¿Por qué el agua forma enlaces de hidrógeno?

Hay dos enlaces químicos diferentes presentes en el agua. Los enlaces covalentes entre el oxígeno y los átomos de hidrógeno son el resultado de compartir los electrones. Esto es lo que mantiene unidas a las moléculas de agua. El enlace de hidrógeno es el enlace químico entre las moléculas de agua que mantiene unida la masa de moléculas. Una gota de agua que cae es un grupo de moléculas de agua mantenidas juntas por los enlaces de hidrógeno entre las moléculas.

Enlace de hidrógeno en agua líquida

Los enlaces de hidrógeno son relativamente débiles, pero como hay tantos de ellos presentes en el agua, determinan en gran medida sus propiedades químicas. Estos enlaces son principalmente las atracciones eléctricas entre los átomos de hidrógeno cargados positivamente y los átomos de oxígeno cargados negativamente. En el agua líquida las moléculas de agua tienen suficiente energía para mantenerlas vibrando y moviéndose continuamente. Los enlaces de hidrógeno se están formando y rompiendo constantemente, sólo para volver a formarse. Si se calienta una cacerola de agua en una estufa, las moléculas de agua se mueven más rápido a medida que absorben más energía de calor. Cuanto más caliente es el líquido, más se mueven las moléculas. Cuando las moléculas absorben suficiente energía, las de la superficie se liberan en la fase gaseosa del vapor. No hay enlace de hidrógeno en el vapor de agua. Las moléculas energizadas flotan independientemente, pero a medida que se enfrían, pierden energía. Al condensarse, las moléculas de agua se atraen entre sí, y los enlaces de hidrógeno se forman de nuevo en la fase líquida.

Enlace de hidrógeno en hielo

El hielo es una estructura bien definida, a diferencia del agua en la fase líquida. Cada molécula está rodeada por cuatro moléculas de agua, que forman enlaces de hidrógeno. A medida que las moléculas de agua polares forman cristales de hielo, deben orientarse en una matriz como un entramado tridimensional. Hay menos energía y por lo tanto menos libertad para vibrar o moverse. Una vez que se organizan para que sus cargas atractivas y repulsivas estén equilibradas, los enlaces de hidrógeno se establecen de esta manera hasta que el hielo absorbe calor y se derrite. Las moléculas de agua en el hielo no están tan juntas como en el agua líquida. Como son menos densos en esta fase sólida, el hielo flota en el agua.

El agua como disolvente

En las moléculas de agua, el átomo de oxígeno atrae a los electrones cargados negativamente con más fuerza que el hidrógeno. Esto da al agua una distribución asimétrica de la carga, de modo que es una molécula polar. Las moléculas de agua tienen extremos con carga positiva y negativa. Esta polaridad permite que el agua disuelva muchas sustancias que también tienen polaridad o una distribución desigual de la carga. Cuando un compuesto iónico o polar se expone al agua, las moléculas de agua lo rodean. Debido a que las moléculas de agua son pequeñas, muchas de ellas pueden rodear una molécula del soluto y formar enlaces de hidrógeno. Debido a la atracción, las moléculas de agua pueden separar las moléculas de los solutos para que éstos se disuelvan en el agua. El agua es el "disolvente universal" porque disuelve más sustancias que cualquier otro líquido. Esta es una propiedad biológica muy importante.

Propiedades físicas del agua

La red de enlaces de hidrógeno del agua le da una fuerte cohesión y tensión superficial. Esto es evidente si se deja caer agua sobre el papel encerado. Las gotas de agua formarán gotas ya que la cera es insoluble. Esta atracción creada por el enlace de hidrógeno mantiene el agua en una fase líquida en un amplio rango de temperaturas. La energía requerida para romper los enlaces de hidrógeno hace que el agua tenga un alto calor de vaporización, por lo que se necesita una gran cantidad de energía para convertir el agua líquida en su fase gaseosa, vapor de agua. Debido a esto, la evaporación del sudor, que es usada como un sistema de enfriamiento por muchos mamíferos, es efectiva porque una gran cantidad de calor debe ser liberada del cuerpo de un animal para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.

El enlace de hidrógeno en los biosistemas

El agua es una molécula versátil. Puede unirse a sí misma y también a cualquier otra molécula que tenga radicales OH o NH2 adheridos a ella. Esto es importante en muchas reacciones bioquímicas. Sus propiedades han creado condiciones favorables para la vida en este planeta. Se requiere una gran cantidad de calor para elevar la temperatura del agua un grado. Esto permite que los océanos almacenen enormes cantidades de calor y modera el clima de la tierra. El agua se expande cuando se congela, lo que ha facilitado la erosión de las estructuras geológicas. El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua líquida permite que el hielo flote en los estanques. El nivel superior del agua puede congelar y proteger muchas formas de vida, que pueden sobrevivir el invierno más profundo en el agua.

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