pH y Amortiguadores

pH y Amortiguadores: Tampones fisiológicos
Un aspecto fundamental en la fisiología de todos los organismos es la homeostasis o capacidad para mantener una situación de equilibrio dinámico favorable. En este fenómeno tiene gran importancia los sistemas amortiguadores que equilibran la presencia de sustancias ácidas y básicas para mantener el pH dentro de los límites fisiológicos.
En los organismos vivos se están produciendo continuamente ácidos orgánicos que son productos finales de reacciones metabólicas, catabolismo de proteínas y otras moléculas biológicamente activas. Mantener el pH en los fluidos intra y extracelulares es fundamental puesto que ello influye en la actividad biológica de las proteínas, enzimas, hormonas, la distribución de iones a través de membranas, etc… La manera en que podemos regular el pH dentro de los límites compatibles con la vida son: 1) los tampones fisiológicos (amortiguadores) y 2) la eliminación de ácidos y bases por compensación respiratoria y renal.
Los tampones fisiológicos son la primera línea de defensa frente a los cambios de pH de los líquidos corporales, entre los que destacan: el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y el tampón hemoglobina.

Concepto de ácido y base
Lavoisier (1777) observó que sustancias como el azufre y el fósforo en combinación con oxígeno, y en disolución acuosa, daban lugar a sustancias ácidas. Pensó que el responsable era el oxígeno y lo llamó principio acidificante.

Arrhenius (1887) propuso la Teoría de la disociación electrolítica iónica: Cuando los electrolitos (ácidos, bases y sales) se disuelven en agua se disocian en partículas cargadas (Iones).

Ácido: Sustancia que en disolución acuosa libera iones de hidrógeno

Base: Sustancia que en disolución acuosa libera iones hidroxilo (−OH)

Brönsted y Lowry (1923) definieron
Ácido: Toda especie capaz de ceder protones.
Base: Toda especie capaz de aceptar protones.
Reacción ácido-base, aquella que implica transferencia de protones

Las sustancias que pueden actuar tanto como ácido como base, se llaman anfolitos, anfóteros o anfipróticos.

Lewis (1938) propuso que no todas las reacciones ácido-base implican transferencia de protones, pero sin embargo forman siempre un enlace covalente dativo.
Ácido: Sustancia que puede aceptar un par de electrones de otros grupos de átomos, para formar un enlace covalente dativo.
Base: Sustancia que tiene pares de electrones libres, capaces de ser compartidos para formar enlaces covalentes dativos.

Concepto y definición de pH
El agua es un electrolito débil con una conductividad de 4 x 10 m Ω/cm. Esto indica que aunque muy débilmente el agua se disocia en iones:
H2O -------> H3O+ + OH-

Al disociarse el agua, coexisten iones disociados con moléculas no disociadas pudiéndose aplicar la ley de acción de las masas:
K = (H+) x (OH-) / (H2O)
Introduciendo en la fórmula anterior las molaridades correspondientes y sabiendo que la concentración de H + es igual a la de OH-, se puede calcular la concentración del agua sabiendo que su peso molecular es de (18 g/mol). Si se considera que la concentración de agua no disociada es muy grande, puede suponerse que esta permanece constante y no se modifica, por lo que:
(H+) x (OH-) = Kw = K x (H2O) = 10-13,98 (a 25ºC)
Kw es el producto iónico del agua
El producto iónico del agua depende de la temperatura, pudiendo expresarse el valor de Kw diciendo que el producto de iones H+ por el de OH-, a una temperatura dada, es constante. Si la concentración de uno aumenta debe disminuir proporcionalmente la del otro.
Del producto iónico del agua se parte para establecer el concepto de pH. Si Kw es igual a 10-14 y la concentración de H+ es igual al de OH- puede hacerse:
(H+)2 = 10-14 o (H+) = 10-7 aplicando logaritmos: log (H+) = - 7 * log 10 = - 7; multiplicando por -1 tenemos: - log de (H+) = 7. Si hacemos: - log (H+) = pH tenemos que pH = 7. Por lo tanto, pH es el logarítmo de la concentración de hidrogeniones cambiado de signo.
Toda sustancia con pH 7, el correspondiente al agua, se denomina neutra. Las de valor inferior a 7, se consideran ácidas y las superiores a 7 básicas o alcalinas.

Sistema Amortiguador del Fosfato. Estos sistemas a diferencia de las macromoléculas están formados por metabolitos de bajo peso molecular y son los sistemas de fosfato y bicarbonato.

El sistema amortiguador de fosfato actúa en el citoplasma de las células y consiste de:

H2PO4- ↔ H+ + HPO42-

El sistema amortiguador de fosfato es más eficiente a un pH cercano a su pKa de 6.86, por lo que resiste cambios en el pH desde 5.86 hasta 7.86, por tanto, es muy efectivo para los sistemas biológicos que realizan reacciones alrededor de pH 7.0. En los mamíferos por ejemplo el pH extracelular y de la mayoría de los compartimientos citoplásmicos está en el intervalo de 6.9 a 7.4.

Sistema amortiguador del Bicarbonato. El plasma sanguíneo es amortiguado en parte por el sistema amortiguador de bicarbonato, que consiste de ácido carbónico (H2CO3) como donador de protones y bicarbonato (HCO3-) como aceptor de protones:
H2CO3 ↔ H+ + HCO3-


Este sistema amortiguador es más complejo que otros conjugados porque uno de sus componentes, el ácido carbónico, está formado por dióxido de Carbono disuelto (CO2(d)) y agua en una reacción reversible:

CO2(d) ↔ H2CO3

El dióxido de Carbono en condiciones normales de presión y temperatura es un gas, por lo que la cantidad de éste que puede estar disuelto (d) en la sangre, depende del equilibrio con el que está en la fase gaseosa (CO2(g))
CO2(g) ↔ CO2(d)

El pH del amortiguador del sistema de bicarbonato, depende de la concentración de H2CO3 y HCO3-. La concentración de H2CO3 a su vez depende de la concentración de CO2(d), la que a su vez depende de la concentración de CO2(g). Esta última se denomina como presión parcial del CO2. El pH de un amortiguador de bicarbonato expuesto a una fase gaseosa está determinado finalmente por la concentración de HCO3- en la solución y de la presión parcial de CO2(g).

En los animales pulmonados, el sistema amortiguador de bicarbonato es un efectivo amortiguador fisiológico cerca de pH 7.4 porque el ácido carbónico disuelto en el plasma sanguíneo está en equilibrio con la gran capacidad de reserva de CO2(g) en el espacio aéreo de los pulmones. Este sistema amortiguador involucra tres equilibrios reversibles entre el CO2 gaseoso en los pulmones y el bicarbonato en el plasma sanguíneo:

ENLACES

ENLACES
Mientras que sólo hay alrededor de 118 elementos catalogados en la tabla periódica, obviamente hay más substancias en la naturaleza que los 118 elementos puros. Esto es porque los átomos pueden reaccionar unos con otros para formar nuevas substancias denominadas compuestos. Un compuesto se forma cuando dos o más átomos se enlazan químicamente.
El compuesto que resulta de este enlace es químicamente y físicamente único y diferente de sus átomos originarios.

Enlace Iónico. En los enlaces iónicos, los electrones se transfieren completamente de un átomo a otro. Durante este proceso de perder o ganar electrones cargados negativamente, los átomos que reaccionan forman iones. Lo iones cargados de manera opuesta se atraen entre ellos a través de fuerzas electroestáticas que son la base del enlace iónico.

Algunas características de los compuestos formados por este tipo de enlace son:

• Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico.
  
• Altos puntos de fusión y ebullición.
• Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII.
• Son solubles en disolventes polares
• En solución acuosa, sí conducen la electricidad.



Enlace Covalente. El enlace covalente ocurre cuando dos (o más) elementos comparten electrones. Los átomos en el compuesto tienen una tendencia similar hacia los electrones (generalmente para ganar electrones), comúnmente cuando dos no metales se enlazan. Se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones, entonces los átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital denominado orbital molecular. A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace químico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos.

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Bioelementos y Biomoléculas.

Biolementos

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N, P y S. Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples, lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.

Bioelementos secundarios: Mg, Ca, Na, K, Cl. Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.Oligoelementos: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: indispensables: hierro, manganeso, cobre, cobalto, zinc; variables: flúor, iodo, boro, aluminio, silicio, vanadio, cromo, selenio, molibdeno y estaño.

Biomoléculas.

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro biolementos más abundantes en los seres vivos son el C, H, O y N, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células. Según la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser:Biomoléculas inorgánicas: Son biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).Biomoléculas orgánicas: Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción. Las biomoléculas orgánicas son aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos.

Agua

El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituída por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.El citotoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º. El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse (cohesividad) , es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias. Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.

BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS

Bioelementos y Biomoléculas.
Bioelementos. Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N, P y S. Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples, lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.
Bioelementos secundarios: Mg, Ca, Na, K, Cl. Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.
Oligoelementos: Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: indispensables: hierro, manganeso, cobre, cobalto, zinc; variables: flúor, iodo, boro, aluminio, silicio, vanadio, cromo, selenio, molibdeno y estaño.
Biomoléculas. Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los cuatro biolementos más abundantes en los seres vivos son el C, H, O y N, representando alrededor del 99% de la masa de la mayoría de las células. Según la naturaleza química, las biomoléculas pueden ser:
Biomoléculas inorgánicas: Son biomoléculas no formadas por los seres vivos, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomolécula más abundante, los gases (oxígeno, dióxido de carbono) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).
Biomoléculas orgánicas: Son sintetizadas solamente por los seres vivos y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia están también presentes nitrógeno, fósforo y azufre; otros elementos son a veces incorporados pero en mucha menor proporción. Las biomoléculas orgánicas son aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos.
Agua
El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.
Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituída por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.
El citotoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.
Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.
El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.
El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.
Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.
En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.
En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.
La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.
Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.
La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.
La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.
Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º. El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.
Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.
La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.
Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.
Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse (cohesividad) , es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.
Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.
Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.
Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias. Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.
En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.
Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.