Bloque 1.
Tema 02. Agua y sales minerales
El Agua
Importancia
El agua es la sustancia más abundante en la materia viva. En el ser humano constituye el 63% de su masa corporal, mientras que en las algas puede suponer hasta un 95%. Este porcentaje depende de la especie, edad del organismo, del tipo de tejidos y de la función que éste realiza. Existe una relación directa entre contenido en agua de un tejido y su actividad.

Estructura

En la molécula de agua intervienen un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno (H
20). El oxígeno comparte sus dos electrones libres con los dos átomos de hidrógeno, formando dos enlaces covalentes muy fuertes.
La molécula de agua, aun siendo neutra, se comporta como un dipolo eléctrico, ya que el oxígeno posee una carga parcial negativa, mientras que los átomos de hidrógeno poseen cada uno una carga parcial positiva, resultado de la atracción del oxígeno sobre los electrones compartidos con el hidrógeno.
Además, ocurre que los electrones alrededor del oxígeno se encuentran en una ordenación tetraédrica, con dos zonas parcialmente positivas y dos zonas parcialmente negativas.
Pero, ¿qué consecuencias tiene que la molécula de agua se comporte como un dipolo eléctrico?
Permite que las moléculas de agua se unan entre sí, formando puentes de hidrógeno -enlace algo más débil que el covalente-, ya que se origina una atracción entre la carga positiva de una molécula -donde se hallan los átomos de hidrógeno- con la carga negativa -el átomo de oxígeno- de otra molécula de agua adyacente. IPEP DE CÓRDOBA BIOLOGÍA 2º Bachillerato Profesoras: Carmen Rodríguez del Ágüila Aurora López Quintela
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Cada molécula de agua pueda unirse a cuatro moléculas vecinas.
También se pueden unir a otras moléculas diferentes al agua mediante estos puentes de hidrógeno.
Las moléculas de agua están siempre movíéndose, más rápidas cuanto mas alta sea la temperatura.
Aquí puedes repasar lo que hemos visto.

Propiedades y funciones en los seres vivos

? Las propiedades del agua son el resultado de la estructura de su molécula y de las fuerzas que establecen las moléculas de agua entre sí y con moléculas del medio.

? Las funciones que el agua realiza en la Naturaleza son consecuencias de sus propiedades.

1. Elevada cohesión molecular

La uníón de las moléculas por los puentes de hidrógeno hace que el agua sea un líquido que no se comprime. Esta propiedad permite dar volumen a las células, o que líquidos especializados (ej. El sinovial) tengan un papel amortiguador mecánico.

2. Mayor densidad en estado líquido

El agua sólida es menos densa que el agua líquida. Esto permite la vida en los ecosistemas polares, ya que el agua congelada se queda arriba y mantiene líquida a la que hay debajo.

3. Elevada constante dieléctrica (gran capacidad para disolver sustancias)

Se debe básicamente a que la molécula de agua es dipolar y a que posee una elevada constante dieléctrica –
Es decir, gran capacidad para debilitar las uniones que mantienen unidas a las moléculas-. Por ello provoca la separación de los compuestos, que son rodeados por moléculas de agua, disolviendo una gran cantidad de sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas.
Las sustancias se disuelven mejor o peor en agua dependiendo de dos factores:
? Del número de puntos de uníón con el agua que tenga la molécula a disolver, es decir de tener cargas o grupos polares que puedan interactuar con las moléculas de agua.
? De la longitud de la molécula a disolver: cuanto más pequeña sea la molécula más fácilmente se disolverá.

Ejemplo de disolución de la sal. IPEP DE CÓRDOBA BIOLOGÍA 2º Bachillerato Profesoras: Carmen Rodríguez del Ágüila Aurora López Quintela
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De la gran capacidad de disolución se derivan importantes funciones como ser el medio de transporte de sustancias en el interior de los seres vivos, o el medio que sirve para intercambiar sustancias con el exterior. Ej. Las sustancias tóxicas no se disuelven bien en agua, por lo que no se pueden eliminar por los líquidos corporales (orina, sudor…) y se acumulan en el cuerpo.

4. Tiene un alto calor específico y alto calor de vaporización

El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de agua pura para que aumente un grado su temperatura. Como las moléculas de agua están unidas entre sí por puentes de hidrógeno hay que darles mucho calor para aumentar su movilidad. Los puentes de hidrógeno absorben el calor y la temperatura de agua no aumenta en exceso. Esto favorece que la temperatura interna de los seres vivos no oscile excesivamente.
El calor de vaporización es la cantidad de calor que hay que dar a un gramo de agua para que pase de líquida a vapor. Como las moléculas de agua están enlazadas por puentes de hidrógeno para soltarlas unas de otras hay que romper esos enlaces y eso lo hace el calor. Por eso los seres vivos eliminamos calor perdiendo muy poca agua (ej. Sudor).
Ambas propiedades tienen unas consecuencias beneficiosas para los organismos. Aunque en los seres vivos se estén llevando a cabo procesos que liberan calor, no son suficientes para elevar sus temperaturas corporales.
Por ello se dice que el agua realiza una función termorreguladora.

5. El agua es líquida a muchas temperaturas

El agua se mantiene líquida a muchas temperaturas, desde valores extremos muy bajos hasta los más altos. Si esto no fuera así, ¿qué pasaría en los desiertos o en las regiones frías?, ¿habría vida?
Sin agua líquida no hay vida y por tanto, si el agua no se mantuviera en estado líquido dentro del margen de temperaturas normales de la Tierra, no podría existir organismo alguno en muchos de los hábitats terrestres más extremos, como los desiertos o las regiones polares y circumpolares.

6. Elevada tensión superficial:

La tensión superficial es una medida de la resistencia de su superficie a romperse. Esto permite a muchos organismos, como el zapatero, vivir asociados a esa película superficial desplazándose por ella.
Gracias a esta propiedad, el agua actúa como amortiguador y lubrificante en articulaciones, músculos y tendones, confiriéndoles flexibilidad.

7. Elevada fuerza de adhesión entre sus moléculas

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Página 6 de 10 Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse (pegarse) a las paredes de conductos, cuanto más delgados mejor. Esta fuerza ayuda a la savia a subir por los vasos conductores de las plantas en contra de la gravedad. Este fenómeno se llama capilaridad.

8. El agua pura posee un pH neutro

Esto es debido a que presenta bajo grado de ionización:
Sólo una de cada 551.000.000 moléculas de agua se encuentra disociada en forma iónica. Existe la misma concentración de protones hidratados o hidrogeniones (cargados positivamente) que de iones hidroxilo (con cargas negativas).
Veamos cómo se disocia:
Para evitar trabajar con esas cifras, se decide aplicar logaritmos a esas concentraciones y se define el pH como el logaritmo decimal cambiado de signo de la concentración de protones o hidrogeniones.

Por ello, el agua pura posee una concentración de 10-7 hidrogeniones o lo que es lo mismo posee un pH de 7.
La escala de pH va desde 0 hasta 14, considerándose los valores inferiores a 7 como ácidos y por encima de ese valor, básicos. El pH neutro es 7.
No hay que confundir pH neutro con pH óptimo. El pH óptimo del estómago es de 1,5. Las enzimas gástricas solo trabajan a ese pH. Si las ponemos a pH neutro (7) no llevan a cabo la digestión de los alimentos. El de la piel está en torno a 5. IPEP DE CÓRDOBA BIOLOGÍA 2º Bachillerato Profesoras: Carmen Rodríguez del Ágüila Aurora López Quintela
Página 7 de 10 En la escala se indica el pH de algunas sustancias comunes.
¿Qué supone ese bajo grado de ionización del agua para los seres vivos?
Supone un equilibrio químico de los medios donde viven los seres vivos, ya que como el agua tiende de la misma manera a disociarse que a formarse, los valores de pH se mantienen estables.
Hay seres vivos que están adaptados a vivir en un medio ligeramente ácido, otros en uno ligeramente básico. Si el agua no tuviera esta propiedad, los seres vivos estarían expuestos a cambios continuos del pH de los medios en los que habitan, situación incompatible con la supervivencia.

SALES MINERALES

Las sales minerales aparecen en los seres vivos de dos maneras:
?
Precipitadas o insolubles son las que forman estructuras sólidas y dan soporte y protección a los seres vivos. Forman dientes, conchas de moluscos, esqueleto de vertebrados…. Ej. Fosfatos y Carbonatos cálcicos.
?
Disueltas o disociadas en agua, formando iones que pueden ser de carga positiva (cationes) como K+, Na+, Ca2+ o con carga negativa (aniones) como Cl- , CO32- , HCO3-, ….

Estas sales disociadas realizan distintas funciones, como favorecer la contracción muscular, o la coagulación.
Regulan la actividad de enzimas que intervienen en reacciones celulares y forman parte de moléculas orgánicas tales como la hemoglobina o la clorofila. Además, colaboran en el mantenimiento del equilibrio interno del medio, en la homeostasis (estabilidad del medio).

FUNCIONES DE LAS DISOLUCIONES SALINAS (AGUA + SALES)
ÓSMOSIS
Es un proceso físico mediante el cual se iguala la concentración de dos disoluciones que tienen diferente concentración, siempre que estén separadas por una membrana semipermeable (solo dejan pasar a través de ellas a las moléculas de disolvente y nunca a las de soluto). Por ejemplo, el celofán o la película del interior de un huevo, o las membranas celulares son semipermeables. IPEP DE CÓRDOBA BIOLOGÍA 2º Bachillerato Profesoras: Carmen Rodríguez del Ágüila Aurora López Quintela
Página 8 de 10 Como estamos estudiando las sales, explicamos la ósmosis con ellas. Pero cualquier sustancia que se disuelva en agua provocará fenómenos de ósmosis.

En esta animación de la profesora Lourdes Luengo se aprecia el proceso de ósmosis y otros aspectos de este tema.
Cuando dos disoluciones tienen la misma concentración se dice que son isotónicas.
Si dos disoluciones tienen diferente concentración de soluto a la más concentrada se le llama hipertónica y la diluida recibe el nombre de hipotónica.
En la ósmosis el disolvente (agua) se mueve siempre del medio hipotónico al hipertónico, para intentar igualar concentraciones. Este movimiento provoca un aumento de presión sobre la membrana (por la cara que da al medio hipotónico), que se denomina presión osmótica.

Como las membranas de las células son semipermeables es muy importante el medio donde se encuentren las células. El siguiente diagrama representa el comportamiento de las células vegetales, que a diferencia de las animales tienen una pared celular rígida por fuera de la membrana.
En la primera situación la célula esta en un medio isotónico, en equilibrio con su medio. El agua entra y sale en la misma cantidad.
En el segundo caso, el medio que rodea a la célula es hipotónico respecto a ella; entonces, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes (turgescencia)
, llegando incluso a hacerla estallar. Si este mismo fenómeno ocurre en los glóbulos rojos de la sangre, el proceso recibe el nombre hemólisis.
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En el tercer caso, al poner a la célula en un medio muy concentrado (hipertónico) respecto a la célula, ésta pierde agua, se deshidrata, se despega de la pared celular y se retrae dentro de ella, dejando un espacio vacío entre medias. Este proceso se denomina plasmólisis.

DIÁLISIS Y DIFUSIÓN
Diálisis: en este fenómeno, la membrana será atravesada por el propio disolvente y partículas de pequeñas de bajo peso molecular, movimiento que se realizará de la disolución más concentrada a la menos concentrada.

Difusión

En este proceso se da una distribución homogénea de las partículas en un disolvente, puede haber paso de partículas y disolvente, siempre también a favor del gradiente de concentración.

EQUILIBRIO ÁCIDO – BASE

Un ácido es una sustancia que cede H+. Al añadirlo al agua hace que aumente la concentración de H+ (H3O+), por lo que el pH de la disolución varía, haciéndose más ácido.
Una base es una sustancia que capta H+. Al añadirla al agua hace que disminuya la concentración de H+, por lo que el pH de la disolución varía, haciéndose más básico. IPEP DE CÓRDOBA BIOLOGÍA 2º Bachillerato Profesoras: Carmen Rodríguez del Ágüila Aurora López Quintela
Página 10 de 10 Continuamente se están produciendo reacciones químicas en el interior del organismo que liberan sustancias que hacen variar el pH. Estas variaciones del pH pueden destruir a las moléculas biológicas, especialmente a las proteínas y a los ácidos nucleicos, produciendo daños irreversibles en los seres vivos. Para mantener constante el pH del medio, los seres vivos disponen de los sistemas tampón o sistemas amortiguadores, que son sales que actúan captando el exceso de H+ del medio producido por los ácidos metabólicos, o cediendo H+ al medio cuando disminuyen porque los han captado las bases. De esa forma el pH se mantiene constante, pese a la actividad metabólica.
Los principales tampones en el interior celular son el tampón fosfato y las proteínas. En el medio extracelular es el tampón bicarbonato.
Este actúa de la siguiente forma:
Si aumenta la concentración de hidrogeniones en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza a la derecha y se elimina al exterior el exceso de CO2 producido. Si por el contrario disminuye la concentración de hidrogeniones del medio, el equilibrio se desplaza a la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio exterior.