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El Agua: Estructura, Propiedades y Funciones en el Organismo, Apuntes de Ciencias Biologicas

Este documento proporciona una introducción detallada a la estructura química del agua, explorando sus propiedades únicas como su capacidad disolvente, cohesión, calor específico y calor de vaporización. Se analizan las funciones esenciales del agua en el organismo, incluyendo el transporte de nutrientes, la regulación de la temperatura, las reacciones químicas, la lubricación y la amortiguación. Además, se abordan conceptos relacionados con el ph, el pk y las soluciones tampón, así como la distribución del agua en el cuerpo humano.

Tipo: Apuntes

2024/2025

Subido el 09/03/2025

cristina-cazorla
cristina-cazorla 🇻🇪

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Tema 2. EL AGUA
El agua (del latín aqua). Cognado del castellano antiguo agua.
Estructura química
La estructura química del agua es fundamental para entender sus
propiedades únicas.
- Fórmula química: H₂O, lo que significa que cada molécula de agua está
compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
- Enlaces covalentes: Los átomos de hidrógeno están unidos al átomo de
oxígeno mediante enlaces covalentes, donde los electrones son
compartidos entre los átomos.
- Geometría angular: La molécula de agua tiene una forma angular con un
ángulo de aproximadamente 104.5 grados entre los átomos de hidrógeno.
- Polaridad: Debido a la diferencia en electronegatividad entre el oxígeno y el
hidrógeno, la molécula de agua es polar. Esto significa que tiene una
distribución desigual de la carga eléctrica, con una carga parcial negativa
cerca del oxígeno y una carga parcial positiva cerca de los hidrógenos.
- Puentes de hidrógeno: Las moléculas de agua pueden formar enlaces
débiles llamados puentes de hidrógeno entre el hidrógeno de una molécula
y el oxígeno de otra. Estos puentes son cruciales para muchas de las
propiedades del agua, como su alto punto de ebullición y su capacidad para
expandirse al congelarse.
Propiedades
a) Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve,
por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez
la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar
puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas, los iones
de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando
“atrapados” y recubiertos de moléculas de agua
La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde
ocurren las reacciones del metabolismo.
b) Elevada fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las
moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura
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Tema 2. EL AGUA El agua (del latín aqua). Cognado del castellano antiguo agua. Estructura química La estructura química del agua es fundamental para entender sus propiedades únicas.

  • Fórmula química: H₂O, lo que significa que cada molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
  • Enlaces covalentes: Los átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno mediante enlaces covalentes, donde los electrones son compartidos entre los átomos.
  • Geometría angular: La molécula de agua tiene una forma angular con un ángulo de aproximadamente 104.5 grados entre los átomos de hidrógeno.
  • Polaridad: Debido a la diferencia en electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno, la molécula de agua es polar. Esto significa que tiene una distribución desigual de la carga eléctrica, con una carga parcial negativa cerca del oxígeno y una carga parcial positiva cerca de los hidrógenos.
  • Puentes de hidrógeno: Las moléculas de agua pueden formar enlaces débiles llamados puentes de hidrógeno entre el hidrógeno de una molécula y el oxígeno de otra. Estos puentes son cruciales para muchas de las propiedades del agua, como su alto punto de ebullición y su capacidad para expandirse al congelarse. Propiedades a) Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas, los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando “atrapados” y recubiertos de moléculas de agua La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. b) Elevada fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura

compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático. c) Gran calor específico: También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de “calor” que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante. d) Elevado calor de vaporización: Sirve el mismo razonamiento anterior, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera Funciones del agua Están íntimamente relacionadas con las propiedades anteriormente descritas, se podrían resumir en los siguientes puntos:

  • En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (agentes proteicos que intervienen en la transformación de las sustancias que se utilizan para la obtención de energía y síntesis de materia propia) necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa
  • Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada, es decir,

Las alteraciones del pH pueden estar relacionadas con diversas enfermedades y trastornos, como:

  1. Acidosis: Un pH demasiado bajo en la sangre puede ser causado por diabetes no controlada, insuficiencia renal o respiratoria, entre otras condiciones.
  2. Alcalosis: Un pH demasiado alto en la sangre puede ser causado por hiperventilación, vómitos excesivos o uso de ciertos medicamentos. Definición del pK: El pK se define como el pH al cual la concentración de la forma ionizada de un ácido o base débil es igual a la concentración de la forma no ionizada. En otras palabras, es el pH al cual el ácido o base débil está 50% ionizado.  Tipos de pK Existen dos tipos de pK:
  3. pKa (potencial de ionización ácido): se refiere a la tendencia de un ácido débil a donar protones.
  4. pKb (potencial de ionización básico): se refiere a la tendencia de una base débil Soluciones tampón o amortiguadores Una solución amortiguadora, reguladora, o tampón es aquella compuesta por una mezcla de un ácido débil con su base conjugada. Su principal característica es que mantiene estable el pH de una disolución ante la adición de cierta cantidad de ácido o base fuerte. Un ejemplo es la solución tampón de acético (ácido)-acetato (base conjugada) que mantendrá el pH alrededor de 4,6. Es muy útil su uso en procesos en los que se necesita un pH bastante concreto, así como en la industria agrícola, farmacéutica y alimentaria. Estos son otros reguladores de pH: Citrato trisódico, Diacetato sódico, Citrato trisónico y Glicina. Distribución del agua en el organismo El agua es esencial para el funcionamiento del cuerpo humano y se distribuye en varios compartimentos:
  1. Agua intracelular (AIC): Constituye aproximadamente el 40% del peso corporal total y se encuentra dentro de las células. Es crucial para mantener la forma y estructura celular, así como para el transporte de nutrientes y eliminación de desechos.
  2. Agua extracelular (AEC): Representa alrededor del 20% del peso corporal total y se divide en dos compartimentos principales:
    • Plasma sanguíneo: El líquido que transporta las células sanguíneas a través del sistema circulatorio.
    • Líquido intersticial: Se encuentra entre las células y los vasos sanguíneos.
  3. Agua de transición: Se encuentra en el tracto gastrointestinal y los órganos huecos como el estómago e intestinos. Esta agua se utiliza para la digestión y absorción de nutrientes. El equilibrio hídrico se mantiene gracias a la ingesta de líquidos y la excreción de agua a través de la orina, el sudor y la respiración. Hormonas como la antidiurética (ADH) y la aldosterona juegan un papel crucial en la regulación de la reabsorción de agua en los riñones. Funciones del agua en el organismo  Transporte: Actúa como un medio para transportar nutrientes, gases, y desechos.  Regulación de la temperatura: Ayuda a mantener la temperatura corporal a través de la transpiración.  Reacciones químicas: Participa en numerosas reacciones bioquímicas, como la hidrólisis.  Lubricación: Proporciona lubricación en articulaciones y tejidos.  Amortiguación: Ayuda a proteger órganos y tejidos al actuar como amortiguador