Agua

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Si recuerdan una caminata por la montaña, bajo el sol, parar, tomar resuello y luego beber agua, se encontrarán en la disposición psicológica adecuada, porque quiero hablar del agua.

H2O. El átomo de oxígeno tiene en su capa externa seis electrones y necesita dos más para completarla. El átomo de hidrógeno tiene un electrón en su capa más externa y no le importa nada completarla con uno más. En esas circunstancias no es de extrañar que el oxígeno comparta dos de sus electrones con dos átomo de hidrógeno, formando enlaces covalentes. La molécula en su conjunto es neutra, ya que hay tantos protones como electrones. Sin embargo es polar. Debido a que el núcleo de oxígeno atrae con más fuerza a los electrones que los núcleos de hidrógeno, uno de los extremos de la molécula tiene carga ligeramente positiva y otro carga ligeramente negativa.

Hasta aquí aparentemente nada especial y, sin embargo, esa estructura tan concreta atribuye a la molécula de agua unas propiedades tan sorprendentes que me extraña que los creacionistas o lo partidarios del diseño inteligente no lo utilicen como argumento.

En primer lugar, el agua cuando se encuentra en estado líquido es un solvente extraordinario. Para entender esto hay que hacer referencia a la manera que tienen las moléculas de agua de unirse entre sí. La unión se fundamenta en los llamados enlaces de hidrógeno. Precisamente el que las moléculas estén cargadas positiva y negativamente explica que se atraigan y actúen cohesionadamente.

Si introducimos una sustancia en el agua y es también polar (tiene polos negativos y positivos), las moléculas de agua rompen los enlaces de esas sutancias rodeando sus componentes. El ejemplo más famoso es el de la sal común, que se forma por la unión de iones de cloro y sodio. Pero esos efectos se producen con muchas otras sustancias, como los azúcares y los aminoácidos, y con gases como el oxígeno o el dióxido de carbono. No hay líquido que disuelva tantas sustancias y, por eso, los medios acuosos se convierten en el medio adecuado para las reacciones bioquímicas. Curiosamente, si introducimos una sustancia no polar (como las grasas) la particular estructura del agua permite otra reacción vital. Una sustancia así es hidrofóbica y rompe los enlaces de hidrógeno al separar las moléculas de agua cercanas, que no pueden formar un enlace de hidrógeno con esas moléculas tan poco amistosas. Llega un momento en que las moléculas de grasa se encuentran y juntan y, entonces, tienen una superficie menor (juntas que separadas), interfiriendo menos entre las moléculas de agua unidas por enlaces de hidrógeno. El resultado es más estable y por eso las grasas terminarán reunidas, como puede comprobar cualquiera que echa unas gotas de aceite en agua. Esa particularidad permite, por ejemplo, aislar el espacio interior de una célula (es decir, que una célula sea una célula), ya que la membrana celular se forma con moléculas hidrofóbicas en uno de sus extremos.

En segundo lugar, sin el agua resultaría muy difícil mantener una temperatura relativamente constante dentro de los organismos. Temperaturas elevadas o bajas impiden las acciones enzimáticas, básicas para la vida. Resulta que el agua tiene propiedades curiosas, por ejemplo, su calor específico. Es muy elevado, lo que significa que hace falta mucha energía para aumentar su temperatura. La razón se encuentra precisamente en los enlaces de hidrógeno. Cuando entra energía en un sistema (porque lo calentamos), las moléculas se aceleran. Sin embargo, al entrar calor en un sistema acuoso, gran parte de esa energía rompe los enlaces de hidrógeno, en vez de acelerar las moléculas de agua. Por eso una caloría calentará un gramo de agua 1º C, mientras que bastan 0,02 calorías para calentar el mármol. Además, se produce la circunstancia de que, hasta que no se rompan todos los enlaces de hidrógeno, no se vaporiza una molécula de agua, convirtiéndose en gas. Tarda pues bastante y exige gran cantidad de calorías. Y, en el momento en que se produce la vaporización de una molécula que ha acumulado tanta energía, el resto de moléculas que siguen en estado líquido se enfrían. La evaporización de un gramo de agua enfría 539 gramos del cuerpo en un 1º C. El sudor, esa película de agua que se produce por la vaporización, enfría el cuerpo, permitiendo que no nos achicharremos. Y claro, igualmente, el agua tiene un calor de fusión elevado, por lo que es preciso eliminar mucha energía del sistema para que se transforme al estado sólido. Todas esas particularidades permiten que el agua sea el estabilizador fundamental de la temperatura de los organismos.

Ya van unas cuantas propiedades esenciales y que se dan en una sola molécula; además el agua es una de las pocas sustancias que cuando se congela resulta menos densa que en estado líquido. El agua flota por esa razón, porque ocupa un volumen superior en estado sólido que líquido. Eso sucede por … lo han adivinado, por los enlaces de hidrógeno, que se ordenan en forma de panal de abejas. Si no fuera por esta circunstancia el agua se congelaría desde las profundidades hacia arriba, y acabaría con la vida de los ríos, lagos o mares congelados. Además, al congelarse la capa superficial, el resto conserva calor y se retrasan y aminoran los efectos de la congelación.

Por cierto, nuestros amigos, los enlaces de hidrógeno, explican otra característica del agua. Ya hemos visto que las moléculas se atraen y cohesionan, pero lo hacen de manera más fuerte en la superficie, porque las fuerzas de atracción en la superficie son más importantes hacia el interior que hacia el exterior (donde hay gases). Esa cohesión (que observamos en una gota de agua) permite que el agua suba por las plantas sin romperse. No podría producirse la fotosíntesis sin agua. Deduzcan ustedes las consecuencias.

Hay más características del agua útiles para la vida. Y además está rica. Sobre todo en mi pueblo. En los años cincuenta mi padre conducía un camión de Madrid a Bilbao y de Bilbao a Barcelona. Y en Barcelona le esperaba siempre un amigo para recoger unos litros de agua del Lozoya. Los usaba para cocinar. Es cierto que hablo de caviar, pero uno comprende el esfuerzo que se ha hecho siempre para conseguirla. Es agua, claro.

 

NOTA: Introduzco, por su interés, este comentario de qtyop, escrito hace 8 años, fecha en la que se publicó originalmente esta entrada.

No está de más recordar las singulares propiedades del agua. El helio y el agua luchan por apropiarse del término sustancia más singular sobre la faz de la tierra.

Puntualizaciones.

1. El sudor es la solución salina que segregan las glándulas a tal efecto llamadas sudoríparas. Es decir, no se produce por la vaporización. Se segrega y su posterior vaporización enfría el cuerpo. Much like como cuando nos echamos alcohol en la mano: su vaporización nos hace sentir frío.

La vaporización del sudor sólo se produce en condiciones ambientales favorables. Igual que el mecanismo del botijo. Se requiere un ambiente seco. El ambiente seco en contacto con una película húmeda no se lleva muy bien: el ambiente seco exige de inmediato participar en el festín acuoso, evapora agua y la disuelve en su interior.

Si el ambiente es húmedo, na de na. El sudor no se evapora, el cuerpo no se enfría. De ahí la sensación bochornosa de los días húmedos.

Si el ambiente está calmo, la evaporación del sudor lo humedece y, pronto, deja de evaporar y el cuerpo deja de enfriarse.

Si el ambiente no está calmo, el sudor se evapora, el aire se enriquece en agua pero se traslada de lugar. La piel entra en contacto, de nuevo, con aire seco que evapora sudor y sigue enfriando el cuerpo. Por eso, en algunos lugares, el ventilador es esencial.

2. Hay otra extraña e importante propiedad del agua: el hecho de que se dilate al enfriarse por debajo de cuatro grados centígrados. O, dicho de otra forma, el hecho de que la máxima densidad sea a cuatro grados centígrados y no a la mínima temperatura posible (cero grados). Además, la densidad de la fase sólida es menor que la densidad de la fase líquida: el hielo flota en el agua. Esto tiene se inconveniente, pero es, globalmente, provechoso.

El inconveniente mayor es que si metemos una botella de agua en el congelador corremos el riesgo de que se rompa. Pero podemos vivir con ese riesgo.

Las ventajas son varias. Por ejemplo, los icebergs son visibles y la navegación está a salvo. Salvo que seas el Titanic.

Más importante. Los mares, lagos y ríos no llegan a congelarse por completo. Si el hielo se hundiera en el agua los inviernos habrían sido catastróficos. El hielo se depositaría en el fondo del lago, río o mar, y el agua de la superficie se congelaría en contacto con un ambiente de, digamos, veinte grados bajo cero. El agua congelada volvería a caer… y vuelta a empezar hasta congelar todo el lago, mar o río.

En la realidad, cuando se congela la capa superior de agua, el hielo resultante flota y, as a result, crea una capa protectora que dificulta el congelamiento de las capas inferiores. Al fondo, muy al fondo de casi cualquier mar, río o lago frío hay una capa de agua con máxima densidad, a la temperatura de cuatro grados, un balneario suficiente para la pervivencia de la vida.

3. Que la capacidad calorífica y el incremento de entalpía de vaporización del agua sean grandes —de los más grandes de la naturaleza— produce otro tipo de ventajas en el prosaico homo hodiernis: la posibilidad de usar el agua —el vapor de agua— para transportar cosas. El agua tanto como fuente de calor (vapor de agua) como de refrigeración (los circuitos refrigeradores inevitables en toda máquian). Calienta e impide calentar. La revolución industrial, en suma.

2 comentarios en “Agua

  1. Se te ha colado “El agua flota por esa razón …” en el séptimo párrafo.
    Es evidente que te refieres al hielo, aún así resulta poético. “El agua flota y el aire vuela”.

  2. Alnair, al principio he pensado en corregirlo, pero estoy casi seguro de que lo escribí así aposta. En la frase anterior menciono el agua en forma de hielo. El agua flota en el agua cuando es hielo, en consecuencia, y creo que es mejor decirlo así, ya que subraya lo permanente.

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