Composición y estructura del agua

 El agua (H_{2}*O) es una pequeña molécula constituida por un átomo de oxigeno y dos átomos de hidrógeno, unidos por enlaces covalentes que se comportan como enlaces parcialmente iónicos, debido a que existe en esta molécula una polaridad electrónica. El agua es una molécula neutra, la carga positiva de sus 10 protones está compensada con la carga negativa de sus 10 electrones.

La geometría de la molécula del agua presenta una distribución desigual de sus cargas eléctricas. Dado que el oxigeno posee 8 protones en su núcleo, atrae más electrones que el átomo de hidrógeno que posee un solo protón en su núcleo. Es decir, el oxígeno es muy electronegativo porque atrae hacia él los electrones del enlace, por lo que queda cargado negativamente, en cambio, los hidrógenos son despojados de sus electrones, razón por la que tienen predominio de cargas positivas.

Una molécula cuyas cargas están distribuidas de manera desigual, es una molécula polar, debido a que la molécula es como un imán con polos.

Cada molécula de agua es altamente polar porque hay una distribución desigual de los electrones entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. La molécula de agua es un pequeño dipolo. Esta característica produce numerosas consecuencias en las propiedades fisicoquímicas del agua y en la organización molecular de los seres vivos. La molécula de agua es un tetraedro irregular ligeramente sesgado, con oxigeno en su centro. Los dos hidrógenos y los electrones no compartidos de los dos orbitales restantes con hibridación sp3 ocupan las esquinas del tetraedro.

El ángulo de 104.5 grados entre los hidrógenos difiere un poco del ángulo del tetraedro ideal que es de109.5 grados. El amoniaco también es un tetraedro con un ángulo de 107 grados entre sus hidrógenos. Al atraer fuertemente el átomo de oxígeno a los electrones de valencia, estos quedan más cercanos al oxigeno que al hidrógeno. Existen dos pares de electrones del oxigeno que no se comparten.

Los dos átomos de hidrógeno ceden su electrón al oxígeno, con lo cual se favorece la formación de una carga parcial negativa, que se expresa con la letra griega delta (8) del lado del oxígeno y una carga parcial positiva (+) del lado de los hidrógenos, esta es la razón por lo que la molécula de agua se comporta como un dipolo eléctrico.

Cada molécula de agua se orienta en el espacio acomodando su carga negativa en interacción con una carga positiva de otra molécula de agua, es decir quedan unidos el oxígeno y el hidrógeno (dado que el oxígeno es electronegativo y el hidrógeno es electropositivo) median- te un enlace conocido como puente de hidrógeno o enlace hidrogenado.

Cada molécula de agua establece cuatro puentes de hidrógeno. El oxigeno de cada molécula de agua acepta dos puentes de hidrógeno. A su vez, cada uno de los dos hidrógenos de una molécula de agua, forma un puente de hidrógeno con el oxígeno de otra molécula.

La mayoría de las moléculas del agua líquida forman puentes de hidrógeno entre sí y presentan elevada atracción entre ellas. Tal vez, la mejor re- presentación escrita del agua líquida no sea H_{2}*O sino (H_{2}*O) m en donde n se- ría el número de moléculas que tienen puentes de hidrógeno con sus molé- culas vecinas. Los estudios con rayos X le dan un valor de 3.4, lo que implica un predominante carácter te- traédrico de su estructura. Debido a la alta polaridad que presenta la molécula de agua, es la que mayor capacidad tiene para formar los puentes de hidrógeno.

Se sabe que el agua líquida a 0°C tiene 15% menos puentes de hidrógeno que el hielo y también se sabe que los puentes de hidrógeno en el agua liquida están continuamente formándose, rompiéndose y volviéndose a formar, es un sistema dinámico.

En la estructura del hielo se observa el arreglo tetraédrico de las moléculas del agua, debido a la existencia de los puentes de hidrógeno entre las propias moléculas. Es aparente la carencia de una estricta rigidez en el arreglo tetraédrico permitiendo lo que se ha llamado una estructura "abierta" del agua en el hielo, que explica la menor densidad que presenta el hielo compara- da con la del agua líquida. La densidad del hielo es de 0.92g / ml y la del agua líquida es de 1g / ml esto significa que el hielo tiene menos moléculas que las que contiene un volumen igual de agua. Por consiguiente el hielo flota en vez de hundirse en el fondo de un cuerpo de agua. El hecho de que el agua sea menos densa en el estado sólido que en el estado líquido es una de las propiedades extraordinarias que permite el desarrollo de la vida tal y como la conocemos. Si el hielo se hundiera, raramente tendría la oportunidad de derretirse, y eventualmente todas las lagunas, lagos y océanos estarían congelados.

Si el hielo se hundiera (si fuera más denso que el agua liquida), se provocaría un desastre para los peces y las plantas que crecen en regiones de inviernos helados.

Las propiedades del agua están estrechamente relacionadas y determinadas por sus puentes de hidrógeno intermoleculares. A continuación, se analizan breve- mente algunas propiedades fisicoquímicas del agua y la influencia que tienen en los seres vivos.