9998gcm-3 Propiedades del agua líquida moléculas muy cercanas con movimiento aleatorio carece de forma y asume la del recipiente fluye difunden a través de otros líquidos miscibles Alta capacidad como solvente 4
Propiedades del agua 1. Acción disolvente Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo Sistemas de transporte 2. Capilaridad Elevada fuerza de cohesión y adhesión 3. Gran calor específico 4. Elevado calor de vaporización Constante dieléctrica (D) Medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas de atracción entre iones de carga opuesta La adición de solutos modifica la estructura del agua Agua 80.0 Metanol 33.0 Etanol 24.0 Acetona 21.4 Benceno 2.3 Hexano 1.9 Agua: disolvente universal capacidad para formar puentes de hidrógeno con: sustancias polares o carga (+) o (-) Forma disoluciones moleculares de alcoholes, azúcares, proteínas etc -C=O -OH -SH -NH2 -C00H carbonilo hidroxilo sulfhídrilo amino carboxilo Interacción con compuestos polares Esfera de hidratación Interacciones dipolo- dipolo + - 5
Compuestos iónicos Disoluciones iónicas Los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "recubiertos o solvatados. Forma esferas de hidratación Que modifican la estructura del agua líquida Interacción ion-dipolo Adición de compuestos no-polares El agua tiende a organizarse en forma casi cristalina para evitar el contacto con grupos hidrófobos o apolares Forma una estructura reticular tipo jaula donde queda retenido el compuesto apolar Llamado hidrato tipo clatrato Hidratos tipo clatrato CH 3 CH 2 = CH-CH 2 6
Fuerza de cohesión y adhesión Los puentes de hidrógeno mantienen fuertemente unidas a las moléculas de agua, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible responsable de la capilaridad y la ascensión de la savia desde las raíces hasta las hojas Calor específico El agua absorbe grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante Funciones del agua medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Responsable de turgencia y jugosidad Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos (textura) reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio. Disociación del agua HOH H + + HO - Funciones a nivel biológico: estabiliza temperatura corporal medio de transporte de nutrientes y sustancias de desecho, disuelve y permite mantener en solución o suspensión coloidal, es el medio en el cual se llevan a cabo reacciones químicas y enzimáticas a nivel molecular, la interacción del agua afecta la estructura y conformación secundaria y terciaria de macromoléculas como proteínas y enzimas y por tanto el que sean activas o no. tejidos animales, vegetales y microbianos, sólo se pueden desarrollar si el contenido de agua es el adecuado. 7
Agua en alimentos, - líquida (jugos) - emulsión (mantequilla, mayonesa, etc.) - geles coloidales (gelatinas) - atrapada o formando parte de los tejidos animales y vegetales - agua de hidratación químicamente ligada a la estructura molecular de los solutos. Contenido de agua 70-95% en vegetales y carne fresca, 40-35% en pan y queso 16% en mantequilla 3-5% en galletas y cereales. Función en Alimentos nutricional favorecer y/o inhibir la propagación de reacciones que afectan la calidad nutricional sensorial de su contenido depende la aceptación general de un alimento e involucra características de textura, sabor, color masticabilidad, jugosidad, etc. pasa--------uva pasa Función en alimentos Conservación formulación proceso agente de limpieza 8