Agua solvente universal (1)

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  • Water molecules provide a classic example of hydrogen bonding. The hydrogen atom in one water molecule is attracted to a pair of electrons in the outer shell of an oxygen atom in an adjacent molecule. Not only do water molecules hydrogen-bond with one another, they also form hydrogen bonds with other kinds of molecules, as shown in Figure 2-12 . The presence of hydroxyl ( OH) or amino ( NH2) groups makes many molecules soluble in water. For instance, the hydroxyl group in methanol (CH3OH) and the amino group in methylamine (CH3NH2) can form several hydrogen bonds with water, enabling the molecules to dissolve in water to high concentrations. In general, molecules with polar bonds that easily form hydrogen bonds with water can dissolve in water and are said to be hydrophilic (Greek, "water-loving"). Besides the hydroxyl and amino groups, peptide and ester bonds are important chemical groups that interact well with water: Normally, a hydrogen atom forms a covalent bond with only one other atom. However, a hydrogen atom covalently bonded to a donor atom, D, may form an additional weak association, the hydrogen bond, with an acceptor atom, A: In order for a hydrogen bond to form, the donor atom must be electronegative, so that the covalent D H bond is polar. The acceptor atom also must be electronegative, and its outer shell must have at least one nonbonding pair of electrons that attracts the d+ charge of the hydrogen atom. In biological systems, both donors and acceptors are usually nitrogen or oxygen atoms, especially those atoms in amino ( NH2) and hydroxyl ( OH) groups. Because all covalent N H and O H bonds are polar, their H atoms can participate in hydrogen bonds. By contrast, C H bonds are nonpolar, so these H atoms are almost never involved in a hydrogen bond. Most hydrogen bonds are 0.26 0.31 nm long, about twice the length of covalent bonds between the same atoms. In particular, the distance between the nuclei of the hydrogen and oxygen atoms of adjacent hydrogen-bonded molecules in water is approximately 0.27 nm, about twice the length of the covalent O H bonds in water. The hydrogen atom is closer to the donor atom, D, to which it remains covalently bonded, than it is to the acceptor. The length of the covalent D H bond is a bit longer than it would be if there were no hydrogen bond, because the acceptor "pulls" the hydrogen away from the donor. The strength of a hydrogen bond in water ( 5 kcal/mol) is much weaker than a covalent O H bond (≈110 kcal/mol).
  • Agua solvente universal (1)

    1. 1. Estructura química del agua
    2. 2. Estructura química del agua La molécula del agua tiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. El hidrógeno tiende a ionizarse al perder su único electrón y formar iones H+, que son protones ya que el hidrógeno no tiene neutrones. El hidrógeno se une covalentemente al oxígeno al compartir su único electrón con éste (ya que al oxígeno requiere 2 electrones extra para formar el octeto).
    3. 3. Enlaces químicos en la molécula de H2O http://www.chem1.com/acad/webtext/ states/water.html• Solo 2 de los 6 electrones del oxígeno presentes en la capa de energía externa participan en enlaces covalentes con los hidrógenos.
    4. 4. El agua como molécula polar El átomo de oxígeno tiene una carga parcial negativa (δ-) debido a que es más electronegativo y atrae con mas fuerza los electrones de los átomos de hidrógeno hacia sí. Por consiguiente los átomos de hidrógeno tienen una carga parcial positiva (δ+), es por ésto que el agua es una molécula polar. δ+ δ- EL AGUA ES UNA MOLÉCULA POLARhttp://16kze.qataracademy.wikispaces.net/Science+7 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books /NBK21595/
    5. 5. Arreglo tridimensional de los átomos de la molécula de agua http://www.blurtit.com/q840931.html http://www.bbc.co.uk/scotland/learning/bitesize/standard El arreglo geométrico de las moléculas es importante para determinar si es polar o no. En CO2 la forma es lineal los enlaces están a 180° por lo que la polaridad se cancela. En el agua, los enlaces tienen una angulatura de alrededor de 105° por lo que la polaridad no se cancela y la molécula es polar.
    6. 6. Ángulo H-O-Hhttp://www.chem1.com/acad/webtext/ http://www.blurtit.com/q840931.htmlstates/water.html Los electrones que no participan en enlaces químicos se mantienen cerca del oxígeno y ejercen una repulsión con los electrones que participan en los enlaces covalentes empujando los 2 átomos de hidrógeno hacia adentro lo que da lugar al ángulo H-O-H de 104.5°.
    7. 7. Agua: “El Solvente Universal”http://chsalumninews.blogspot.com/2006_10_08_archive.html
    8. 8. Introducción El agua es conocida como “el solvente universal”, sin embargo sólo solutos polares son hidrofílicos, es decir se pueden disolver en el agua (del griego hydor, agua y philos, amante). Los solutos no polares son hidrofóbicos, es decir, no se mezclan en el agua (ej, agua y aceite) (del griego fobos, temer). Sin embargo, es considerada como el solvente universal debido a que una gran cantidad de sustancias se disuelven en agua.
    9. 9. La constante dieléctrica del agua explica parcialmente porqué el agua es “El Solvente Universal” Las sales, ejemplo el NaCl (cloruro de sodio) se mantienen unidas por fuerzas iónicas. Los iones en una molécula, compuesto o solución interactúan de acuerdo a la Ley de Columbus: kq1 q2 F= Dr 2 F es la fuerza entre las dos cargas eléctricas (q1 y q2), que están separadas por una distancia r. D es la constante dieléctrica del medio entre las cargas (si D es grande la fuerza entre las cargas decrece). D es una medida de las propiedades de un solvente para mantener cargas opuestas separadas.  k es una constante de proporcionalidad (8.99 x 109 J·m·C-2).
    10. 10. La alta constante dieléctrica del agua es una de las razones de porqué el agua es considerada como “El Solvente Universal”Solvente Constante Momento kq1 q2 dieléctrica dipolar F= (D) (debye) Dr 2Formamida 110.0 3.37 Si D es alta en aguaAgua 78.5 1.85 por lo cual, F (fuerzaDimetil sulfóxido 48.9 3.96Metanol 32.6 1.66 con la que seEtanol 24.3 1.68 mantienen 2 cargasAcetona 20.7 2.72 opuestas juntas), seAmoniaco 16.9 1.47 reducirá y el soluto seColoroformo 4.8 1.15 disuelve fácilmente enEter dietílico 4.3 1.15 agua.Benceno 2.3 0.00CCL4 2.2 0.00Hexano 1.9 0.00
    11. 11. ¿Porqué las sales se disuelven en el agua? La constante dieléctrica del agua (D) es la más alta de un líquido puro, esto debilita las fuerzas entre los iones de la sal en agua (ejemplo NaCl en agua); lo que permite que sus cargas permanezcan separadas. La D de solventes no polares como los hidrocarburos como hexano o benceno, es relativamente pequeña, esto hace que la fuerza entre dos iones separados a una distancia determinada, sea mucho mayor. Consecuentemente, en solventes no polares (con D baja), los iones de cargas opuestas, se atraen tan fuertemente que forman una sal,
    12. 12. Otra razón de porqué el agua es considerada como “el solvente universal” es porque es una molécula polar Debido a que el oxígeno es mas electronegativo que el hidrógeno, los electrones de los hidrógenos son atraídos hacia el oxígeno con mas fuerza. De ésta manera los electrones se comparten en forma desigual entre el oxígeno y el hidrógeno pasando éstos mas tiempo en los orbitales del oxígeno. Por lo tanto la molécula del agua es polar, con carga parcialmente negativa (δ-) en el polo del oxígeno y carga parcialmente positiva (δ+) en el polo de los hidrógenos. http://bioweb.wku.edu/courses/biol115/Wyatt/Bonds.ht http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21595/ m
    13. 13. La polaridad del agua permite rodeariones positivos y iones negativos NaCl en el agua:http://bitesizebio.com/articles/the-basics-how- http://www.wavesignal.com/Principles/7.Solutions/Soln.ethanol-precipitation-of-dna-and-rna-works/ htmlEsta solvatación (hidratación) de moléculas de agua atenúa las fuerzas entrelos iones del NaCl
    14. 14. La solubilidad de las moléculas polares en agua, depende de los grupos funcionales que contengan para formar puentes de hidrógeno Hidroxilos (-OH), ceto (-C=O), carboxilo (-COOH) o amino (-NH2). Dentro de las biomoléculas solubles en agua se encuentran alguna proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos.
    15. 15. Formación de puentes de hidrógeno Los hidrógenos unidos covalentemente al oxígeno se unen a un oxígeno de otra molécula y viceversa formando enlaces débiles: puentes de hidrógeno. http://thestephenation.blogspot.com/2009/09/hydrogen-bonding.html
    16. 16. Puentes hidrógenohttp://www.personal.psu.edu/staff/m/b/mbt102/bisci4online/chemistry/chemistry3.htm Un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo (átomo donante:D), puede formar otra asociación débil (puente de hidrógeno) con un átomo aceptor: A. El átomo D debe de ser electronegativo de tal manera que la unión Dδ--H δ+ es polar (Como el agua). El átomo aceptor debe de ser también electronegativo y su nivel de energía externo contener al menos un par de electrones que atraen la carga parcial positiva del átomo de hidrógeno En sistemas biológicos tanto los átomos donantes como aceptores pueden ser nitrógeno u oxígeno, especialmente los átomos de grupos amino (NH2) e hidroxilo (OH), ya que las uniones NH y OH son polares.
    17. 17. Importancia de puentes de hidrógeno Estos enlaces débiles forman un papel importante en estabilizar la forma de muchas macromoléculas en los seres vivos. Debido a que éstos enlaces son débiles se pueden fácilmente romper y volverse a formar durante las reacciones fisiológicas. Este hacer y deshacer de tales puentes de hidrógeno forman la esencia de la química de la vida.Puentes de hidrógenoestabilizan la estructurasecundaria deproteínas. http://lib.bioinfo.pl/courses/view/501
    18. 18. En resumen, el agua se conoce como “El Solvente Universal porque: El agua al tener una constante dieléctrica alta es capaz de separar moléculas con carga. La ionización tiene lugar rápidamente porque las fuerzas de Columbus entre cargas opuestas son debilitadas y se rompen fácilmente, ejemplo el NaCl disuelto en agua. Por su naturaleza polar rodea iones positivos y iones negativos y da capacidad a la molécula de formar puentes de hidrógeno con un gran número de moléculas.
    19. 19. Bibliografía1. Alberts, Bruce, et al. Introducción a la Biología Celular. Ed. Médica Panamericana. 3ª Edición. 20112. Lodish, Harvey, et al. Biología Celular y Molecular. Ed. Médica Panamericana. 5ª Edición. 2005
    20. 20. Ligas• http://osmosiawater.com/water_chemistry.htm• http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.ht

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