La próxima vez que veamos un río, nos acerquemos a una laguna o vayamos de vacaciones a la playa, detengámonos por un momento y observemos. En ese instante estaremos ante uno de los panoramas más raros que ofrece nuestro universo: grandes cantidades de agua líquida. De hecho, y a pesar de que el agua es una sustancia muy común en el universo, es en nuestro planeta el único lugar donde podemos encontrarla de manera estable en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso.
Si hubiera que señalar una sustancia absolutamente singular, ésa es el agua. Posee unas extraordinarias propiedades producto de su estructura (dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno dispuestos en un ángulo de casi 105º con el oxígeno en el centro) que la convierten en algo casi único. Por ejemplo, sus extraños puntos de fusión y ebullición. El agua debería ser gaseosa a temperatura ambiente como su molécula hermana, el H2S. Si es líquida es porque los electrones son atraídos con más fuerza por los siete protones del oxígeno que componen su núcleo que por el pobre y solitario protón del hidrógeno. De este modo el oxígeno queda con una carga ligeramente negativa y el hidrógeno con una carga ligeramente positiva: es lo que en química se llama una molécula polar. Debido a esto, el hidrógeno de una molécula puede atraer al oxígeno de otra, provocando la aparición de una unión entre ambas que recibe el nombre de enlace por puentes de hidrógeno, como ya describió el Premio Nobel de Química Linus Pauling en su libro de 1939 ‘La naturaleza del enlace químico’. Este enlace es el culpable de que el agua se mantenga líquida en un amplio rango de temperaturas, de los 0 a los 100 ºC, y posea una peculiar propiedad que impide que ciertos insectos se hundan bajo la superficie de un estanque.
Caminar sobre las aguas
Si llenamos un vaso con agua hasta el borde y colocamos con mucho cuidado una aguja en su superficie comprobaremos que, milagrosamente, no se hunde. La verdad es que no se trata de un milagro sino un ejemplo diáfano de lo que se conoce como tensión superficial. En el interior del vaso una molécula de agua está completamente rodeada por otras moléculas y unidas entre sí por los enlaces por puentes de hidrógeno, que podemos imaginar como muelles. En la superficie esa molécula no tiene ninguna por encima pero sí a su lado y debajo. Entonces si tiramos hacia arriba de ella, los “muelles” entran en acción tirando de la molécula hacia abajo. Del mismo modo, al colocar la aguja empujamos las moléculas de agua al fondo y las moléculas adyacentes las empujan hacia arriba para restaurarlas a su posición inicial. Por supuesto estas fuerzas son débiles: que se sepa, sólo se conoce un caso de alguien que haya podido mantenerse de pie sobre la superficie de un lago… Eso sí, si sólo fueran un 2% más intensas seríamos incapaces de meternos en la piscina.
Si llenamos un vaso con agua hasta el borde y colocamos con mucho cuidado una aguja en su superficie comprobaremos que, milagrosamente, no se hunde
La tensión superficial es la que hace que el agua forme gotas y no se desparrame. El agua moja, pero no mucho, algo que todos hemos podido comprobar al lavarnos las manos sin usar jabón. Como a la hora de lavar necesitamos que el agua empape bien las prendas utilizamos el detergente, cuya labor es la de reducir la tensión superficial y así actuar con más eficacia. Es más, esta es la razón por la que para hidratar la piel, paradójicamente, no se usa agua, sino cremas.
El agua no moja
Ahora bien, todo esto está demás si no contamos con una cantidad mínima de agua. Científicos del University College de Londres se han dedicado a comprobar cuántas moléculas de agua necesitamos como mínimo para que empiece a mojar, una de las propiedades de su forma líquida. La respuesta es que media docena. Esta aparente inútil investigación puede estar señalando la senda por la que llegaremos a entender porqué el agua disuelve un número mucho mayor de sustancias que cualquier otra; no en vano se la conoce como el disolvente universal. Es más, según uno de los investigadores, David Clary, podría ayudarnos a entender cómo influye el agua en uno de los grandes enigmas de la bioquímica: el plegamiento de las proteínas. Recordemos que estas macromoléculas esenciales para el funcionamiento celular están compuestas por otras más pequeñas, como los eslabones de una cadena que se encuentra plegada sobre sí misma en el espacio de una manera característica. El porqué lo hace de esa manera y no de otra es uno de los mayores interrogantes a los que se enfrentan los científicos. ¿No es maravilloso que a lo que conduce entender por qué moja tan poco el agua?
Lo que cuesta calentar el agua
Otra peculiar propiedad del famoso líquido elemento es su elevada capacidad calorífica, esto es, la cantidad de calor que hay que comunicarle para que aumente su temperatura es muy alta. De hecho, es la segunda sustancia, después del amoniaco, que posee la mayor capacidad calorífica conocida. Por tanto, si colocamos al fuego un recipiente con agua y otro con alcohol necesitamos mantenerla más tiempo en él para que en ambos aumente la temperatura por igual. Esto no solo influye en el tiempo que debemos esperar en la cocina para preparar una sopa, sino en algo de mucho más calado: el efecto de la circulación global de los océanos en el clima de la Tierra. Tengamos en cuenta que una alta capacidad calorífica también implica que el agua se enfriará más lentamente, pues debe perder grandes cantidades de calor para que su temperatura baje de manera significativa. De este modo, las corrientes marítimas son capaces de transportar una colosal cantidad de energía por todo el globo. Así, la Corriente del Golfo contribuye a mantener Europa del norte más caliente que la Península del Labrador, a pesar de que se encuentren a la misma latitud. Y no sólo eso. Esta “habilidad” para regular la temperatura en su interior, que hace que el mar se mantenga caliente cuando los calores del verano han desaparecido, ha demostrado ser esencial para que estemos hoy aquí: mares congelados o cambios bruscos de temperatura hubieran impedido la química de la vida.
La anomalía más formidable del agua
El hielo flota en el agua líquida, al revés que la inmensa mayoría de las sustancias. Esto se conoce desde hace más de 3 siglos: el agua líquida no es más densa cuando es más fría, a 0º C, sino a cuatro grados por encima. Solo cuando la temperatura sube de los 4º C la densidad del agua empieza a evolucionar de manera “normal”. Esta peculiaridad convierte al hielo o agua sólida menos densa que el agua líquida. Si no fuera así el Titanic nunca se hubiera hundido, porque no existirían los icebergs. Tampoco se reventarían las tuberías al llegar las heladas ni las rocas se fracturarían al congelarse el agua atrapada en las grietas. Del mismo modo, los ríos y los lagos empezarían a helarse del fondo hacia la superficie y difícilmente podría la chavalería patinar sobre ellos.
Esto y mucho más es el agua. Quizá la mejor manera de describirla sean estas palabras de uno de los pocos expertos en la física y la química del agua, Felix Franks: “De todos los líquidos conocidos, probablemente el agua es el más estudiado y el menos entendido”.
Muy interesante
