CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

Para empezar, podemos hablar de su abundancia. El agua es un componente fundamental tanto del planeta como de los seres vivos, incluyéndonos a nosotros mismos. La Tierra está compuesta en un 70% por agua, aunque solo un 2,5% de dicho agua es dulce y, a su vez, el 75% de ese pequeño porcentaje lo encontramos en forma de hielo, de manera que es inaccesible para nosotros. De esta manera, únicamente nos queda un 1% que es potable, a la que tenemos acceso, la cual la encontramos minoritariamente en ríos y lagos (tan solo supone un 0,3% del agua dulce) y sobre todo bajo tierra (25% del agua dulce). No obstante, esa diminuta proporción es suficiente y totalmente indispensable para la vida.

La proporción de agua en los seres vivos varía de unos a otros. En el ser humano está alrededor del 70%, aunque varía con la edad, disminuyendo con el paso de los años. Sin embargo, hay organismos en los que la proporción es inferior, como es el caso de los gatos y los perros, donde el porcentaje cuando son adultos es del 60%, y también existen organismos en los que el porcentaje es mayor, estando compuestos casi en su totalidad por agua, como es el caso de la medusa, en la que el agua constituye más del 95% de su cuerpo. Independientemente de que la posean en mayor o menor cantidad, lo que está claro es que el agua es imprescindible para la vida y para que las funciones de los seres vivos tengan lugar de la manera adecuada.

Si nos adentramos ya en la composición química de la molécula de agua, consta de un átomo de O y dos de H, que se unen entre ellos mediante enlaces covalentes en los que cada H comparte un par de electrones con el O. Sin embargo, como la electronegatividad del O es mayor que la del H, los pares de electrones compartidos son atraídos por O. Además el O, que tiene hibridación sp3, posee otros dos pares de electrones sin compartir, lo cual tiene dos consecuencias: la presencia de una carga negativa débil en la zona donde se encuentran los electrones no compartidos y la geometría tetraédrica de la molécula de agua, de manera que los átomos de H forman un ángulo de 104,5º con el O.

Este último hecho unido a la mayor electronegatividad del O, crea una asimetría en la molécula de agua que provoca la aparición de cargas parciales opuestas (negativa en los electrones no compartidos del O y positiva donde están los H). Por ello, y a pesar de ser eléctricamente neutra pues no posee carga eléctrica neta, la molécula de agua tiene carácter dipolar.

Esta polaridad favorece la interacción entre moléculas de agua, de forma que la zona con carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga positiva de la otra, estableciéndose entre ambas, además de enlaces dipolo-dipolo, enlaces o puentes de H entre el O de una molécula y el H de otra, que son lo suficientemente débiles como para separarse las moléculas y lo suficientemente fuertes como para que se vuelvan a unir. Además, también pueden formar puentes de H con otras moléculas polares distintas que tenga grupos OH y NH (alcohol, aminas, etc). Esto convierte al agua en una molécula altamente cohesiva, ya que cada molécula de agua puede establecer cuatro puentes de H con otras moléculas. Estos puentes de H también van a tener una gran importancia en el ADN, donde están presentes uniendo adenina con timina y guanina con citosina.

Una característica especial del agua es que en estado líquido tiene una densidad mayor y un volumen menor que cuando se encuentra en estado sólido, ya que en sólido los enlaces de H dejan más huecos en la molécula. Esto hace que el hielo flote sobre el agua líquida.

El agua además tiene un gran poder disolvente. Se puede disolver en sustancias polares y también lo puede hacer con sustancias cargadas, ya que, por ejemplo, cuando el agua se quiere unir a la NaCl, se produce la solvatación con los iones de Cl- y Na+ que lo forman, es decir, se interpone entre ellos, separándolos, disminuyendo la atracción entre ellos y manteniéndolos en disolución. En cambio, no es soluble con moléculas apolares (hidrofóbicas). Sin embargo, también se forman enlaces hidrofóbicos con el agua, puesto que las moléculas hidrofóbicas se separan del agua y tienden a juntarse entre ellas, estableciendo dichos enlaces. Esto se puede explicar por el tercer principio de la termodinámica, que dice que la entropía o desorden siempre aumenta.

Cabe destacar también, como características del agua, que se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente, que es un líquido prácticamente incompresible y con capacidad de adhesión a la superficie de otras estructuras y de ascender por conductos estrechos, como el xilema de los vegetales (todo ello debido a su elevada cohesión interna). Además, tiene una elevada tensión superficial (debido a que las moléculas de la superficie únicamente pueden formar los puentes de H con las moléculas del interior del líquido y no con el aire), elevado calor específico (puesto que al suministrar calor al agua parte de la energía se emplea en romper enlaces de H, de modo que cuesta más variar su temperatura), alto calor de vaporización (ya que para pasar de líquido a gas hay que romper los enlaces de H) y capacidad de ionización.

CURIOSIDAD: EL EFECTO MPEMBA

Este efecto, que recibe el nombre del estudiante de Tanzania que lo descubrió en 1969 mientras hacía helados en sus clases de cocina, consiste en que el agua caliente se congela más rápidamente que el agua fría, al contrario de lo que probablemente podríamos pensar por lógica en primera instancia. No obstante, este fenómeno no siempre se da, sino que para ello es necesario que existan determinadas circunstancias y no dos temperaturas cualesquiera. No observaremos el efecto Mpemba si ponemos a congelar agua a 35ºC y a 5ºC, pero sí si tenemos estos recipientes con agua a 70ºC y a 90ºC, a 80ºC y a 95ºC, a 50ºC y a 95ºC, etc. Es decir, los efectos de este fenómeno son apreciables para temperaturas altas y/o con una diferencia notable entre ambas. ¿Cuál es la explicación?

Para saber el motivo no hay más que volver a lo que hemos explicado anteriormente y hacer uso también de nuestros conocimientos básicos de química. La explicación no va más allá de la composición química del agua, los enlaces covalentes que existen entre los átomos de hidrógeno y oxígeno, la agitación térmica y la evaporación. El agua caliente, a diferencia del agua fría, presenta una mayor agitación de las partículas y mayores corrientes de convección, lo cual favorece la transferencia de calor con el congelador o, en su defecto, con el medio externo frío en el que se encuentre. Además, la evaporación está más presente en el agua a mayor temperatura, de modo que la masa de agua caliente que queda y que se debe congelar es menor que la del agua fría. Además cuanto más caliente se encuentra un líquido, más burbujas de gas van a presentar y más van a dificultar la formación de cristales de hielo. Por ello, el agua fría se va congelando por partes, juntándose poco a poco los cristales de hielo entre ellos, mientras que el agua caliente lo hace al mismo tiempo. Estas tres causas son las que hacen posible otra de las peculiaridades del agua: el efecto Mpemba.