Instituto Politécnico Nacional

Escuela de Medicina y Homeopatía

Bioquímica Humana I

Práctica 1: Algunas propiedades del agua

Espinosa Sierra Karina

González Rentería Luis Gerardo

López Calixto Vicente Alexis

Gallegos Olmedo Ammisaddai

Biol. Daniel Candelas Villagómez

Ciudad de México, agosto 18 de 2017

Introducción

En ésta práctica se realizaron 4 experimentos que demostraron satisfactoriamente

algunas de las propiedades físico-químicas de una de las moléculas inorgánicas

más importantes, tales propiedades como la tensión superficial, el calor específico,

punto de evaporación, interacciones electrostáticas. Algunas de las observaciones

consideradas relevantes se muestran a continuación.

Marco teórico

El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno.

La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas

características poco frecuentes. Estas características son:

• La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º.

• La molécula de agua es neutra.

• La molécula de agua, aun siendo neutra, forma un dipolo, aparece una zona

con un diferencial de carga positivo en la región de los Hidrógenos, y una

zona con diferencial de carga negativo, en la región del Oxígeno.

• El dipolo facilita la unión entre moléculas, formando puentes de hidrógeno,

que unen la parte electropositiva de una molécula con la electronegativa de

otra.

El agua se encuentra en nuestro planeta en forma líquida, sólida y gaseosa. El total

de agua en la Tierra se estima en unos 1.400 millones de km3, de los cuáles un 3%

del total corresponde a agua dulce. La provisión global de agua en la Tierra

(invariable desde hace miles de millones de años) está sometida al denominado

"Ciclo Hidrológico" que consiste en una serie de cambios de fase, de características

físicas, químicas, y microbiológicas, e incluso, de emplazamiento físico (mares,

nubes, glaciales, ríos, aguas subterráneas) cuyo último efecto es la "renovación"

periódica de la dotación de agua en las grandes acumulaciones de ésta del planeta:

océanos, ríos y lagos, atmósfera y litosfera.

El agua tiene propiedades especiales, derivadas de su singular estructura. Estas

propiedades son:

• Elevado calor específico: para aumentar la temperatura del agua un grado

centígrado es necesario comunicarle mucha energía para poder romper los

puentes de hidrógeno que se generan entre las moléculas.

• Elevado calor de vaporización: el agua absorbe mucha energía cuando pasa

de estado líquido a gaseoso.

• Elevada tensión superficial: las moléculas de agua están muy cohesionadas

por acción de los puentes de hidrógeno. esto produce una película de agua

en la zona de contacto del agua con el aire. como las moléculas de agua

están tan juntas el agua es incompresible.

• Capilaridad: el agua tiene capacidad de ascender por las paredes de un

capilar debido a la elevada cohesión o adhesión molecular.

• Alta constante dieléctrica: la mayor parte de las moléculas de agua forman

un dipolo, con un diferencial de carga negativo y un diferencial de carga

positivo.

• Bajo grado de ionización: la mayor parte de las moléculas de agua no están

disociadas. sólo un reducido número de moléculas sufre disociación,

generando iones positivos (H+) e iones negativos OH-). en el agua pura,

a 25ºc, sólo una molécula de cada 10.000.000 está disociada, por lo que la

concentración de H+ es de 10-7. por esto, el pH del agua pura es igual a 7.

• Densidad del agua: en estado líquido, el agua es más densa que en estado

sólido. por ello, el hielo flota en el agua. esto es debido a que los puentes de

hidrógeno formados a temperaturas bajo cero unen a las moléculas de agua

ocupando mayor volumen.

Las propiedades del agua permiten aprovechar esta molécula para algunas

funciones para los seres vivos. Estas funciones son las siguientes:

• Disolvente polar universal: el agua, debido a su elevada constante dieléctrica,

es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares. Sin embargo,

moléculas apolares no se disuelven en el agua. Esta propiedad, tal vez la

más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de

hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con

carga iónica (alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas

con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones

moleculares También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias

salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

• Lugar donde se realizan reacciones químicas: debido a ser un buen

disolvente, por su elevada constante dieléctrica, y debido a su bajo grado de

ionización.

• Función estructural: por su elevada cohesión molecular, el agua confiere

estructura, volumen y resistencia.

• Función de transporte: por ser un buen disolvente, debido a su elevada

constante dieléctrica, y por poder ascender por las paredes de un capilar,

gracias a la elevada cohesión entre sus moléculas, los seres vivos utilizan el

agua como medio de transporte por su interior.

• Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión molecular, el agua

sirve como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el rozamiento.

• Función termorreguladora: al tener un alto calor específico y un alto calor de

vaporización el agua es un material idóneo para mantener constante la

temperatura, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energía si es

necesario.

Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. Formas de vida

acuática y terrestre presentan gran cantidad de agua en su composición.

Estructuras como el líquido interno de animales o plantas, embriones o tejidos

conjuntivos suelen contener gran cantidad de agua. Otras estructuras, como

semillas, huesos, pelo, escamas o dientes poseen poca cantidad de agua en su

composición.

Los procesos de la vida requieren que una gran variedad de iones y moléculas se

muevan en proximidad, es decir, que sean solubles en un medio común. El agua

funciona como disolvente universal en los medios intracelular y extracelular gracias

a su destacada capacidad como disolvente.

Por lo tanto esta capacidad disolvente es la responsable de dos funciones

importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de

las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de

desechos metabólicos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. “No

existe proceso vital alguno que pueda concebirse independientemente de la

participación directa o indirecta del agua”.

El agua constituye la sustancia cuantitativamente más abundante del organismo.

Representa aproximadamente el 60% del peso corporal. Esta cantidad varía en

relación con la edad, sexo, el estado nutricional, etc.

El porcentaje señalado corresponde al del varón adulto; en la mujer adulta el agua

constituye el 55% del peso corporal. Esta diferencia se debe fundamentalmente a

la mayor proporción de tejido adiposo en la mujer; (el tejido adiposo posee muy

escasa cantidad de agua). En el lactante (niño menor a 1 año) el agua alcanza a

77% del peso corporal.

La proporción de agua contenida en diferentes tejidos varía marcadamente. Por

ejemplo, la piel posee 72%, el músculo 75%, el hueso 22%, el hígado 68%, el riñón

82%, el tejido adiposo 10%, etcétera. En el individuo normal, el contenido de agua

total se mantiene más o menos estable dentro de estrechos límites y puede

considerárselo una constante con mecanismos de regulación propios.

La gran masa de agua constituyente del organismo puede considerarse repartida

en diferentes “compartimientos”. Por lo que se distingue un

compartimiento intracelular y otro extracelular. A su vez el compartimiento

extracelular puede ser subdividido en intersticial e intravascular. El líquido

intracelular está delimitado por las membranas celulares, cuya permeabilidad

selectiva permite que la composición química del líquido encerrado en las células

difiera sustancialmente del extracelular. El líquido extracelular constituye lo que se

denominó como medio interno. Todas las células se encuentran inmersas en este

líquido, del cual reciben los nutrientes necesarios para sus procesos anabólicos (de

síntesis) y al cual vierten sus desechos catabólicos.

El compartimiento extracelular comprende el líquido intravascular y el intersticial. El

líquido intravascular o plasma sanguíneo se encuentra en el sistema canicular de

los vasos sanguíneos. El líquido intersticial toma contacto directo con los cuerpos

celulares, a los cuales puede considerárselo bañados por él. A través de la pared

de los capilares se realiza el intercambio entre los líquidos intravascular e intersticial.

A los compartimientos mencionados se debe agregar otro, el transcelular, que

comprende el líquido contenido en la luz de los tractos gastrointestinal, tracto

urinario, y respiratorio; el líquido cefalorraquídeo y el humor acuosos del globo

ocular.

Objetivo

El alumno identificará algunas propiedades del agua mediante experimentos

sencillos.

Material y método

• 1 plato desechable

• 2 aplicadores de madera

• 1 globo mediano

• Un cuarto de hoja de papel

tamaño carta

• 1 soporte universal

• 1 anillo

• 1 rejilla de asbesto

• 1 mechero

• 1 frasco de pimienta negra

molida

• 1 jabón en pasta

• Hielo

• 1 agitador

• Pinzas de tubo

• 1 tubo de ensayo

Experimento 1

1. Agregar al plato un poco de agua de la llave.

2. Agregar al agua del plato un poco de pimienta negra molida, hasta que se

cubra ligeramente la superficie del líquido.

3. Tocar con un aplicador la superficie del líquido, hacer observaciones.

4. Ahora tocar la superficie del líquido, con un aplicador de madera que tiene un

poco de jabón de pasta en el extremo, hacer observaciones.

Experimento 2

1. Inflar el globo

2. Abrir la llave del agua, hasta que se forme un fino chorrito.

3. Acercar el globo al chorrito de agua (sin mojarlo), hacer observaciones.

4. Frotar el globo sobre el cabello de algún compañero de equipo y acercarlo

nuevamente al chorrito de agua (sin mojarlo), hacer observaciones.

Experimento 3

1. Con la hoja de papel, elaborar una charola pequeña, asegúrate de que no se

deshaga.

2. Colocar la charola sobre la rejilla de asbesto y agregarle un poco de agua de

la llave hasta tener aproximadamente 0.5cm de profundidad.

3. Coloca la rejilla de asbesto con la charola en el anillo del soporte universal y

calentar con flama baja.

4. Hacer observaciones como transcurre el tiempo.

Experimento 4

1. Llenar el tubo de ensayo.

2. Llenar el tubo de ensayo con agua de la llave.

3. Introducir el hielo en el tubo de ensayo, con el agitador, hasta el fondo y

mantenlo así, sin dejar que el hielo flote.

4. Colocar el tubo de ensayo sobre el mechero y dejar transcurrir el tiempo,

hacer observaciones.

Resultados

Experimento 1

La tensión superficial es observable en el primer intento de introducir el aplicador de

madera, esto gracias a la pimienta que permite una observación más visible.

En cuanto se coloca el agitador con el jabón, se rompió la tensión superficial.

Experimento 2

Cuando se colocó el globo por primera vez no sucedió nada, pero en el segundo

intento con el globo ya frotado en el cabello de nuestro compañero, el agua modificó

su caída, de modo que el globo de forma laguna atraía y repelía el chorrito de agua.

Experimento 3

La hoja se humedeció cuando se colocó el agua, al transcurrir unos segundos la

orilla de la charola se secó y se quedó la marca hasta donde el agua llegaba y poco

a poco el agua se evaporó sin llegar a hervir, la hoja no se quemó.

Experimento 4

El hielo no se derritió pero el agua se calentó (parte superior), se observaron los 3

estados de la materia, se puedo ver también el calor latente de evaporación del

agua.

Cuestionario

1. Explique con sus propias palabras el término “tensión superficial”.

Es una capa fina en la superficie del agua, creada por los puentes de hidrógeno de

esta sustancia.

2. ¿Qué tipo de compuesto es el jabón?

Es un lípido saponificado.

3. ¿Qué es un tenso activo?

En una sustancia antipática de disminuye la tensión superficial.

4. ¿Por qué compuestos está formada la pimienta y cuáles son sus

características químicas? ¿Cuál es el papel que desempeña en la práctica?

5. Explica por qué la molécula del agua presenta cargas parciales positivas

negativas.

Debido a la interacción y distribución de las cargas de sus elementos.

6. Diga cuál es el porcentaje de agua intracelular, y extracelular y cómo está

distribuida.

7. Diga que significa el término “calor especifico del agua”.

Es la energía necesaria para elevar 1°C un gramo de agua.

8. Explique en base a cuales de sus propiedades, el agua funciona como un

termorregulador y cómo actúan éstas en dicha función.

Esto es por su calor específico, el cual permite que se mantenga una temperatura

constante.

9. Explique por qué un paciente con fiebre presenta sed.

Debido a la deshidratación que presenta al elevar su temperatura corporal.

Conclusiones

Karina: Si bien el agua es conocida por ser la molécula inorgánica con mucha

importancia para la vida en el planeta, en muchas ocasiones se pasó desapercibida

la explicación y causa de los fenómenos que ocurren en torno y relación a la misma.

En esta práctica se pudo comprobar mediante cortos y sencillos experimentos la

más mínima reacción que esta molécula tiene pero que a su vez, genera miles de

fenómenos que suceden a cada instante en nuestro medio.

Luis: Debido a que se alcanzaron los objetivos señalados y se conoció la estructura

y composición del agua así como su intervención con otros medios, se puede llegar

a la conclusión de que el agua es quizá la unión de moléculas y elementos más

importante de todo el universo, tanto en su composición química y física,

respondiendo a todas sus características generales la cual la catapultan al lugar

donde debe de estar al momento de ser base para un universo de fenómenos ,

específicamente, la vida.

Alexis: Al poner en práctica las teorías sobre el agua, pudimos comprobar algunas

de las propiedades del agua y tener una mejor idea de cómo se desarrollan estas,

por ejemplo: en el procedimiento numero 1* tuvimos la posibilidad de observar la

tención superficial y como es que esta interactúa con la pimienta y el jabón. En el 2*

observamos como las cargas estáticas interactúan con el flujo de agua desviando

el curso de esta. En la 3* nos dimos cuenta de la propiedad termorreguladora que

tiene el agua gracias a que distribuye el calor por todo la superficie del agua y así

no se quema el papel y por el ultimo en el procedimiento 4* observamos al efecto

que se le conoce como “punto muerto” ya que observamos en solo lugar sus 2

estados de la materia gracias a que el agua no transfiere el calor, el conjunto de

todos estos procedimientos nos dan una idea más generalizada sobre el teme de

propiedades del agua.

Ammisaddai: Se observó en la práctica con experimentos sencillos las propiedades

del agua, su tendencia a formar puentes de hidrógeno, tensión superficial así como

ser el disolvente universal, también ver la diferencia de presión entre agua caliente

y fría.

Contribuciones

Karina:

INSTRUCCIONES: Encuentra las 9 propiedades físico-químicas del agua.

• Capilaridad

• Tensión superficial

• Calor especifico

• Conductividad

• Polaridad

• Densidad

• Punto de fusión

• Solvencia

• Ionización

X G C S C D B D B O D I M K O O C A

S F T U O A A L A C I S Q U I A D L

O G E N N D A L A I S H E R L L T U

L P A A D I S D H F O W R O O I F G

V E U D U R C A P I L A R I D A D D

E I M N C A O D V C V U E O E L A N

N C O I T L M I A E N O Y N O Y O O

C E N S I O N S U P E R F I C I A L

I M A H V P D N Y S O L A Z C T O N

A A H U I E S E T E V O U A S I N O

X A M T D C O D M R E T R C A V L S

I S E U A C O U P O P O K I H I A O

T I D O D Z X C K L P O L O A A E T

B Y Y V I A J E S A E G I N W L A R

D G K B A H E B E C K M Y C O E U R

P U N T O D E F U S I O N V L A S S

Luis:

Alexis: datos curiosos.

• Hace tan sólo unas semanas, ingenieros de la Universidad de Florida crearon

una superficie plana que no se humedece, sino que las gotas de agua ruedan

sobre ella. Para lograrlo lo que hicieron fue reproducir en plástico la forma y

los patrones de diminutos pelos que crecen en los cuerpos de las arañas,

que están diseñados para que permanezcan siempre secas.

• En la Universidad de Tokio han desarrollado un material llamado agua

elástica a partir de una mezcla de dos gramos de arcilla, materia orgánica y

agua natural. Es ideal para fabricar medicamentos y para reparar tejidos.

• La urticaria acuagénica es una forma muy rara de reacción alérgica al agua.

Apenas hay una treintena de casos en la literatura médica y se cree que es

debida a la presencia en la piel de un antígeno -sustancia que activa el

sistema inmune- hidrosoluble. En contacto con el agua, el antígeno se

disuelve, atraviesa la piel y hace que las células de defensa liberen histamina.

Esta provoca la aparición de ronchas, picor y otros síntomas alérgicos.

Ammisaddai:

http://investiga.uned.ac.cr/revistas/index.php/biocenosis/article/download/13

01/1377

Bibliografía

Anon, (2017). [online] Dponible en: http://www.medigraphic.com/pdfs/inper/ip-

2013/ips131b.pdf [consultado en agosto 23 2017].

Belloc, H. (1967). On. Freeport, N.Y.: Books for Libraries Press.

Ottaway, J. and Apps, D. (1986). Bioquimica. Rio de Janeiro (RJ): Guanabara

Koogan.

Pratt, C. (2012). Bioquimica. Hoboken: John Wiley.