Características de los seres vivos

Características de los seres vivos.

Objetivo:

Entenderá la importancia y las características de los seres vivos

Organización o estructura:

La célula es la unidad fundamental de la vida, algunos organismos son unicelulares otros pluricelulares; hay eucariontes y procariontes. Poseen estructuras bien definidas que realizan funciones especializadas, todas las estructuras tienen una función incluso a nivel molecular.

Dentro de una célula por ejemplo, existe una estructura que permite no solamente mantener a los organelos en posiciones específicas ( los organelos no están flotando) sino también darle estructura y forma a la célula

En las imagenes se esquematizan los microtubulos y microfilamentos de citoesqueleto, una fotografía real del citoesqueleto se muestra en la siguiente imagen, que fue obtenida por una técnica llamada microscopía  de fluorescencia:

La imagen muestra un fibroblasto de ratón, mostrando los microtubulos y el citoesqueleto. 

En el video se observa como el citoesqueleto es una estructura dinámica.

Podemos encontrar muchos ejemplos de estructura y función,  tanto a nivel celular como a nivel molecular y a nivel de órganos, en el corazón humano, si estudiamos la estructura del corazón, veremos que dentro de su arquitectura se encuentran unas estructuras llamadas cuerdas tendinosas, cuya función dentro de la estructura del corazón, es brindar resistencia a las valvúlas auriculoventriculares y evitar el reflujo de la sangre  durante la sístole ventricular ( contracción ventricular). Análogamente a lo que ocurre con una sombrilla al ser volteada por el aire.

 

Las imagenes muestran las cuerdas tendinosas.

Metabolismo:

Los organismos captan energía del medio ambiente y la transforman para realizar sus funciones en una serie de procesos conocidos como metabolismo que se divide en: anabolismo que es la síntesis o construcción de materiales; y catabolismo que es la degradación de materiales transformando moléculas complejas a sencillas; nutrición y respiración.

Las plantas captan luz solar y realizan la fotosíntesis a su vez los animales se alimentan de las plantas y de otros animales, se dice que las plantas son autótrofos por que son capaces de síntetizar su propio alimento en cambio los animales son heterótrofos por que necesitan de otros organismos como las plantas para obtener su alimento y transformarlo en energía.

Homeostásis:

Es la capacidad de los seres vivos para mantener sus condiciones internas constantes y en un estado óptimo, a pesar de los cambios en las condiciones ambientales en que se encuentren. Las células estan bañadas en un líquido, hay un pH, temperatura, nutrientes y volúmen de agua constante y definido. Los sistemas de excreción forman parte de la homeostásis.

Irritabilidad:

Los organismos vivos responden a estímulos del medio ambiente, una planta responde a la luz y la sigue, una abeja es atraída por el color de las flores, un ciervo corre ante un sonido extraño. Hasta las bacterias responden a estímilos del ambiente.

Tipos de irritabilidad:

Tropismos:

Movimientos de alejamiento o acercamineto de una parte de un vegetal respecto a un estímulo.

Hidrotropismos: Orienta la dirección del crecimiento en dirección al agua

Geotropismos:   Orienta el crecimiento de una raíz al centro de gravedad

Geotropismo positivo: las raices se acercan  en la dirección del centro de la tierra

Geotropismo negativo: los tallos se alejan del centro de gravedad

Fototropismo: Crecimiento de una planta en dirección a la luz

En la imagen a y b vemos ejemplos de geotropismo negativo, la imagen inferior esquematiza el geotropismo positivo

Los girasoles son un ejemplo de fototropismo, las raices del árbol que crecen hacia el agua son un ejemplo de hidrotropismo.


Nastias: Son movimientos rápidos de una parte del vegetal frente a un estímulo, por ejemplo las plantas carnivoras que capturan insectos. Una carácteristica de las nastias es que no se realizan en una dirección determinada.

Ritmos circadianos: Son cambios en las funciones biológicas del organismo con un periodo constante de 24 horas. Son ejemplos los periodos de sueño,  abertura de pétalos y cambios en la posición de las hojas, son respuestas a ritmos circadianos.


Tactismos: Son movimientos lentos de alejamiento o de acercamiento, es propia de los animales de complejidad simple o de insectos.

Tactismos positivos: se acerca al estímulo
Tactismo negativo: se aleja del estímulo

Fototactismo positivo: una polilla se acerca a la luz

 Fototactismo negativo: Las cucarachas se alejan de la luz

Refelejos: respuestas animales involuntarias, rápidas

En la respuesta refleja, participa el sistema nervioso autónomo SNA 

Instintos: Respuestas innatas y predeterminadas

Crecimiento: 

Como consecuencia de los procesos metabólicos los organismos crecen, incrementando gradualmente su tamaño por el crecimiento de las estructuras internas.

Adaptación: 

Serie de transformaciones a través de millones de años, adecuandose a las condiciones cambiantes del medio, esa capacidad de adecuación se llama adaptación. Los organismos mejor adaptados sobreviven y tienen una mayor posibilidad de reproducirse y transmitir sus características a su descendencia.

Características de la ciencia y el método cientifico:

Características de la ciencia y el método cientifico:

Objetivo: 

Estudiar las características de la ciencia

Comprender la importancia de las características de la ciencia en el desarrollo científico

Entender la Importancia del Método Científico

Ciencia: Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales

1) Sistemática:

La ciencia no es un conjunto de ideas inconexas, sino un sistema de ideas conectadas lógicamente entre sí.

Ejemplo: 

Mendel, el padre de la genética, no pasó toda su vida realizando investigaciones inconexas en un monasterio, él acudió a la universidad de Vienna y en 1851 dejó por un tiempo el monasterio por dos años para aprender de física y química de hecho recibió entrenamiento científico del mismo Christian Doppler. 

2) Metódica:

No es errática, un investigador sabe lo que busca y como encontrarlo. No prueba en la oscuridad.

Ejemplo:

Mendel sabía que investigar por su formación y siguió un método, elige estudiar aquellos caracteres que se presentan solo en dos formas alternativas. Por ejemplo sus plantas eran de color purpura o blancas no había colores intermedios entre esas dos variedades. Si Mendel  se hubiera enfocado en caracteres que variaban de forma continua entre individuos por ejemplo el peso de una semilla quizás no hubiera llegado a sus conclusiones acerca de la naturareza de la herencia.

Thomas Hunt Morgan, un embiólogo de la universidad de Columbia, fue el primero en asociar un gen a un cromosoma, él sige un metódo, para empezar escoge un organismo adecuado para su investigación, un organismo tal que tuviera una elevada tasa de reproducción pero además pocos cromosomas, elige a la mosca de la fruta Drossophila melanogaster, que solo tiene 4 pares de cromosomas, muy conveniente a los propósitos de su investigación y para su método.

3) Objetiva

No hace caso a sentimientos personales o subjetivos, atiende a los hechos tal y como son.

Ejemplo:

Pasteur no solamente demostró que los experimentos respecto a la generación espontánea, de muchos otros científicos estaban mal, para ello realizó sus experimentos con mucho cuidado siguiendo un método pero sobre todo fue objetivo, aunque muchos otros investigadores estaban casados con la idea de la generación espontánea de la vida, Pasteur no se dejo influenciar, no fue subjetivo e hizo caso a sus propias observaciones.

Needham por el contrario estaba tan aferrado a la generación espontánea de la vida que jamás hizo caso de las observaciones de Spallanzani, aun cuando esté último tenía muchos resultados que contradecian sus observaciones.

4) Verificable:

Los resultados de un investigación científica siempre han de ser comprobables y reproducibles, no importa en que parte del mundo los hagan si se cumplen las mismas condiciones el resultado o resultados podrán verificarse y reproducirse.

Ejemplo:

En 1860 los resultados de Mendel no habían podidó ser verificados más allá de los chicharos, sin embargo cuando en 1907 Thomas Hunt Morgan realizó sus experimentos con Drosophila  melanogaster, en su "cuarto de las moscas" encontró los mismos patrones descritos por Mendel, los resultados de Mendel fueron verificados.

5) Modificable: 

La ciencia siempre esta en constante cambio y acepta estos cambios.

Ejemplo: 

Los científicos y la ciencia en si misma deben estar abiertos a la posibilidad de cambio, en el caso de la teorías acerca del origen de la vida y la generación espontánea a principio del siglo XIX fueron sujeto de cambio y modificación  debido a las observaciones de Pasteur.

Inclusive ya en el siglo XX, la teoría ampliamente aceptada de Miller y Urey que describe, a través de la síntesis en condiciones de laboratorio, de moléculas simples llamadas aminoácidos, publicada en 1953, y descrita a detalle en la revista Scientific American en un artículo titulado "The Origin of Life on the Earth," by L. E. Orgel; en octubre de  1994, es discutida y criticada por otro científico, el doctor Robert Shapiro en un artículo publicado en la misma revista en junio de 1990.

Documentos y entrevista en Lengua inglesa:
Argumentos de Robert Shapiro, contra la idea de Miller

Entrevista Robert Shapiro

Método Científico:

A continuación se describen los pasos del método científico:

1) Planteamiento del problema y observación del fenómeno

2) Formulación de una hipótesis

3) Experimentación

4) Análisis de Resultados

5) Conclusiones

Análizamos el problema del experimento de Redi y vemos como aplicar el método:

Panteamiento del problema:

Las larvas de la carne en descomposición proceden de los huevesillos depositados por las moscas sobre la carne fresca.

Formulamos una hipótesis o pregunta:

¿Qué relación existe entre las moscas atraídas por la carne fresca y los gusanos que aparecen en sobre ella?

Realizamos un experimento:

Se colocan dos frascos con carne fresca. El primero se cubre con una gasa, el segundo permanece abierto y las moscas entran en contacto con la carne.

 Obtenemos los Resultados y los analizamos:

Después de días, la carne fresca del frasco abierto se descompone, aparecen larvas; en el frasco abierto no aparecen larvas.

Conclusiones:

La carne solo se descompone cuando está en en contacto directo con las moscas.

Niveles de organización biológica

Niveles de Organización Biológica

Objetivos:

Comprender los  diferentes niveles de organización biológica

Entender las relaciones entre los niveles de organización

1) Biosfera:

Conformada por todas las regiones de la tierra, cuerpos de agua, la atmósfera, los sedimentos debajo del océano, así como las rocas que están muchos kilómetros debajo de la superficie de la tierra.

2) Ecosistemas:

Un ecosistema consiste de todas las cosas vivas dentro de un área particular, así como también los componentes no vivos del ambiente con los cuales interactúa la vida, tales como el suelo, el agua, los gases atmosféricos y la luz. Todos los ecosistemas de la tierra conforman la biosfera.

3) Comunidades:

El arreglo entero de organismos que habitan una ecosistema particular  se denomina comunidad biológica. Por ejemplo en un bosque, el ecosistema incluye muchas clases de arboles y otras plantas, animales diversos, hongos, muchos microorganismos los cuales son formas de vida, las cuales son muy pequeños para ser vistas a simple vista. Cada una de estas formas de vida es llamada una especie. Una comunidad es también definida como el conjunto de poblaciones que habitan un área particular.

4)  Poblaciones:

  

Una población consiste de todos los individuos de una especie que viven dentro de los límites de un área especifica. 

5)  Organismos:

 Las cosas vivas individuales son llamadas organismos. Cada árbol y otras plantas en un bosque es un organismo, y así cada animal del bosque, sea una ardilla, una rana o un insecto. Así como también los microorganismos.

6) Órganos y sistemas orgánicos:

La jerarquía estructural de la vida continua al estudiar sistemas más complejos. La hoja de un árbol es un ejemplo de un órgano, una parte del cuerpo que lleva a cabo una función. Ejemplos de órganos humanos son, el cerebro, el corazón y el riñón. Los órganos de los humanos y otros animales se organizan en sistemas, cada grupo de órganos cooperan para ejecutar una función superior. Por ejemplo el aparato digestivo incluye órganos tales como la lengua, el estómago, y los intestinos. A su vez estos órganos se componen de múltiples tejidos.

7) Tejidos :

Cada tejido está formado por un grupo de células que trabajan en conjunto para llevar a cabo una función específica. 

8) Células:

La célula es la unidad fundamental de la vida en estructura y función. Algunos organismos como las amoebas y las bacterias, son células únicas. Otros organismos incluyendo plantas y animales, son multicelulares. A diferencia de los organismos unicelulares, en los cuales, una sola célula lleva a cabo todas las funciones de la vida, un organismo multicelular tiene una labor compartida por diferentes tipos de células especializadas. El cuerpo humano consiste de trillones de células microscopicas, de muchos tipos diferentes, tales como células musculares, células nerviosas, las cuales se organizan en varios tipos de tejidos especializados.

9) Organelos:

Los cloroplastos son un ejemplo de organelo, los componentes funcionales de la célula.

10) Moléculas:

Una molécula es una estructura química que consiste en dos o más unidades químicas más pequeñas llamadas átonos. La clorofila es un pigmento, un tipo de molécula que da su color verde a las plantas. Una de las moléculas más importantes en la tierra, la clorofila absorbe luz solar durante la primera etapa de la fotosíntesis. Dentro de cada cloroplasto, millones de moléculas de clorofila, junto con otras moléculas accesorias, se organizan dentro de un equipamiento que convierte la energía luminosa a energía química en la forma de alimento.

Origen de la vida 

Objetivos:

*Entender las diversas teorías que explican el origen de la vida 

*Explicar los experimentos más relevantes que llevaron a la comprensión del origen de la vida.

 1) Generación espontánea 

Objetivo:

Comprender como las ideas Aristotélicas se convirtieron en fundamento de la cultura científica medieval y perduraron  hasta el siglo XIX

Aristóteles ( 384-322 A.C.) 

 De acuerdo con su teoría los animales no solo se originaban de otros animales sino más bien de materia inanimada. Aristóteles enseñaba que los seres vivos se producían de la unión de un principio pasivo (materia) con un principio activo (forma) esta forma era el alma de los seres vivos.

La tierra originaba a las plantas, el agua a los animales acuáticos y el aire a los organismos terrestres, 

mientras que los lodos y otros materiales en descomposición solo producían vida bajo la influencia de la lluvia, el aire y el calor del sol (Oparin,1938).

Aristóteles sugirió la posibilidad de la generación espontánea de una gran variedad de organismos, sostenía que no solo las plantas sino un gran número de organismos se originaban de la tierra. Incluso ranas, salamandras etc, podían originarse del limo, ratones del suelo húmedo, algunos animales superiores e incluso el hombre podían tener un origen similar. Las ideas de Aristóteles fueron aceptadas por los romanos particularmente por los filósofos neo platónicos.

Paracelso (1493-1541) fue otro protagonista confirmado de la generación espontánea, él creía que alguna ley especial gobernaba los organismos de animales y del hombre, una fuerza vital que llamo "espíritu de la vida" (spiritus vitae)  que determinaba la formación y el posterior desarrollo de los organismos. Paracelso desarrollo su teoría del origen de la vida de acuerdo con esas concepciones filosóficas (Oparin, 1938) 

 

Aunque en la ultima mitad del siglo XVI y especialmente en el siglo XVII, la observación de fenómenos naturales se volvió más exacta y la experimentación ya tomaba un lugar por si sola, la idea de una generación espontánea de los seres vivos todavía dominaba completamente las mentes de los investigadores y estudiosos.

Incluso luminarias del intelecto humano tales como Descartes (1596-1650) y Newton (1643-1727) aceptaron la teoría de la generación espontánea de los seres vivos a partir de materia inanimada.

Si bien es cierto que Descartes consideraba a la generación espontánea como un proceso natural, que ocurría bajo circunstancias entendidas de forma imperfecta. Él creía que varias plantas y animales tales como gusanos, moscas y otros insectos podían originarse de esta manera.

Por su parte Newton daba poca atención a los problemas biológicos pero estaba firmemente convencido de la posibilidad de la generación espontánea e incluso señalo que las plantas eran producidas de emanaciones de las colas de los cometas.

Francisco Redi (1626-1697) fue un médico italiano que tuvo el honor de ser el primero en demoler con pruebas experimentales la fe en la generación espontánea. En su tratado "Esperienze intorno alla generazione degl' insetti" (1668), describió una serie de experimentos demostrando como los pequeños gusanos blancos en la carne no eran otra cosa que larvas de moscas.

El experimento de Redi:

Redi colocó carne o pescado en el interior de frascos cubiertos con una tela, asegurada con un marco que la tensaba para mayor seguridad. Redi describe su éxito en la observación de como las moscas depositaban sus huevos sobre la tela y de como los gusanos en la carne se desarrollaban en ella solamente cuando los huevos eran depositados sobre ésta.

Conclusiones del experimento de Redi:

La materia en descomposición (carne) solamente ofrece un lugar o nido, para el desarrollo de los insectos, pero la deposición de los huevesillos sobre ésta es necesaria para la aparición de los gusanos y sin ésta los gusanos jamás aparecerán.

A pesar de sus brillantes experimentos y de su correcta interpretación Redi aun siguió admitiendo la posibilidad de la generación espontánea en algunos casos, por ejemplo los gusanos intestinales y los gusanos de la madera. La creencia en la generación espontánea estaba tan fuertemente arraigada que a pesar de numerosos experimentos y refutaciones persistió a lo largo de todo el siglo XVIII e inclusive hasta principios del siglo XIX.

Leeuwenhoek (1632-1723)

Más o menos por el mismo tiempo que Redi llevara a cabo sus experimentos, el investigador holandés Leeuwenhoek descubriría con ayuda de los microscópios que el mismo fabricaba un nuevo mundo de seres vivos no percibidos a simple vista.

 En sus cartas a la Real Sociedad de Londres, describiría con gran detalle pequeñas bestias (viva animalcula) que él habría encontrado en el agua de lluvia expuesta por largo tiempo al aire, así como en varias infusiones, excretas, etc.

Con ayuda de sus microscópios Leeuwenhoek examinó practicamente a todos los microorganismos conocidos a la fecha bacterias, levaduras, etc. Leeuwenhoek creía que esos microorganismos se desarrollaban de algo en el aire que se depositaba en sus infusiones.

Needham (1713-1781) 

Tenía la creencia de que en cada partícula microscópica había una "fuerza vital" la cual vitalizaba la materia orgánica en la infusión. Así elaboró la concepción vitalistica de la esencia y la creación de la vida.

El experimento de Needham:

Needham hizo el intento de probar la posibilidad de la generación espontánea de los microorganismos, tomando salsa de carnero directamente del fuego y desatándola en viales los cuales cerraba herméticamente con un corcho y posteriormente calentaba, para examinar al microscopio días después.

Resultados y conclusiones de Needham:

A pesar de todos sus cuidados, Needham observó en sus muestras a microorganismo, estudió varios líquidos orgánicos siempre obteniendo el mismo resultado, concluyendo que la generación espontánea de los microorganismos era no solo posible sino incluso necesaria.

Spallanzani ( 1729-1799)

Científico italiano, criticó a Needhaam y a sus experimentos, llevó a cabo los experimentos de Needhaam con objeto de confirmar o refutar la teoría de la generación espontánea. Pero sus experimentos lo llevarían a  conclusiones diametralmente opuestas.  

Experimento de Spallanzani:

Spallanzani mantuvo que Needham había tenido éxito en la generación de organismos solo porque los viales y sus contenidos habían esterilizados de manera incompleta. Él mismo hizo cientos de experimentos con cocciones de vegetales además de varios líquidos orgánicos que eran sujetos a calentamiento más prolongado y sellados inmediatamente después para impedir la entrada de aire, ya que Spallanzani creía que el aire llevaba consigo a los microorganismos. En cada experimento los líquidos contenidos en los viales no se descomponían y ningún organismo vivo aparecía en ellos.  Sin embargo Needham objeto estos resultados. Spallanzani repitió sus experimentos muchas veces con excepcional cuidado pero nunca pudo convencer a Needham.

Objeciones de Needham:

Primera:

Needham objetó que debido al calentamiento prolongado de los líquidos el aire en los viales se había viciado, y que ésto era responsable de la falla en el desarrollo de los microorganismos.

Segundo:

El calentamiento prolongado había destruido el "principio vital" .

L. Gay-Lussac (1778-1850)

Fue un químico francés que demostró por medio de análisis directos que el oxígeno en los viales que habían sido sellados y posteriormente calentados, había desaparecido. En otras palabras, el componente del aire responsable de la oxidación y de la respiración, faltaba. Ésto evidentemente apoyó las ideas de Needham.

T. Schwann

En 1836 el bien conocido naturalista alemán fundador de la teoría celular, puso el problema de la significancia del oxígeno en la generación de la vida para lo cual desarrollo una nueva prueba experimental.

El experimento de Schwann:

Schwann pasó aire a través de un tubo caliente hacia el interior de un frasco que contenía un caldo estéril y demostró que bajo esas circunstancias el caldo no se contaminaba y no había generación espontánea. Sin embargo se obtenían resultados completamente diferentes con líquidos azucarados, en esos casos una masa de microorganismos siempre aparecía.

Fr. Schulze llevó acabo ese mismo año un experimento similar, con la excepción de que el aire que entraba al frasco que contenía el líquido estéril estaba liberado de microorganismos no solo por calentamiento sino también por ácido sulfúrico concentrado obteniendo los mismos resultados que Scwann. Schulze repitió sus experimentos muchas veces encontrando resultados contradictorios.

Schröder y Th. von Dush.

En 1853 simplificaron el experimento anterior haciendo pasar aire a través de un algodón estéril (lo filtraron) liberando al aire de ésta manera de los microorganismos, esterilizando así sin la necesidad de calor o químicos. De esa manera las cocciones o carne cocida podían permanecer sin cambios por semanas. Sin embargo bajo condiciones similares otras sustancias como la leche se contaminaban rápidamente.

Todos los experimentos anteriores no eran lo suficientemente convincentes para desaprobar la posibilidad de la generación espontánea ya que por alguna razón inexplicable ocasionalmente fallaban. Hoy día sabemos que esas fallas ocasionales se debieron a errores experimentales o de técnica.

El premio de la academia francesa de ciencias:

La Academia Francesa de Ciencias ofreció un premio a  aquel experimento que de manera exacta y convincente ofreciera una luz acerca de la pregunta de la autogeneración de las cosas vivas.
El premio fue otorgado a Louis Pasteur.


 Louis Pasteur( 1822-1895), fue un químico francés, publicó sus investigaciones acerca de la generación espontánea en 1862, y con una serie de experimentos ejecutados de manera tan brillante que no daban lugar al escepticismo, demostró la imposibilidad de la formación de microorganismos en varias infusiones y soluciones orgánicas. Pasteur tuvo éxito porque no siguió ciegamente el camino del empirismo y porque tenía amplio conocimiento del problema.

El experimento de Pasteur:

Lo primero que hizo Pasteur fue explicar la presencia de micoorganismos en el aire. Succiono aire a travez de un tubo conectado  con un algodón similar a Schröder y Dusch, las finas partículas suspendidas en el aire eran retenidas por el algodón, luego de 24 horas la succión de aire era detenida y el algodón con sus depositos de polvo se retiraba, para ser lavado en una solución de alcohol y éter, donde las partículas se precipitaban para posteriormente ser observadas al microscopio, provando así la presencia de microorganismos en la atmósfera que nos rodea.

Pasteur probó después que los germenes que lotaban en el aire podían ser la fuente de infección. Repitió el experimento de Schwann,  hirviendo líquidos orgánicos en frascos esféricos cuyos cuellos estaban unidos a un tubo de platino. Este tubo era calentado a flama directa hasta tornarse  rojo, de esta manera el aire que entraba al frasco era liberado de germenes. El aire era enfriado por una corriente de agua antes de entrar al frasco.  Una vez lleno el frasco de aire el cuello del mismo se sellaba, y su contenido podía permanecer estéril por cualquir periodo de tiempo. No había formación de microorganismos. 

Pasteur simplifico aun más el experimento, colocando la soluciones biológicas en los mismos frascos redondos, pero con el cuello modificado de tal manera que éste tenía forma de "S" e hirviendolo hasta que emanaba vapor por la salida del cuello, es decir hasta ebullisión, para posteiormente  dejar el frasco al aire libre, al pasar de los días el contenido no se contaminaba ya que las partículas contaminantes presentes en el aire eran atrapadas en la porción curvada del cuello del frasco. Pasteur demostro de esta manera como el aire contenía las partículas o germenes contaminantes, y que la concentración de estos gérmenes era variable con la estación del año así como con el lugar.

Caracteristicas del agua

Características del agua 

Objetivo:

Entender la importancia del agua para la vida y el ambiente

Introducción:

Tres cuartas partes de la superficie de la tierra están cubiertas por agua. La vida en la tierra comenzó en el agua. Todos los seres vivos requieren agua, más que cualquier otra sustancia, los seres humanos por ejemplo pueden sobrevivir algunas semanas sin alimento,  pero solo una sin agua.

¿ por qué es tan importante el agua?

Las moléculas de agua participan en muchas reacciones químicas necesarias para mantener la vida, muchas células están rodeadas por agua y las células en sí  mismas son aproximadamente 70 a 95% agua.

¿ Por qué es el agua tan indispensable para la vida?

La estructura de la molécula de agua le permite interactuar con otras moléculas, incluidas otras moléculas de agua.

Estructura de la molécula de agua

La molécula de agua tiene forma de "V" , sus átomos de hidrógeno están unidos  a su oxígeno por enlaces covalentes simples. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno así que los electrones de los enlaces covalentes pasan más tiempo junto al oxígeno que junto al hidrógeno.

Los enlaces son enlaces covalentes polares, la distribución desigual de los electrones hacen del agua una molécula polar. La región del oxígeno de la molécula tiene una carga parcial negativa y el hidrógeno tiene una carga parcial positiva.

Las moléculas de agua están cerca unas de otras como resultado de puentes de hidrógeno. Aunque el arreglo de las moléculas está cambiando constantemente, en todo momento están unidas por puentes de hidrógeno.

Propiedades de la molécula de agua:

Cohesión :

Se deriva de la unión entre moléculas por puentes de hidrógeno, que mantiene a las mismas unidas en un arreglo variable pero constante, es decir siempre están unidas.

Adherencia :

Debido a la diferencia de carga, es decir a su polaridad, las moléculas de agua pueden adherirse a superficies.

Tanto cohesión como adherencia son importantes ya que contribuyen a que las moléculas de agua en su conjunto puedan vencer a la fuerza de gravedad y ascender por los vasos de los árboles hasta más de 100 metros de altura y llegar hasta las partes del árbol que la requieran en los puntos más altos.

Tensión superficial:

En la interfase entre el agua y el aire hay un arreglo ordenado de moléculas de agua, unidas por puentes de hidrógeno, unas con otras y con el agua que está por debajo. Lo cual ocasiona que se forme una película invisible. Algunos animales pueden caminar o correr sobre el agua sin romper la tensión superficial.

El agua y la Temperatura

El agua modera la temperatura del aire, absorviendo el calor del aire tibio y liberando ese calor al aire más fresco, actúa como un banco de calor. La energía cinética,  es la energía de movimiento, los átomos y las moléculas tienen energía cinética porque siempre se están moviendo aunque no necesariamente en una dirección en particular.

La diferencia entre calor y temperatura

El calor es una forma de energía , la cantidad de calor es la medida de la cantidad de energía cinética total, la energía de movimiento de las moléculas. La temperatura y el calor se relacionan pero no son lo mismo, la temperatura es una medida de la intensidad de calor que se produce por el movimiento de las moléculas es decir por su energía cinética.

Cuando calentamos agua para preparar café, la energía cinética media de las moléculas de agua aumenta y el termómetro registra  este cambio en la temperatura del líquido.

¿Qué es una  caloría y el calor específico?

La caloría es una unidad de calor; la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en 1 grado Celsius.  El calor específico de una sustancia se define como la cantidad de calor que debe ser absorvido o pérdido para que un gramo de esa substancia cambie su temperatura un grado Celsius.

El calor específico del agua es 1 caloría por gramo por grado celsius. El calor específico del agua es muy alto comparado con otras substancias, por ejemplo el calor específico del alcohol etílico es 0.6 calorías por gramo por grado Celsius.  Esta propiedad del agua es muy impportante para el clima y las temperaturas de los oceanos.

El agua y el congelamiento y su densidad

A una temperatura por arriba de 4 grados Celsius, el agua se comporta como cualquier otro liquido, se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Sin embargo por debajo de cuatro grados celsius, y al aproximarse a cero grados Celsius, las moléculas de agua se mueven más y más lentamente, formando una estructura cristalina. La longitud de los brazos entre puentes de hidrógeno cae un 10%, se hace menos densa en relación a su estado líquido y por eso el hielo flota en el agua.

No obstante el agua congelada ocupa más espacio que el agua líquida, y debido a esto las tuberías se revientan, así como los motores de los autos en climas extremos, de ahí la importancia de llevar un buen anticongelante.

El agua como solvente universal

Un líquido que es una mezcla homogénea de dos o más substancias es una solución. El agente que disuelve es el solvente, y la sustancia que se disuelve es el soluto. Una solución acuosa es aquella en la que el agua es el solvente. 

La versatilidad del agua  como solvente se debe a su gran capacidad para solvatar, debido a su polaridad, por ejemplo la sal NaCl, en agua se disocia en iones Na+ y Cl-  que son rodeados por el oxígeno de la molécula de agua en el caso del sodio, debido a como ya se explicó la carga parcial negativa del oxígeno, y en el caso del cloro este anión es rodeado por los átomos de hidrógeno de la molécula de agua debido a sus cargas parciales positivas.



Aquellas substancias que tienen una afinidad por el agua, son llamadas hidrofílicas y son sustancias polares, por el contrario aquellas  que no son afines al agua son llamadas hidrofóbicas, y son no polares, ésta es una propiedad importante de las membranas biológicas.

Es importante destacar que no todas las substancias hidrofílicas se disolveran en el agua, ya que si son demasiado grandes no lo harán y quedaran suspendidas en el líquido formando lo que se conoce como un coloide. Un ejemplo de lo anterior es el caso del algodón, el algodón se compone de moléculas gigantes de celulosa, y por eso una toalla no se disuelve en la lavadora.