Agua y vida
El compuesto del que depende toda la vida
El agua es el medio biológico de la Tierra.
Todos los organismos vivos necesitan agua más que
cualquier otra sustancia.
La mayoría de las células están rodeadas de agua y las
células mismas contienen entre un 70% y un 95% de
agua.
La abundancia de agua es la principal razón por la que la
Tierra es habitable.
La polaridad de las moléculas de agua facilita
los enlaces de hidrógeno.
La molécula de agua es una molécula polar: los
extremos opuestos tienen cargas opuestas.
La polaridad permite que las moléculas de agua
formen enlaces de hidrógeno entre sí.

–
Hydroge
n
bond
—
—

+H

–
——

+
O

+

–
H

+

–
Cuatro propiedades del agua que
contribuyen a la vida en la Tierra
Cuatro de las propiedades del agua que
facilitan un ambiente para la vida son:
Comportamiento cohesivo.
Capacidad para moderar la temperatura.
Expansión al congelarse.
Versatilidad como solvente.
Cohesión, adhesión y capilaridad
Cohesión = los enlaces de hidrógeno mantienen unidas
las moléculas de agua entre sí.
Adhesión = la atracción entre moléculas de diferentes
sustancias.
Ejemplo: agua y las paredes celulares de las plantas.
Capilaridad = la combinación de la cohesión y la
adhesión ayudan al transporte de agua contra el
gradiente de la gravedad en las plantas.
Adhesion
Waterconducting
cells
Direction
of water
movement
150 µm
Cohesio
n
Tensión superficial
La tensión superficial es una medida de la dificultad para romper la
superficie de un líquido. Está relacionada con la cohesión. Las fuerzas
intermoleculares dificultan un aumento en la superficie.
Moderación de la temperatura
El agua absorbe el calor del aire más cálido y libera el
calor almacenado al aire más frío.
El agua puede absorber o liberar una gran cantidad de
calor con sólo un ligero cambio en su propia
temperatura.
Calor y Temperatura
La energía cinética es la energía del movimiento.
El calor es una medida de la cantidad total de energía
cinética debido al movimiento molecular.
La temperatura mide la intensidad del calor debido a la
energía cinética promedio de las moléculas.
La escala Celsius es una medida de temperatura en
grados Celsius (°C).
Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C.
Las “calorías” en los paquetes de alimentos son en
realidad kilocalorías (kcal), donde 1 kcal = 1000 cal.
El joule (J) es otra unidad de energía donde 1 J = 0,239
cal, o 1 cal = 4,184 J.
Calor específico del agua
El calor específico de una sustancia es la cantidad de
calor que se debe absorber o perder para que 1 g de esa
sustancia cambie su temperatura en 1ºC.
El agua resiste los cambios de temperatura debido a
que tiene un alto calor específico.
El calor específico del agua es 1 cal/g/ºC.
El alto calor específico del agua se debe a los enlaces de
hidrógeno.
El calor se absorbe cuando se rompen los enlaces de
hidrógeno.
El calor se libera cuando se forman enlaces de hidrógeno.
El alto calor específico del agua minimiza las
fluctuaciones de temperatura dentro de límites que
permiten la vida.
Los organismos vivos son mayormente agua por lo que su
temperatura cambia lentamente.
Santa Barbara 73°
Los Angeles
(Airport) 75°
70s
(°F)
80
s
90
s
100s
San
Bernardino
100°
Riverside
Santa96°
Ana
Palm
84°
Springs
106°
Burbank
90°
Pacific Ocean
San Diego 72°
40 miles
Enfriamiento por evaporación
La evaporación es la transformación de una sustancia de
líquido a gas.
El calor de vaporización es el calor que debe absorber un
líquido para que 1 g se convierta en gas.
A medida que un líquido se evapora, la superficie restante se
enfría, un proceso llamado enfriamiento por evaporación.
El enfriamiento por evaporación del agua ayuda a estabilizar
las temperaturas en organismos y cuerpos de agua.
El agua sólida es menos densa que la líquida
El hielo flota en agua líquida porque los enlaces de
hidrógeno en el hielo están más "ordenados", lo que
hace que el hielo sea menos denso.
Aislamiento de masas de agua mediante hielo flotante.
El agua alcanza su mayor densidad a 4°C.
Si el hielo se hundiera, todos los cuerpos de agua
eventualmente se congelarían, haciendo imposible la
vida en la Tierra.
Hydroge
n
Ice
bond
Hydrogen bonds are stable
Liquid water
Hydrogen bonds break and reform
El solvente para la vida
El agua es un disolvente versátil debido a su polaridad,
que le permite formar fácilmente enlaces de hidrógeno
con otras sustancias.
Moléculas polares e iones se disuelven en agua.
Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, cada
ion está rodeado por una esfera de moléculas de agua
llamada capa de hidratación.
Una solución es un líquido que es una mezcla homogénea de
sustancias.
Un solvente es el agente con la capacidad de disolver
(permitir que otra sustancia se disperse en el) formando una
solución.
El soluto es la sustancia que se disuelve.
Una solución acuosa es aquella en la que el agua es el
solvente.
Incluso moléculas polares grandes, como las proteínas,
pueden disolverse en agua si tienen regiones iónicas y
polares.
–
– +
+
–
–
+
–
–
+
+
–
Cl–
N ⁺
a
–
Cl–
–
+
+
–
+
–
N ⁺
a
(a) Lysozyme molecule in a
nonaqueous environment
(b) Lysozyme molecule (purple) in an aqueous
environment
(c) Ionic and polar regions
on the protein’s surface
attract water molecules.
Hidrofílico e Hidrofóbico
Una sustancia hidrofílica es aquella que tiene afinidad
por el agua.
Una sustancia hidrofóbica es aquella que no tiene
afinidad por el agua.
Las moléculas de aceite son hidrofóbicas porque tienen
enlaces relativamente no polares.
La mayoría de las reacciones bioquímicas
ocurren en el agua.
Las reacciones químicas dependen de las colisiones de
moléculas y, por tanto, de la concentración de los
distintos solutos en una solución acuosa.
Las condiciones ácidas y básicas afectan a
los organismos vivos.
Un átomo de hidrógeno en un enlace de hidrógeno entre
dos moléculas de agua puede cambiar de una molécula a
otra.
El átomo de hidrógeno deja atrás su electrón y se
transfiere como un protón o ion hidrógeno (H+).
La molécula con el protón adicional es ahora un ion
hidronio (H3O+), aunque a menudo se representa como
H+.
La molécula que perdió el protón ahora es un ion
hidróxido (OH–)
H
H
O
H
H
2H₂O
O
O H
H
H
Hydroniu
m
ion (H₃O⁺)
O
H
Hydroxide
ion (OH–)
El agua se encuentra en un estado de equilibrio dinámico en
el que las moléculas de agua se disocian a la misma
velocidad con la que se reforman.
Aunque estadísticamente es poco común, la disociación
de las moléculas de agua tiene un gran efecto en los
organismos.
Los cambios en las concentraciones de H+ y OH– pueden
afectar drásticamente la química de una célula.
Cambios en pH
Las concentraciones de H+ y OH– son iguales en agua
pura.
La adición de ciertos solutos, llamados ácidos y bases,
modifica las concentraciones de H+ y OH–.
Los biólogos usan algo llamado escala de pH para
describir si una solución es ácida o básica (lo opuesto a
ácida).
Acidos 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.
Escala de pH
En cualquier solución acuosa a 25°C, el producto
de H+ y OH– es constante y se puede escribir como
[H+][OH–] = 10–14
El pH de una solución se define por el logaritmo
negativo de la concentración de H+, escrito como pH
= –log [H+]
Para una solución acuosa neutra, [H+] es 10–7 = –
(–7) = 7
Soluciones ácidas = valores de pH inferiores a 7.
Soluciones básicas = valores de pH superiores a 7.
La mayoría de los fluidos biológicos tienen valores de pH en
el rango de 6 a 8.
pH Scale
0
H
H
OH–
H
OH–
H
H
H
H
H
Acidic
solution
Increasingly Acidic
[H⁺] > [OH–]
1
Battery
acid
Gastric juice,
2 lemon juice
3 Vinegar,
beer,
wine, cola
4 Tomato juice
5
Black coffee
Rainwater
6 Urine
OH–
OH–
OH–
OH–
OH–
H
H
H
H
H
Neutral
[H⁺] =
[OH–]
8 Seawater
OH–
OH–
H OH–
OH– OH–
OH–
H
Basic
solution
Increasingly Basic
[H⁺] < [OH–]
Neutral
solution
OH–
Saliva
7 Pure water
Human blood, tears
9
1
0 Milk of magnesia
1
1 Household ammonia
1
2
Household
1 bleach
3
Oven cleaner
1
4
0
Acidic
[H⁺] > [OH–]
Acids donate H⁺ in
aqueous solutions
Neutral
[H⁺] = [OH–]
Basic
[H⁺] < [OH–]
7
Bases donate OH–
or accept H⁺ in
aqueous solutions
14
“Buffers” o amortiguadores
El pH interno de la mayoría de las células vivas debe
permanecer cerca de pH 7.
Los buffers son sustancias que minimizan los cambios
en las concentraciones de H+ y OH– en una solución.
La mayoría de los buffers constan de un par ácido-base
que se combina reversiblemente con H+.
Acid precipitation refers to rain, snow, or fog with a pH lower than 5.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
More
acidi
c
Acid
rain
Normal
rain
More
basic
Repaso
1. Enumerar y explicar las cuatro propiedades del agua
que surgen como resultado de su capacidad para formar
enlaces de hidrógeno.
2. Distinga entre los siguientes conjuntos de términos:
sustancias hidrofóbicas e hidrofílicas; un soluto, un
disolvente y una solución
3. Definir ácido, base y pH.
4. Explicar cómo funcionan los buffers.