El agua

El mejor ejemplo de dipolo es el agua. Una molécula de agua está formada por la unión de un átomo de oxígeno con dos átomos de hidrógeno mediante enlaces covalentes.

·       Aunque la molécula de agua presenta una carga neta neutra, es una molécula polar debida a que el átomo de oxígeno presenta una mayor electronegatividad que los átomos de hidrógeno. Este hecho provoca que los electrones compartidos en los enlaces se sitúen más cerca del oxígeno que de los hidrógenos, generándose dos cargas parciales negativas en la zona del oxígeno y una carga parcial positiva en cada uno de los hidrógenos.

(En el caso del dióxido de carbono aunque hay diferencia de polaridad NO es una molécula dipolar ya que se anulan entre sí).

La polaridad es importante para determinar la geometría de la molécula.

Propiedades:

• Dado y aceptor al poder formar hasta cuatro enlaces, asique 2 y 2.
• Puntos de fusión y de ebullición: El agua tiene un punto de fusión de 0ºC y un punto de ebullición de 100ºC. El rango entre estos dos puntos es muy grande en comparación con otros elementos como el metano o el amoniaco. Este rango es debido a que sus diferentes estados (líquido, sólido o gaseoso) depende de las interacciones entre sus moléculas. Estas interacciones son enlaces de hidrógeno y dipolo permanente-dipolo permanente. Los enlaces de hidrógeno son un tipo de interacción muy fuerte y son las responsables de la diferencia de Tª entre fusión y ebullición.
• Densidad del agua congelada: En el hielo, cada molécula de agua establece cuatro puentes de hidrógeno con las moléculas vecinas, originando una estructura reticular abierta en la que las moléculas se encuentran más separadas que en estado líquido. Esta estructura explica que el hielo sea menos denso que el agua líquida y que pueda flotar sobre ella. Esta propiedad deriva en una importante función biológica, ya que las grandes masas de agua se congelan en su superficie, formando una capa de hielo que aísla al agua líquida que está por debajo de ella permitiendo la vida en su interior.
• Disolvente universal: Las moléculas capaces de disolverse en agua se denominan hidrófilas y son sustancias cargadas o polares. El agua actúa como disolvente para estas moléculas gracias a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno (cuando una proteína se disuelve en agua, los aminoácidos dejan de formar enlaces entre ellos para formar enlaces de H con el agua) y a su naturaleza polar que disuelve sustancias iónicas ya que la red cristalina se separa y sus iones negativos se solvatan con el hidrógeno y los iones positivos con el oxígeno.  Las moléculas que no son capaces de disolverse en agua se denominan hidrófobas y son sustancias no polares y no iónicas. En esta situación, las moléculas de agua en la vecindad de las moléculas hidrófobas se orientan y se asocian formando una estructura parecida al hielo, creándose una especie de jaula de moléculas de agua alrededor de la molécula hidrofóbica. Esta estructura se conoce como clatrato. Es una estructura ORDENADA relacionada con la entropía (se favorece la formación de un único clatrato que encierre a la mayor cantidad de sustancia hidrofóbica puesto que ello provoca un aumento de la entropía del sistema). El desorden del agua es mayor es lo que importa.

Hay unas moléculas que poseen regiones hidrófobas junto a regiones hidrofílicas y se denominan anfipáticas. Dichas sustancias (dependiendo de su geometría) forman monocapas en la superficie del líquido o si están inmersas en el líquido, forman micelas o vesículas bicapa propia de las membranas celulares.

· Moléculas cargadas o macroiones: son las macromoléculas cargadas que se comportan como iones. Los macroiones con una carga neta similar tienden a estar separados en una solución por lo que tienden a ser solubles. La solubilidad de estos macroiones dependerá de:

1.      Ph del medio: El agua es una molécula neutra que tiene tendencia a ionizarse pudiendo transferir un protón a otra molécula para dar un hidronio( H₃O⁺ )  y un ión hidroxilo (OH^-  ). Los macroiones son solubles cuando se encuentran a valores de pH por encima y por debajo de sus puntos isoeléctricos. El punto isoeléctrico es el pH al cual al que se tiene la misma cantidad de cargas positivas que negativas. A un pH el equilibrio (HA + H2O -- -- A + H2O) el equilibrio está desplazado hacia la izquierda. Esto lo vio Henderson-Hasselbalch con la ecuación de:

pH = pKa + log (A-/HA)

Se pueden dar tres casos:

a)     Ph por encima del Pto isoeléctrico y la proteína esté desprotonada.

b)    Ph por debajo del Pto isoeléctrico y la proteína se encuentre protonada.

c)     Ph cercano al Pto isoeléctrico, la proteína queda neutra.

2.      Concentración de sales en el medio: si tenemos una macromolécula de carga negativa y queda disuelto en una solución de cloruro sódico, se forma una nube contraiónica que permite apantallar las moléculas unas de otra evitando que precipiten. Teoría de Deybye-Huckel: establece que hay un parámetro, R, que es la distancia en la cual los macroiones sienten la presencia mutua.

R= K (según épsilon y temp)/Iˆ0,5

I (efecto iónico)= 1/2 *∑i [Mi*Zi²].

Ejemplo:

             NaCl + H2O à Na+ + Cl-

I(1M NaCl)= 1/2 (M(Na⁺)*Z(Na⁺)  + M(Cl^-)*Z(Cl^-)²)

1/2 (M(Na⁺) (+1)² + M(Cl^-)(-1)²)= 1/2 (M(Na⁺) + M(Cl^-))

1/2 (M(Na⁺) + M(Na⁺)

I(1M NaCl)= 2/2 M(Na+)

M(Na+)=M(NaCl)=       1

La molaridad del cloruro si fuese cloruro de magnesio (MgCl2), sería:

I (1M MgCl2)= 1/2 (M(Mg2+)*Z(Mg2+) + M(Cl-)*Z(Cl-)ˆ2)=

1/2 (M(Mg2+) (+2)ˆ2 + M(Cl-)(-1)ˆ2)=

1/2 (4M(Mg2+) + M(Cl-))=

1/2 (4M(Mg2+) + 2M(Mg2+))

I(1M MgCl2)= 1/2 * 6 M(Mg2+)= 3 M(Mg2+)= 3M(MgCl)= 3 M.

Así, si tenemos una alta fuerza iónica (I) la distancia para sentirse atraídos tiene que ser corta. Y una fuerza baja, y a con una distancia alta se atraen. La dirección carga-carga es más intensa que la interacción carga-dipolo permanente (agua) y para que mantenga su solubilidad, tiene que interaccionar con el agua.