Autoionización y producto iónico del agua

Autoionización del agua

El hecho de que el agua presente una ligera conductividad eléctrica indica que en ella existen cierta cantidad de iones. El agua aparece parcialmente disociada en sus iones debido a su propia autoionización, debido a la reacción ácido-base:

autoionizacion-agua

La probabilidad de encontrar el protón libre es casi nula y en realidad lo encontramos hidratado, por lo que resulta más conveniente emplear el ion oxonio H3O+.

Producto iónico del agua

La autoionización del agua es un equilibrio para el cual podemos escribir la siguiente constante:

constante-autoionizacion-agua

Como el grado de disociación es realmente muy pequeño, podemos considerar que la concentración del agua (55’5 M) se mantiene constante, por lo que:

producto-ionico-agua

La constante Kw se denomina producto iónico del agua y su valor depende de la temperatura:

variacion-kw-temperatura

En la reacción de autoionización del agua, por cada ion de H3O+ se produce también un ion OH, por lo que en el agua pura la concentración molar de los dos iones es la misma:

agua-pura-disolucion-neutra

Teniendo en cuenta que la concentración en el agua pura es 55’5 M, sólo una molécula de cada 555 millones, aproximadamente, está disociada.

El Agua: la molécula de la vida

Aparentemente sencilla pero llena de matices y peculiaridades que la hacen ser única, el agua se impone como la molécula fundamental e imprescindible para la vida en nuestro planeta: es el líquido más abundante de la superficie terrestre y la principal biomolécula de los seres vivos.

En el ser humano el contenido en agua se encuentra en torno al 60-65 %, aunque varía de un individuo a otro, y oscila entre el 20 % de los tejidos óseos, hasta casi el 90 % de algunas células, como las cerebrales. Además, el contenido de agua es superior en las células embrionarias y va disminuyendo con el envejecimiento celular. De todo el agua que posee una persona en su organismo, unos dos tercios se encuentran en el interior de las células y el tercio restante se distribuye en el medio extracelular.

El agua está formada por la unión covalente de dos átomos de hidrógeno a un átomo de oxígeno con hibridación sp³. Éste posee, además, dos pares de electrones sin compartir, que aumentan las repulsiones electrónicas con los otros dos orbitales, obligando a la molécula a obtener una geometría angular con un ángulo de enlace de 104’45º:

agua

Debido a la diferente electronegatividad entre oxígeno e hidrógeno, la densidad electrónica es mayor en torno al oxígeno, por lo que constituye un dipolo. Esta característica permite la existencia de interacciones electrostáticas entre las moléculas de agua. Estos enlaces que unen un átomo de hidrógeno de carga positiva débil con un átomo de oxígeno de carga negativa débil de otra molécula se llaman puentes de hidrógeno:

puentesH

Las moléculas de agua establecen varios puentes de hidrógeno entre sí, y van a determinar muchas de sus propiedades físico – químicas.

Propiedades del agua

  • Elevado punto ebullición, en comparación con moléculas similares, debido a la existencia de puentes de hidrógeno, ya que hay que aportar energía adicional para romperlos. En consecuencia, el agua se encuentra en estado líquido en un amplio margen de temperatura.

agua-FUSION-EBULLICION

  • Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas, que determinan su incompresibilidad, dando volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actúa como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados. Así mismo, explica la función amortiguadora que ejerce en las articulaciones, formando parte del líquido sinovial.
  • Elevada fuerza de adhesión a las paredes de los recipientes, lo que explica su capilaridad, es decir, su capacidad de ascender por conductos de pequeño diámetro en contra de la gravedad, y que contribuye a la ascensión de la savia bruta a través de los vasos leñosos.
  • Elevada tensión superficial, debida a las fuerzas de atracción netas hacia el interior que experimentan las moléculas de la superficie del agua, que determinan la resistencia superficial a ser traspasadas. Esto permite, por ejemplo, que ciertos organismos puedan desplazarse por su superficie y que pequeños objetos de materiales más densos no se hundan.

tension-superficial

  • Elevado calor específico, por lo que se necesita gran cantidad de calor para aumentar la temperatura del agua (hay que romper muchos enlaces de hidrógeno). Es una de las claves de su función termorreguladora, ya que ayuda a mantener constante la temperatura interna de los seres vivos.
  • Elevado calor de vaporización, de modo que requiere mucho calor para pasar a estado gaseoso y así, cuando se evapora de la superficie de un ser vivo, actúa como regulador térmico, pues absorbe calor del organismo con una pérdida pequeña de agua.
  • Densidad máxima a 4 ºC.  Este comportamiento anómalo es esencial para el mantenimiento de la vida acuática en climas fríos, ya que al descender la temperatura se forma una capa de hielo, menos denso, que flota en la superficie, protegiendo al agua interior del ambiente exterior.

densidad-agua-hielo

  • Elevada capacidad disolvente y dispersante. Debido a la polaridad de las moléculas de agua interaccionan con otros iones, facilitando la disociación y disolución de sales, en un fenómeno de solvatación que está favorecido por su elevada constante dieléctrica, superior a la de otros disolventes. Además disuelve moléculas con grupos polares o ionizables y es capaz de dispersar moléculas anfipáticas mediante la formación de micelas:

micelas

  • Bajo grado de (auto)ionización, según el cual el agua establece un equilibrio de disociación en protones y aniones hidroxilo, determinado por el producto iónico:

producto-ionico-agua - copia