Capítulo 2, El contexto químico de la vida

Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D.
Catedrático
El agua y la aptitud del entorno
Capítulo 3
Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky,
Jackson, 2009
Campbell Biology 9th Edition
Introducción
 Un 75% del planeta es agua.
 El agua compone entre un 70-95%
de la célula y por lo tanto del
cuerpo humano.
 En agua es la única sustancia que
naturalmente se encuentra en los
tres estados de la materia, líquida,
sólida y gaseosa.
 Esta abundancia del agua es lo que
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permite que el planeta sea
habitable.
Introducción
Estados
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Ciclo
Introducción
Inundaciones
4
Sequias
Introducción
Inundaciones
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Sequias
Agua
 Molécula polar
 Forma de V
 Hidrógenos cargados positivamente
 Oxígeno cargado negativamente
 Polar significa que los polos
opuestos tienen cargas diferentes.
 Muchas de las propiedades del agua
dependen de su polaridad.
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Space-Filling Model
Agua
 Molécula polar
 Forma de V
 Hidrógenos cargados positivamente
 Oxígeno cargado negativamente
 Polar significa que los polos
opuestos tienen cargas diferentes.
 Muchas de las propiedades del agua
dependen de su polaridad.
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Space-Filling Model
Agua
 Se produce una atracción eléctrica
donde los H+ son atraídos por los
O-.
 Se forma un enlace entre ambos,
llamado puente de H.
 Cada H2O puede formar hasta 4
enlaces de H.
 El agua se mantiene unida gracias a
los enlaces de H.
 Estos enlaces son bien frágiles y se
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forman y rompen continuamente.
Propiedades del agua
1) Cohesión - propiedad que permite
que el agua se mantenga unida
colectivamente, unas moléculas de
agua con otras moléculas de agua.
 Se debe a los puentes de H.
 Ejemplo: cuando se le pone cera a
un carro, las gotas de agua se
juntan.
 Esto fenómeno contribuye al
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transporte de agua y nutrientes
disueltos en las plantas, inclusive
contra la gravedad (ver figura 3.2).
Figura 3.3
Propiedades del agua
2) Adhesión - propiedad del agua que
le permite pegarse a otra sustancia.
 La adhesión del agua a vasos de la
planta también ayuda a que el agua
suba hasta las hojas de la planta.
 Ejemplo: sorbeto en el agua.
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Propiedades del agua
3) Tensión superficial - propiedad del
agua que dice cuan difícil es romper
la superficie del líquido.
 El agua tiene una tensión superficial
mayor a la de la mayoría de los
líquidos.
 Esta propiedad es la que permite a
algunos animales caminar sobre la
superficie del agua (ver figura 3.3).
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Jesus Christ Lizard
 http://www.youtube.com/watch?
v=45yabrnryXk
Propiedades del agua
3) Tensión superficial - propiedad del
agua que dice cuan difícil es romper
la superficie del líquido.
 El agua tiene una tensión superficial
mayor a la de la mayoría de los
líquidos.
 Esta propiedad es la que permite a
algunos animales caminar sobre la
superficie del agua (ver figura 3.3).
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Jesus Christ Lizard
 http://www.youtube.com/watch?
v=45yabrnryXk
Propiedades del agua
4) El agua también juega un rol
importante regulando la
temperatura.
 El agua estabiliza la temperatura
porque absorbe calor del aire
(cuando el aire esta más caliente) y
libera calor al aire (cuando el aire
esta más frío).
 Este fenómeno se puede apreciar
también cuando se evapora el sudor,
el cuerpo se enfría (ver figura 3.4).
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Propiedades del agua
 La temperatura mide la intensidad
del calor y se mide en escala
Celcius (oC) .
 A nivel del mar el agua se congela a
0 oC y se evapora a 100 oC.
 La temperatura de cuerpo es 37 oC
y la temperatura de salón
(agradable) es 20-25 oC (RT).
 Cuando aumenta el calor, aumenta la energía cinética de las moléculas
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contenidas en la solución del termómetro, ese aumento en energía se refleja en
la subida del líquido dentro del termómetro y se registra el aumento en
temperatura.
Parchos para medir temperatura
 Temperatura
 Ritmo cardíaco
 Ritmo respiratorio
 Actividad y postura
 Acumulación de fluidos en los pulmones
 En el futuro, saturación de oxígeno en la sangre
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Propiedades del agua
6) Densidad del agua - el agua tiene la
propiedad de ser menos densa en
estado sólido que en estado líquido
(ver figura 3.5).
 D=Masa/Volumen; D=M/V
 En estado sólido en agua ocupa más
espacio, más volumen porque se
expande.
 Es por esto que el hielo flota en el
agua.
 Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas del agua sólida más
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separadas que en el agua líquida.
Propiedades del agua
 Al expandirse, el hielo ocupa más
volumen, por lo tanto la densidad
es menor.
 Por eso si colocamos una botella de
cristal con agua en el congelador, la
misma se rompe cuando se congela
el agua.
 Esta propiedad es bien importante,
por esto es que los lagos se
congelan de arriba hacia abajo.
 Esto es lo que permite que
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sobrevivan las especies en el agua.
Propiedades del agua
7) El agua es el solvente universal:
 El agua es una molécula polar y un compuesto polar.
 Hidrofílico es cualquier sustancia, iónica o polar, que tenga afinidad por agua.
 Hidrofóbico es cualquier sustancia, no iónica o no polar, que repele el agua.
 Ejemplo: aceite
 Un solvente es una sustancia que disuelve un soluto.
 Un soluto es una sustancia que es disuelta por un solvente.
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 Una solución es una mezcla líquida homogénea de dos o más sustancias.
 Ejemplo: agua y azúcar
Concentración de solutos en solución
 Molaridad es la cantidad de moles de una sustancia por litro de solución.
 M = Moles/L
 Un mol es el peso molecular de una sustancia, pero en gramos.
 Peso molecular es la suma de todos los pesos moleculares de los átomos en una
molécula.
 Un mol es el peso molecular de una sustancia, pero en gramos.
 Ejemplo H2O; H = 1; O = 16; peso molecular es 18; I mol = 18 g.
 Ejemplo C6H12O6; C = 12, 1 mol = 180 g.
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Disociación del agua
 A veces un átomo de H de una molécula de agua pasa de una molécula a otra.
 La molécula de agua que pierde un protón, se convierte en un ion de hidróxido
(OH-), el cual tiene una carga negativa.
 El protón que se une a la otra molécula forma un ion que se llama hidronio
(H3O+), el cual tiene una carga positiva.
 Es reacción se puede visualizar de la siguiente forma:
2H2O  H3O+ + OH La reacción se visualiza y se representa de forma más simple:
H2O  H+ + OHAgua: hidronio + hidróxido
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Disociación del agua
 La reacción se visualiza y se representa de forma más simple:
H2O  H+ + OH Esto es una reacción que reversible (doble flecha), que alcanza equilibrio
cuando la velocidad de disociación es igual a velocidad de reformación del agua.
 La concentración de cada ion en agua pura es 1x107 M (a 25 oC).
 Esta reacción es bien importante para la vida porque ambos iones son bien
reactivos.
 Cambios en sus concentraciones de los iones afectan las reacciones normales
que ocurren en la célula.
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Disociación del agua
 Ciertas soluciones cambian la concentración de estos iones, estas soluciones son
llamadas ácidas y básicas.
 Ácido es una solución que aumenta la concentración de H (hidronio) o reduce
la concentración de hidróxido (OH-).
 Base es una solución que reduce la concentración de H (hidronio) o aumenta la
concentración de hidróxido (OH-).
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pH
 pH =-log {H}
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Escala de pH
Resumen
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