viernes, 15 de junio de 2012

AGUA, sutileza para la vida.


El agua, líquido elemento, sí.  Pero alguien en su sano juicio es capaz de explicar bien y sensatamente qué coño es el agua sin mirar en Wikipedia. Es más, si no existiese Wikipedia, cuál sería tu cara de bobo cuando el último y crucial examen de tu carrera, curso, grado o lo que sea, no tuviera más preguntas ni más respuestas que:  AGUA.





¿No te has parado a pensar en el agua eh?, conocimientos de química se agolpan en tu cabeza, complicadas reacciones de síntesis orgánica, rutas metabólicas que escritas necesitan un póster tamaño pared a letra 6, ecuaciones que definen marcianas técnicas separativas y analíticas… Has estudiado hasta la última letra de tus apuntes y libros bibliotequiles, te sabes hasta en qué color tienes subrayada cada frase… pero… siempre hay un pero, y ellos lo han encontrado.  Te preguntan por el AGUA, ¡¿Por qué me preguntan por el agua?!... y pasa por tu cabeza el agua de las tormentas que has visto, la de las cataratas del Niágara que ni viste y a saber si verás… hasta el agua del riachuelo que pasa por tu pueblo, pero lo sabes con terror abyecto: hablar del ciclo del agua, no te salvará de la quema. Escribir la irrisoria fórmula química y anotar que tu pesadilla  molecular es angular y hierve a 100°C casi te da más pavor que dejar el examen del demonio en blanco, te atormenta Twain atronadoramente: “Es mejor tener la boca cerrada y parecer estúpido que abrirla y disipar la duda.”

Deja tu mente en blanco y deja de pensar sandeces.  ¿Por qué es tan importante el AGUA?, ¿Por qué el AGUA es el disolvente universal? ¿Por qué coño tiene su densidad máxima a 4°C? ¿Por qué el agua…?  Un momento… 4 grados centígrados, y además líquido.  El H2S (primo del agua por estructura) es gas muy por debajo de 0 grados, y la puñetera y bendita AGUA se hace gas a casi 100°C.   ¡¡¡Eso es!!! Ahí está la sutil diferencia que sustenta la química de vida en la tierra.

Debemos la existencia a una sutil anormalidad.  Una sutil fechoría químico-física que genera la dilatación anómala del agua:


Gráfica de la dilatación anómala del agua con la temperatura (Fuente). A partir de 100 °C es necesario incrementar la presión (números rojos) para mantener el agua líquida, de otra manera se haría gas.



Este extraño comportamiento se debe a una sutileza que diferencia a agua (H2O) de por ejemplo el ácido sulfhídrico (H2S) (ebullición , -60 °C), del fluoruro de hidrógeno (HF) (ebullición, 20°C)  o del amoniaco (NH3) (ebullición, -33 °C). Todas estas moléculas son polares en cierto grado. Esto quiere decir que la densidad de electrones, en promedio,  es más alta en un parte de la molécula que en otra. Vamos, que todas tienen un polo negativo y otro positivo y se comportan como pequeños imanes. Una parte cargada positivamente en una molécula atrae a una parte de otra molécula cargada negativamente. Cuando la parte cargada positivamente es uno de los átomos de hidrógeno de la molécula, a este tipo de interacción se le denomina puente de hidrógeno. Todas las moléculas anteriores, excepto el H2S (bueno, este también, pero muy muy débiles), son capaces de formar puentes de hidrógeno donde el hidrógeno formará puentes con el átomo cargado positivamente.

Esquema de Enlace de hidrógeno entre dos moléculas de agua. Los puntos rojos indican la posición de los electrones, aquí sobre el oxígeno, pero téngase en cuenta que más bien lo que representa es una probabilidad mayoritaria de que los electrones estén por allí, por ello sobre el oxígeno existe una carga parcial negativa y sobre el hidrógeno positiva. 



Entonces, ¿dónde está la ínfima diferencia? Ahhh claro… el H2O tiene un puente de hidrógeno más poderoso que el resto, por eso tarda más en romperse su unión…pues NO, el puente del HF es mucho más fuerte y sin embargo resulta que es un piltrafilla que hierve “na más mirarlo”.

La sutil diferencia que otorga al AGUA el poder de sustentar la vida no es un puente de hidrógeno más poderoso, sino la capacidad de generar cuatro puentes de hidrógeno moderadamente fuertes con una simetría tetraédrica. Y esto se debe en última instancia a la peculiar distribución de electrones sobre el oxígeno (que los atrae con más fuerza que los hidrógenos) y a la estructura triangular de la molécula.   

 

Cinco moléculas de agua donde la central establece 4 puentes de hidrógeno (fuente).


Cuando el agua se enfría la moléculas van perdiendo movimiento y orientándose de manera que son capaces de establecer los cuatro (o 3,5 según las últimas medidas) puentes de hidrógeno con sus vecinas, generando una red ordenada de moléculas de agua equidistantes y más alejadas entre si que esas otras moléculas con uno o ningún puente de hidrógeno, que cuando se congelan se agolpan desquiciadas, a su radio de Van der Waals, como un montón de lacasitos.




Simulación de agua líquida (Fuente)



Representaciones del agua molecular en diferentes estados modificado de aquí.





Esta sutil argucia posibilita que el hielo flote, y esto no solo hace bonito en un cubalibre, hace posible la vida en la Tierra incluso cuando han existido infiernos de hielo. Además hace que tenga una alta capacidad para absorber calor, con lo que las perturbaciones térmicas del medio afectan menos drásticamente a los organismos. Pero sobre todo, esta sutileza química permite que el agua sea líquida a temperaturas relativamente altas, congruentes con el soporte de las reacciones de la química de la vida, que a menos temperatura son inviables.

 Este post participa en la XVI carnaval de química albergado en este, nuestro blog ¡Jindetrés, sal!





4 comentarios:

  1. Genial amigo, has pillado a la perfección mi propuesta para el carnaval... ¡qué diferencia más significativa, y más pequeña! ¡una diferencia de ángulos, nada menos! Y qué consecuencias más importantes...

    Enhorabuena por ser el primero del blog en contribuir, a ver si me pongo las pilas!

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  2. Que bien explicado para los que no sabemos y para hacer recordar a los que ya saben. Más claro que el agua. De eso se trataba supongo y lo has conseguido con creces, enhorabuena.

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Como dijo Ortega y Gasset, "Ciencia es aquello sobre lo cual cabe siempre discusión"...

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