propiedades disolventes del agua

PROPIEDADES DISOLVENTES DEL AGUA *

La solubilidad depende de las propiedades de un solvente que le permitan interaccionar con un soluto de manera más fuerte que como lo hacen las partículas del solvente unas con otras. El agua es “el solvente universal”, pero esto no es del todo cierto; el agua ciertamente disuelve muchos tipos de substancias y en mayores cantidades que cualquier otro solvente. En particular, el carácter polar del agua la hace un excelente solvente para los solutos polares e iónicos, que se denominan hidrofílicos. Por otra parte, los compuestos no polares son virtualmente insolubles en agua y por lo tanto, son hidrofóbicos.

La constante dieléctrica del agua es la más alta de un líquido puro, por el contrario, la de solventes no polares como los hidrocarburos, es relativamente pequeña. La fuerza entre dos iónes separados por una distancia dada en un líquido no polar, es 30 ó 40 veces mayor que en agua. Consecuentemente, en solventes no polares, los iones de cargas opuestas, se atraen tan fuertemente que forman una sal, por el contrario, las fuerzas débiles que existen entre los iones en agua, permiten que cantidades significativas de iones permanezcan separadas.

El ion queda rodeado por capas concéntricas de moléculas de solvente. A este fenómeno se le denomina solvatación, en el caso específico del agua, hidratación. Este arreglo atenúa las fuerzas coulómbicas entre los iones, de ahí que los solventes polares tengan constantes dieléctricas tan elevadas.

En el caso particular del agua, la constante dieléctrica es mayor que la de otros líquidos con momentos dipolares comparables, por que los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua permiten que los solutos se orienten de tal forma que las estructuras formadas resisten movimientos causados por el incremento en la temperatura, por lo cual, la distribución de cargas en mucho más efectiva.

La solubilidad de las moléculas polares o iónicas en el 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 nucléicos y carbohidratos.

EFECTO DE LOS SOLUTOS EN EL AGUA

La presencia de solutos de los tipos iónico, no iónico polar y apolar causa cambios muy importantes en la estructura del agua que se reflejan en sus propiedades físicas; estos efectos se aprecian en las llamadas propiedades coligativas como son la depresión de la temperatura de congelamiento y el aumento de la ebullición, la reducción de la presión de vapor, y la modificación de la presión osmótica, que dependen de las sustancias de bajo peso molecular que se encuentran en solución.

El estudio de las disoluciones acuosas se ha basado en las ecuaciones de los modelos termodinámicos para soluciones ideales, como la ley de Raoult; sin embargo, los sistemas reales solo se asemejan a los ideales en concentraciones muy bajas. Por esta razón, para corregir esta desviación es común emplear un coeficiente de actividad.

En el caso de una solución ideal, la depresión de la temperatura de congelamiento del agua es proporcional a la concentración del soluto:

Donde:

∆t = depresión de la temperatura de congelamiento;
K = constante que depende del disolvente = RT (K = 1 858 para el agua)
n = número de moles de soluto                       L
p =peso del disolvente
R = constante universal de los gases
T = temperatura absoluta de congelación del disolvente
L = calor latente de fusión del disolvente.

De esta fórmula se deduce que para una misma cantidad de una sustancia, la de menor peso molecular provocará una mayor reducción puesto que moles es igual a gramos dividido entre el peso molecular

Equilibrio iónico del agua

El agua pura es un electrolito débil que se disocia en muy baja proporción en sus iones hidronio o hidrógeno H₃O⁺ (también escrito como H⁺) e hidróxido o hidróxilo OH^–.

De todos modos, dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas.

Aunque lo haga en baja proporción, esta disociación del agua en iones, llamada ionización, se representa según la siguiente ecuación

La cual, resumiendo un poco queda como

O, más resumida aún, queda como

Al producto de la concentración de iones hidroxonio o hidronio (H₃O⁺) por la concentración de iones hidróxido o hidroxilo (OH⁻) se le denomina producto iónico del agua y se representa como K_w. Las concentraciones de los iones  H⁺ y OH^–   se expresan en  moles / litro (molaridad).

Este producto tiene un valor constante igual a 10⁻¹⁴ a 25º C, como se grafica en la siguiente ecuación

O, que es lo mismo:

Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (o hidroxilo), la concentración es la misma, por lo que:

De esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (también llamada de protones) (H+) y de hidroxilos (OH-) son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra.

PSU: Química, Pregunta 12_2005

Ionización del agua y el Ph

El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H₃O⁺ y OH^–.

(Ya vimos que se utiliza el símbolo H⁺, en lugar de H₃O⁺).

También ya mostramos el producto [H+]•[OH-]= 10^–14, que se denomina producto iónico del agua. Pues bien, ese valor constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa; es decir, su concentración de iones [H⁺] o [OH^–], respectivamente.

Recapitulemos sobre el pH

Repitamos el concepto: el pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Lo que el pH indica exactamente es la concentración de iones hidronio (o iones hidrógeno) — [H3O+] o solo [H+]— presentes en determinadas sustancias.

La sigla pH significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, = peso; potentia,  = potencia; hydrogenium, = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sorensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

Por ejemplo, una concentración de [H₃O⁺] = 1 × 10^–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = –log[10^–7] = 7.

El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más protones en la disolución), y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (donde el disolvente es agua).

En la figura  de abajo se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución mecanismos que mantienen el pH constante.

Definición y medición del pH

El pH del agua varía según factores como el tipo de sustrato, cantidad de plantas y peces en el acuario, etc. Hay rocas que pueden alcalinizar el agua excesivamente. En cualquier comercio especializado en acuarismo podemos conseguir medidores de pH.

Escala de valores de pH

También hay productos químicos para acidificar o alcalinizar el agua. Se utilizan para acondicionar el agua que obtenemos del grifo, previo a utilizarla en el acuario.

Puede parecer algo tedioso, pero es muy importante que nuestro acuario tenga el pH adecuado para cada especie de peces y plantas.

El agua, aparte de moléculas de H2O, tiene iones libres de Hidrógeno. Ese conjunto de iones tiene un peso, ése peso define el valor del pH.

Esos iones libres de Hidrógeno pueden ser negativos de radical hidroxilo (aniones) o positivos de Hidrógeno (cationes). Los cationes determinarán la acidez. Su peso en gramos por cada litro de agua nos dará el valor de acidez. El agua neutra está igualada en peso de aniones y cationes.

Escala de pH

La escala del pH es logarítmica, va desde 0 a 14. Un punto de pH significa una concentración diez veces mayor o menor que la anterior o posterior en la escala. Podemos decir entonces que un pH 5 es 100 veces más acido que uno de 7 (neutro).

Es claro que un punto de diferencia, se convierte en una gigantesca diferencia de concentración, que sin duda repercutirá en la salud de plantas y peces.

Calor y Temperatura
    En el lenguaje cotidiano solemos confundir los términos calor y temperatura. Así, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud física que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto.
    Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y termina convirtiéndose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tenía menor temperatura.   

Como una catarata, el calor es energía que pasa entre dos cuerpos

Sin embargo, el calor no es algo que esté almacenado en el cuerpo más caliente y que pasa al cuerpo más frío. Tanto uno como otro poseen energía, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicación, etc. y recibe el nombre de energía interna. Cuando esta energía interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque están a distinta altura, de forma similar el  calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro porque están a distinta temperatura.
Punto de ebullición

    Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de líquido a gas, sin variar la temperatura.

    La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC, el del alcohol de 78 ºC y el hierro hierve a 2750 ºC.

Punto de fusión

Punto de fusión

Sólo entre 0 y 100 ºC el agua es líquida

    Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 ºC (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca.
    Igual que en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusión. SE trata de una temperatura característica de cada sustancia: el punto de fusión del agua es de 0 ºC, el alcohol funde a -117 ºC y el hierro a 1539 ºC.

Sustancia	Punto de fusión (ºC)	Punto de ebullición (ºC)
Agua	0	100
Alcohol	-117	78
Hierro	1539	2750
Cobre	1083	2600
Aluminio	660	2400
Plomo	328	1750
Mercurio	-39	357

Qué son los carbohidratos?

Los carbohidratos o hidratos de carbono o también llamados azúcares son los compuestos orgánicos más abundantes y a su vez los más diversos. Están integrados por carbono, hidrógeno y oxígeno, de ahí su nombre. Son parte importante de nuestra dieta, es decir, el conjunto de alimentos consumidos en un día (no confundir con el régimen que se sigue para bajar de peso o tratar algunas enfermedades). Entendiendo esto, la dieta está compuesta principalmente por carbohidratos, lípidos y proteínas. Los carbohidratos se clasifican en:

·         Simples: son azúcares de rápida absorción ya que por su tamaño pueden empezarse a digerir desde la saliva; éstos generan la inmediata secreción de insulina. Son aquellos que saben más dulces.

·         Complejos: son de absorción más lenta, y actúan más como energía de reserva.

·         Share on linkedinShare on facebookShare on twitterShare on emailMore Sharing Services

·         Carbohidratos

·         Lic. Marcela Licata - zonadiet.com
Nutrición

·         Los carbohidratos, también llamados glúcidos o hidratos de carbono, se pueden encontrar casi de manera exclusiva en alimentos de origen vegetal. Constituyen uno de los tres principales grupos químicos que forman la materia orgánica junto con las grasas y las proteínas.

·         En este artículo

·        
Aporte energético y cantidad recomendada
Funciones en el organismo
Clasificación: carbohidratos simples y Carbohidratos complejos

·         Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes de la biosfera y a su vez los más diversos.

·         Normalmente se los encuentra en las partes estructurales de los vegetales y también en los tejidos animales, como glucosa o glucógeno. Estos sirven como fuente de energía para todas las actividades celulares vitales.

Aporte energético

Aportan 4 kcal/gramo al igual que las proteínas y son considerados macro nutrientes energéticos al igual que las grasas. Los podemos encontrar en una innumerable cantidad y variedad de alimentos y cumplen un rol muy importante en el metabolismo. Por eso deben tener una muy importante presencia de nuestra alimentación diaria.

Cantidad en la dieta diaria

En una alimentación equilibrada aproximadamente 300gr./día de hidratos de carbono deben provenir de frutas y verduras.

En una alimentación variada y equilibrada aproximadamente unos 300gr./día de hidratos de carbono deben provenir de frutas y verduras, las cuales no solo nos brindan carbohidratos, sino que también nos aportan vitaminas, minerales y abundante cantidad de fibras vegetales.
Otros 50 a 100 gr. diarios deben ser complejos, es decir, cereales y sus derivados. Siempre preferir a todos aquellos cereales que conservan su corteza, los integrales. Los mismos son ricos en vitaminas del complejo B, minerales, proteínas de origen vegetal y obviamente fibra.

Fibras

La fibra debe estar siempre presente, en una cantidad de 30 gr. diarios, para así prevenir enfermedades y trastornos de peso como la obesidad.
En todas las dietas hipocalóricas las frutas y verduras son de gran ayuda, ya que aportan abundante cantidad de nutrientes sin demasiadas calorías.

Funciones
Las funciones que los glúcidos cumplen en el organismo son, energéticas, de ahorro de proteínas, regulan el metabolismo de las grasas y estructural.

·         Energeticamente

, los carbohidratos aportan 4 KCal (kilocalorías) por gramo de peso seco. Esto es, sin considerar el contenido de agua que pueda tener el alimento en el cual se encuentra el carbohidrato. Cubiertas las necesidades energéticas, una pequeña parte se almacena en el hígado y músculos como glucógeno (normalmente no más de 0,5% del peso del individuo), el resto se transforma en grasas y se acumula en el organismo como tejido adiposo.
Se suele recomendar que minimamente se efectúe una ingesta diaria de 100 gramos de hidratos de carbono para mantener los procesos metabólicos.

• Ahorro de proteínas: Si el aporte de carbohidratos es insuficiente, se utilizarán las proteínas para fines energéticos, relegando su función plástica.
• Regulación del metabolismo de las grasas: En caso de ingestión deficiente de carbohidratos, las grasas se metabolizan anormalmente acumulándose en el organismo cuerpos cetónicos, que son productos intermedios de este metabolismo provocando así problemas (cetosis).
• Estructuralmente, los carbohidratos constituyen una porción pequeña del peso y estructura del organismo, pero de cualquier manera, no debe excluirse esta función de la lista, por mínimo que sea su indispensable aporte.

Clasificación de los hidratos de carbono:

• Carbohidratos simples:
  Los hidratos de carbono simples son los monosacáridos, entre los cuales podemos mencionar a la glucosa y la fructosa que son los responsables del sabor dulce de muchos frutos.
  Con estos azúcares sencillos se debe tener cuidado ya que tienen atractivo sabor y el organismo los absorbe rápidamente. Su absorción induce a que nuestro organismo secrete la hormona insulina que estimula el apetito y favorece los depósitos de grasa.

El azúcar, la miel, el jarabe de arce (maple syrup), mermeladas, jaleas y golosinas son hidratos de carbono simples y de fácil absorción.
Otros alimentos como la leche, frutas y hortalizas los contienen aunque distribuidos en una mayor cantidad de agua.

Algo para tener en cuenta es que los productos industriales elaborados a base de azucares refinados es que tienen un alto aporte calórico y bajo valor nutritivo, por lo que su consumo debe ser moderado.

• Carbohidratos complejos:
  Los hidratos de carbono complejos son los polisacáridos; formas complejas de múltiples moléculas. Entre ellos se encuentran la celulosa que forma la pared y el sostén de los vegetales; el almidón presente en tubérculos como la patata y el glucógeno en los músculos e hígado de animales.

El organismo utiliza la energía proveniente de los carbohidratos complejos de a poco, por eso son de lenta absorción. Se los encuentra en los panes, pastas, cereales, arroz, legumbres, maíz, cebada, centeno, avena, etc.

Digestión de los hidratos de carbono

Para saber como es el metabolismo de los carbohidratos, vea como es su digestión.

Refiriéndonos a la Bioquímica elemental de los Hidratos de Carbono, podemos decir que los carbohidratos son polihidroxicetonas o polihidroxialdehidos y sus derivados. Para los fines de estudio en nutrición solamente se tienen en cuenta aquellos con cuatro o más átomos de carbono.
Estos compuestos son extremadamente polares y se unen entre sí dando polímeros.