El agua

La vida en la Tierra se suele describir como un fenómeno basado en el carbono, pero sería igualmente correcto llamarlo un fenómeno basado en el agua. Es probable que la vida se haya originado en el agua, hace más de tres mil millones de años, y que todas las células vivientes sigan dependiendo del agua para existir.  

IMPORTANCIA DEL AGUA

En el estudio de la bioquímica es importante comprender al agua y sus propiedades. 

 Algunas propiedades importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces intermoleculares que puede formar. Una de las consecuencias importantes de la polaridad de la molécula de agua es que dichas moléculas se atraen entre sí. 

Las propiedades físicas del agua se combinan para hacerla un excelente solvente. Ya se estudió que las moléculas de agua son polares; esta propiedad ejerce consecuencias importantes.

 Además, el agua posee una viscosidad intrínseca que no impide mucho el movimiento de las moléculas disueltas en ella. Por otra parte, las moléculas mismas de agua son pequeñas en comparación con las de otros solventes como el etanol y el benceno. El pequeño tamaño de las moléculas de agua determina que muchas de ellas puedan asociarse con partículas de soluto y hacerlas más solubles, sin embargo, los hidrocarburos y otras sustancias no polares presentan una solubilidad muy baja en agua porque las moléculas de agua tienden a interactuar con otras moléculas de agua y no con moléculas no polares. El resultado es que las moléculas de agua excluyen a las sustancias no polares forzándolas a asociarse entre sí. Además de sus propiedades físicas, las propiedades químicas del agua también son importantes en bioquímica, porque las moléculas de agua pueden reaccionar con moléculas biológicas. El átomo de oxígeno, rico en electrones, determina gran parte de la reactividad del agua en las reacciones químicas. A las sustancias ricas en electrones se les llama nucleó filos (“amantes” del núcleo)

porque buscan especies con carga positiva, o con deficiencia en electrones, llamados electrófilos (“amantes” del electrón). 

Una de las propiedades importantes del agua es su pequeña tendencia a ionizarse. El agua pura no está formada sólo por H2O, sino también por una baja concentración de iones hidronio (H3O) y una concentración igual de iones hidróxido (OH). Los iones hidronio e hidróxido se forman por un ataque nucleofílico del oxígeno contra uno de los protones en una molécula adyacente de agua.

 Los ácidos y bases que se disocian por completo en agua, como el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, se llaman ácidos fuertes y bases fuertes. Hay muchos otros ácidos y bases, como por ejemplo los aminoácidos que forman lasproteínas y las purinas y pirimidinas del ADN y ARN, que no se disocian por completo en el agua. A dichas sustancias se les conoce como ácidos débiles y bases débiles

PUENTES DE HIDRÓGENO EN EL AGUA 

La atracción entre uno de los átomos de hidrógeno, ligeramente positivo, de una molécula de agua y los pares de electrones negativos de uno de los orbitales híbridos sp3 produce un "puente de hidrógeno".

En un puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua, el átomo de hidrógeno permanece enlazado covalentemente a su átomo de oxígeno que es el donador de hidrógeno. Al mismo tiempo, está unido a otro átomo de oxígeno, llamado aceptor de hidrógeno. De hecho, el átomo de hidrógeno está compartido (en forma desigual) entre los dos átomos de oxígeno.

Ionización del agua

Una de las propiedades importantes del agua es su pequeña tendencia a ionizarse. El agua pura no está formada sólo por H2O, sino también por una baja concentración de iones hidronio (H3O) y una concentración igual de iones hidróxido (OH). 

La escala de pH

Existen varios procesos bioquímicos como el transporte de oxigeno en la sangre, la catálisis de reacciones con enzimas y la generación de energía metabólica durante la respiración o la fotosíntesis que están muy influidos por la concentración de protones. aunque la concentración de H+ (o H3O+) en las células es pequeña en relación con la concentración del agua, el intervalo e [H+] en soluciones acuosas es enorme, por lo que conviene usar una cantidad logarítmica llamada pH como medida de la concentración de H+. el pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de H+.

Constante de disociación de ácidos débiles

Los ácidos y bases que se disocian por completo en agua, como el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, se llaman ácidos fuertes y bases fuertes. Hay muchos otros ácidos y bases, como por ejemplo los aminoácidos que forman las proteínas y las purinas y piri-midinas del ADN y ARN, que no se disocian por completo en el agua. A dichas sustan-cias se les conoce como ácidos débiles y bases débiles

La constante de equilibrio para la disociación de un protón de un ácido en agua se llama constante de disociación del ácido, Ka. Cuando la reacción llega al equilibrio, lo que sucede con mucha rapidez, la constante de disociación del ácido es igual a la con-centración de los productos dividida entre la concentración de los reactivos.

Ka  =  [H+]  [ CH3COO-]  ÷  [CH3COOH]

La Kadel ácido acético a 25°C es de 1.76 105M. Como los valores numéricos de Kason pequeños e incómodos en los cálculos, se aconseja manejarlos en escala logarítmi-ca. Por analogía con el pH, se define al pKacomo

  

PKa   =   -log Ka  =  log1Ka

La ecuación de Henderson-Hasselbalch,que define al pH de una solución en función del pKa  del ácido débil en el par ácido-base, y del logaritmo de la relación de las concentraciones de la especie disociada (base conju-gada) entre la especie protonada (ácido débil). Nótese que mientras mayor sea la con-centración del aceptador de protón (base conjugada) en relación con la del donador de protón (ácido débil) el pH será mayor.

pH = pKa + log⁡  [aceptor de protones]

                            [donador de protones]

Resuelva

¿ Cual es el pH de una solución de ácido acético 0.1 M?  la constante de disociación de ácido acético es 1.76 X 10 -5 M. 

El ácido tiene pKa= 4.8 ¿ cuantos mililitros de ácido 0.1M y de acetato de sodio 0.1 M se requieren para preparar 1 litro de una solución amortiguadora cuyo pH sea de 5.8?