Quimica Organica: El Agua Estructura molecular

HISTORIA DEL AGUA

Durante milenios, la humanidad ha considerado el agua como un elemento no modificable del globo, como el aire. En un mundo esencialmente rural, el agua estaba enormemente desconectada de los circuitos económicos ya que la fuente, el río, el brazo de río, el pozo y la cisterna alimentaban a las poblaciones sin ningún costo o muy bajo, dependiendo de la condición servil o no de la mano de obra.

El agua era un don de los dioses. La aversión a modificar el ciclo de la naturaleza se nota incluso en los antiguos romanos y los citadinos en particular. Así hicieron girar noche y día los molinos y alimentaron fuentes y termas gigantes. Los juegos náuticos necesitaron la creación de circos específicos, las naumaquias. El historiador Pierre Grimal denomina a Roma como "la ciudad del agua", ya que once acueductos importantes alimentaban la ciudad al final del imperio. Pero, ya hacia el 144 antes de J.C., la técnica de los sifones invertidos era dominada gracias al empleo de conductos de plomo, metal abundante en la actual España. Según fuentes bibliográficas, el agua disponible transportada por habitante alcanzaba en Roma aproximadamente los 1000 litros/día bajo el imperio de Trajano (98-117 después de J.C.). Pero esta evaluación no toma en cuenta fugas y pérdidas enormes de la red antigua. Caída Roma, luego Constantinopla, el gusto por las fuentes, por los juegos de agua y las termas se perpetúa y se perfecciona en el mundo árabe y persa, antes de penetrar de nuevo en Europa en la época barroca. No obstante, la moda del termalismo sólo tuvo lugar verdaderamente en el siglo XVIII y sobre todo en el siglo XIX, con el redescubrimiento del cuerpo y el culto de la higiene. Marienbad, Vichy, Baden-Baden, Spa, Bath y Montecatini florecieron. En Francia, la emperatriz Eugenia promocionó con su ejemplo el termalismo. Guy de Maupassant describe de manera realista en "Mont-Oriol" (1887), el nacimiento de una ciudad termal en el campo.

El agua era un don de los dioses como el árbol fuente o árbol santo de las Canarias, que captaba agua de la neblina hasta 1610 y alimentaba así a las poblaciones precolombinas de la isla de Hierro. Para los Incas, el Lago Titicaca era el centro del mundo original. En el México azteca, Tláloc era el dios de la lluvia. Simbolizado por una rana o un sapo, era la divinidad de los campesinos. De hecho, el agua era el factor esencial de la estabilidad y de la organización de los pueblos precolombinos de México. Finalmente, en el nuevo mundo, hacia 1730, la venida de la lluvia era aún un fenómeno divino para Bartolomeo Arzáns, cronista de Potosí, la ciudad americana más grande del siglo XVII.

El agua fue considerada como un cuerpo simple hasta el siglo XVIII. En 1781 el químico (y teólogo) inglés Joseph Priestley realizó su síntesis por combustión del hidrógeno. Los químicos Antoine-Laurent Lavoisier y Henrv Cavendish demostraron que el agua estaba formada por hidrógeno y oxigeno. Más tarde, en 1805, el químico francés Louis-Joseph Gay-Lussac y el sabio prusiano Alexandei- von Humboldt determinaron que el cociente de volúmenes hidrógeno/oxigeno valía 2, lo cual condujo finalmente a la fórmula molecular H20. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

En la molécula de H,O, cada átomo de hidrógeno está unido al átomo de oxígeno por un enlace covalente. En este enlace, relativamente fuerte, el átomo de hidrógeno y el átomo de oxígeno ponen en común un electrón cada uno. Estos átomos adquieren así un electrón añadido: el átomo de hidrógeno se encuentra con dos electrones en vez de uno y el de oxígeno con ocho electrones periféricos en vez de seis (porque participa en dos enlaces). Como se sabe, estos números corresponden a capas electrónicas externas completas que confieren una gran estabilidad a la molécula.

Figura 1. El agua, ese liquido excepcional en tantos aspectos, está formada por moléculas H2O de geometría tetraédrica: los dos enlaces covalentes OH y los dos dobletes electrónicos libres (representados aquí con dos flechas) del átomo de oxígeno apuntan hacia los vértices de un tetraedro en cuyo centro esta el oxigeno (a). Las moléculas de agua pueden agruparse entre si gracias a unos enlaces de tipo electrostático llamados enlaces de hidrogeno, cuyo papel es determinante para las propiedades del agua. Puede establecerse un enlace de hidrogeno (B) entre el átomo de hidrogeno de una molécula y el de oxigeno de otra próxima. La configuración O-H....H es lineal.

Figura 1 Conformación de la molécula de agua

El agua es el elemento fundamental en la vida del hombre, ya que nuestro cuerpo esta compuesto por un 70% de H2O, si un ser humano dejara de beber agua por mas de 7 días correría peligro su vida, en la edad adulta del ser humano las células en su interior tienen el 60% de este elemento (agua intracelular) extracelular circula por la sangre para bañar los tejidos.

Los nutrientes que tienen combustión en el interior de las células producen reacciones para lograr y obtener energía producidas en pequeñas cantidades de agua. Cuando las grasas se oxidan se produce una mayor formación de agua se podría calcular que 1 gr de agua es el equivalente a cada gr de grasa.

Con la respiración celular el agua producida se llama metabólica, es fundamental para la adaptación en zonas desérticas como por ejemplo el camello puede aguantar meses sin beber ya que utiliza el agua que produce al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En el caso de los seres humanos la producción de agua metabólica en una dieta normal seria 0,3 litros al día, para evitar una deshidratación es importante ingerir agua a diaria.

Que función cumple el agua en nuestro cuerpo.

Formando un medio acuoso donde, todos los procesos metabólicos que nuestro organismo desarrolla.

Se debe al echo de que enzimas, que son agentes proteicos los cuales intervienen para la transformación de sustancias que son utilizadas en el mantenimiento de nuestro organismo unicelular en la obtención de energía y materia propia, es necesario un medio acuoso para que la estructura tridimensional tome una forma activa dora.

Por la elevada evaporación de agua, mantenemos una temperatura regulada, sudando y perdiendo por las mucosas, al ser elevada la temperatura en el ambiente exterior, gracias a esto podemos mantener una temperatura corporal constante y regulada gracias al la evaporación de del agua a través de la piel.

ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA

Masa molecular.......... 18 da

Punto de fusión......... 0ºC (a 1 atm)

Punto de ebullición .... 100ºC (a 1 atm)

Densidad (a 4ºC)........ 1g/cm3

Densidad (0ºC).......... 0'97g/cm3

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA

LIQUIDA

Como sabemos la molécula de agua esta formada por dos átomos de H y uno de O, los cuales están unidos por dos enlaces covalentes, su forma angular es de 104.5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno esto hace que atraiga con más fuerza a los electrones de sus enlaces.

Como resultado, la molécula de agua tiene una carga total neutra (igual números de protones = igual número de electrones), esto presenta una simetría en la distribución de sus electrones, y la convierte un una molécula polar. Estos ángulos crean efectos de polarización eléctrica en las moléculas de agua. El lado con hidrógeno es más positivo que el lado con oxígeno.

Por esta razón, las moléculas de agua no se desarticulan, pero en cambio forman estructuras que cambian de hexagonal a pentagonal y al revés en forma constante en periodos muy cortos de tiempo

El agua es un elemento vivo y no posee ningún ser viviente en ella

El agua, es utilizada como solvente por sus propiedades se puede afirmar que es el solvente universal.

FUERZA DE COHESIÓN

Los puentes de hidrógeno son los que sostienen a las moléculas unidas fuertemente, los puentes de hidrógeno forman una estructura liquida compacta.Un enlace por puente de hidrógeno o enlace de hidrógeno es la fuerza atractiva entre un átomo electronegativo y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo. Para lograr que el agua se evapore, se debe romper con los puentes de hidrógeno para luego dotar a las moléculas de H2O energía cinética suficiente y es cuando pasamos de la fase liquida a la gaseosa.

Para la evaporación de 1gr de H2O se necesitan 540 calorías, pero a una temperatura superior a los 20Cº a presión de 1 atmósfera.

¿Por qué es el agua una sustancia química tan privilegiada? La respuesta, claro está, se encuentra en la molécula y sus interacciones con el medio ambiente. Las moléculas de agua son relativamente bien conocidas pero las interacciones que se

Establecen en un grupo de moléculas de agua lo son menos. No obstante, son éstas las que contribuyen en gran parte a que el agua sea un líquido excepcional.

ESTRUCTURA SOLIDA

Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidas mediante un enlace de hidrógeno, que es un enlace intermolecular y forma una estructura parecida a un panal de abejas, lo que explica que el agua sea menos densa en estado sólido que en el estado líquido. La energía cinética de las moléculas es muy baja, es decir que las moléculas están casi inmóviles.

La clave de muchas propiedades del agua reside en los enlaces que la molécula de agua puede formar con sus vecinas. Hemos visto ya que en la molécula de H20 el átomo de oxigeno posee ocho electrones periféricos, de los cuales sólo cuatro están implicados en los enlaces covalentes OH con los dos átomos de hidrógeno. Los cuatro electrones restantes se agrupan en dos pares llamados dobletes electrónicos libres. Cada uno de estos dobletes, de carga

figura 2 estructura cristalina del hielo

Figura 2. La estructura cristalina del hielo consiste en una red

tetraédrica de moléculas H2O unidas entre si por enlaces de

Hidrogeno. Los átomos de oxigeno se representan de color rojo

y los de hidrogeno de color gris. Los enlaces de hidrogeno

se simbolizan con rayas entre las moléculas. Como señala

el autor del articulo, estas estructuras cristalinas se dan incluso en el agua liquida.

Las características del agua derivan en gran medida de la geometría de su molécula. En la molécula de agua, la geometría formada por las direcciones de los dos enlaces covalentes y los dos dobletes electrónicos libres se aproxima mucho a un tetraedro centrado en el átomo de oxígeno. De ahí deriva, en el hielo de modo permanente y en el agua liquida de modo transitorio, la existencia de estructuras de asociaciones en las cuales los átomos de oxígeno del agua se encuentran en los vértices de una red (cuasi)-tetraédrica (fig. 2).

ESTRUCTURA GASEOSA

Cuando el agua es gaseosa, la energía cinética es tal que se rompen todos los enlaces de hidrógeno quedando todas las moléculas libres. El vapor de agua es tan invisible como el aire; el vapor que se observa sobre el agua en ebullición o en el aliento emitido en aire muy frío, está formado por gotas microscópicas de agua líquida en suspensión; lo mismo que las nubes.