Las tres cuartas partes del cuerpo humano están formadas por agua, eso indica la importancia que tiene para la vida este milagroso compuesto. Si tenemos en cuenta que un individuo puede perder una media de unos tres litros de agua al día, nos podremos percatar de la necesidad de mantener y regular ese nivel líquido indispensable para nuestra supervivencia, hasta tal punto que podemos llegar a permanecer unas tres semanas sin probar bocado pero no más de nueve o diez días sin beber.
¿Pero qué hace del agua algo tan indispensable y necesario? ¿No podría otro tipo de compuesto o sustancia realizar las mismas funciones que el agua? Vamos a pararnos a analizar con calma las propiedades del agua, y nos daremos cuenta que es una sustancia un tanto peculiar.
Existe una tendencia casi generalizada de todos los compuestos químicos a tener un mayor punto de ebullición cuanto mayor sea su peso molecular. El agua hierve a 100º C, así que si lo comparamos con una sustancia que también tenga un punto de ebullición próximo a esa temperatura, como podría ser el Cl2O7 (heptóxido de cloro) y cuyo peso atómico es de 183, debemos suponer que en torno a este número estaría el peso atómico del agua. Sin embargo esto no es así ya que tiene un valor de 18, es decir, diez veces menor de lo esperado. Primera sorpresa.
El agua está formada por moléculas, que a su vez están formadas por tres pequeños átomos, dos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno. El oxígeno (O) es el primer miembro de una familia de elementos que también comprende el azufre (S), el selenio (Se) y el teluro (Te). Cada átomo de estos elementos puede formar molécula con dos átomos de hidrógenos de tal forma.
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Si nos fijamos en la progresión del punto de ebullición para cada compuesto en función de su peso molecular observamos que para el agua cabría obtener un punto de ebullición de unos –73º C, sin embargo, el agua hierve a 100º C comportándose de una forma anómala al resto de compuestos del hidrogeno con la familia del oxígeno. Podemos dar gracias a esta anomalía, ya que de no cumplirse el agua existiría en nuestro planeta únicamente como vapor y no como sustancia líquida haciendo muy difícil la vida.
¿Qué tiene por tanto de especial el agua respecto a los otras substancias? La respuesta es que el oxígeno es un elemento muy electronegativo al igual que el flúor o el nitrógeno, es decir, tienen una marcada tendencia a acaparar electrones que tienen carga negativa. En el caso del agua, cada átomo de hidrógeno comparte un electrón con el oxígeno, pero al tener este último una tendencia tan alta a apoderarse de los electrones, éstos se encuentran más cerca del átomo de oxígeno que de los átomos de hidrógeno, quedando este último con cierta carga positiva y el oxígeno negativa. Este tipo de moléculas se denominan, por tanto, moléculas polares, ya que poseen polos en los que se concentran las cargas eléctricas. El resultado de estos polos es que se establecen unas fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas de agua de tal forma que el oxígeno de una molécula cargado negativamente, forma pequeños enlaces con los hidrógenos de otras moléculas cargados positivamente. Debido a esta fuerza especial entre moléculas es necesario aplicar más energía de lo debido para conseguir separarlas y producir la ebullición, por lo cuál, en vez de hervir a unos –73º C el agua lo hace a los 100º C que conocemos, siendo posible la vida en la Tierra gracias a este curioso enlace llamado “enlace de hidrógeno”.
A causa de este enlace, si queremos aumentar un grado la temperatura del agua, debemos aportar un calor bastante elevado para poder separar estas fuerzas, de tal forma que cuando vuelvan a formarse estos pequeños enlaces desprenderán ese calor adicional. Se dice por tanto que el agua tiene una gran capacidad calorífica. Debido a ello, la temperatura celular de los seres vivos se modifica muy poco a la respuesta metabólica del organismo. Al igual que eso, la temperatura del mar y de los ríos variará muy poco en función de los cambios climáticos permitiendo la vida de los organismos acuáticos.
Además, el mar actuará como regulador térmico, absorbiendo el calor del sol en verano o desprendiendo calor en invierno. Para comprobar esto no hay más que comparar las temperaturas de regiones próximas al mar con las que tendrían otras más alejadas.
Análogamente, la cantidad de calor absorbida para fundir el hielo o para hacer hervir el agua es muy superior a la esperada ya que es necesario romper estos enlaces entre moléculas. Por supuesto, también se desprende esta cantidad cuando congelamos el agua o condensamos el vapor de agua. Esto es importante en los procesos de respiración y sudoración de los seres vivos, que cuando sudan y éste sudor se evapora, absorbiendo calor y refrescando la piel. Se dice por tanto que el agua es un gran acondicionador de aire.
Otra importantísima propiedad del agua es su poder para disolver sustancias. Esto es debido a la forma polar de la molécula que permite que una molécula iónica pueda disociarse de tal forma que sus iones se desplacen libremente. Esto también sucede para otros compuestos polares que también tienen concentraciones de cargas separadas, pudiendo también disolverse en el agua. En contra, no puede disolver sustancias no polares como los hidrocarburos, grasas etc. La consecuencia de todo esto es también importantísima para la vida.
Las sustancias más importantes del cuerpo humano son moléculas polares, lo que les permite disolverse en el agua. Además de eso, se establecen gradientes iónicos en un ámbito celular en función de la concentración de ciertas sales en el agua. Esta es la base de muchos procesos biológicos. Mediante el agua y su poder disolvente también pueden transportarse sustancias por el organismo o eliminar los deshechos.
Pero por si fueran pocas todas estas extrañas y anómalas propiedades, aún nos falta comentar el extraño comportamiento de la densidad del agua. Como normal general, cuando disminuimos la temperatura de una sustancia, lo que hacemos es reducir la energía vibratoria de sus moléculas, consiguiendo, por tanto, que éstas estén más apelmazadas y por tanto aumentando la densidad. Sin embargo, esta norma general de aumentar la densidad cuando disminuimos la temperatura parece que no reza con el agua. A 100 grados, el agua líquida alcanza su mínima densidad (0,958 g/cm3), al bajar la temperatura su densidad aumenta, comportándose como el resto de las sustancias conocidas en la naturaleza. Sin embargo, al llegar a 4º C la densidad alcanza ya un valor de 1,000 g/cm3 y si seguimos bajando el agua empieza a expandirse, al contrario que lo esperado, disminuyendo su densidad hasta a los 0,999 g/cm3 a 0º C. Éste extraño fenómeno no finaliza aquí, ya que si seguimos enfriando hasta conseguir congelar el agua, ésta disminuirá bruscamente la densidad teniendo un valor a 0º C de 0,92 g/cm3. Este curioso fenómeno es vital para la vida en nuestro planeta y merece ser analizado con detenimiento, pero eso…, será otro capítulo.