AGUA GENERALIDADES

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El agua: generalidades 
 
 
Dr. Valmore Bermúdez Pirela 
 
 
El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse 
en capas de gran profundidad. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de 
congelación del agua es de 0° C y su punto de ebullición de 100° C. El agua alcanza su 
densidad máxima a una temperatura de 4° C y se expande al congelarse. Como muchos 
otros líquidos, el agua puede existir en estado sobre-enfriado, es decir, que puede 
permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de 
congelación; se puede enfriar fácilmente a unos -25° C sin que se congele. 
El agua es fuente de vida, toda la vida depende del agua. El agua constituye un 
70% de nuestro peso corporal. Necesitamos agua para respirar, para lubricar los 
ojos, para desintoxicar nuestros cuerpos y mantener constante su temperatura. 
Por eso, aunque un ser humano puede vivir por más de dos semanas sin comer, 
puede sobrevivir solamente tres o cuatro días sin tomar agua. Las plantas serían 
incapaces de producir su alimento y de crecer sin el agua. 
 
El agua por si misma es incolora y no tiene olor ni gusto definido. Sin embargo, tiene unas 
cualidades especiales que la hacen muy importante, entre las que destacan el hecho de que 
sea un regulador de temperatura en los seres vivos y en toda la biosfera, por su alta 
capacidad calórica (su temperatura no cambia tan rápido como la de otros líquidos). 
 
¿Cuáles son las propiedades del agua? 
 
Propiedades bioquímicas 
 
Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de 
reacciones: 
En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de 
hidrógeno. 
En las reacciones de hidrólisis, en que los enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad 
del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en 
otros más simples, durante los procesos digestivos. 
 
Propiedades físico-químicas 
El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas: 
 
Acción disolvente. 
El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se 
debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas 
se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua. La capacidad 
disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio 
en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes 
y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. 
 
Fuerza de cohesión entre sus moléculas. 
Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una 
estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible. 
 
Elevada fuerza de adhesión. 
De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre 
estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al 
cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. 
 
Gran calor específico. 
El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. 
Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va 
liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de 
protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura. 
 
Elevado calor de vaporización. 
A 20° C se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la 
energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas 
del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética 
suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor. 
 
Elevada constante dieléctrica. 
Por tener moléculas bipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, 
como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos. 
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del 
soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así 
rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica. 
 
Bajo grado de ionización. 
De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. H2O H3O+ + OH- 
Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea 
muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una 
base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. 
 
Propiedades organolépticas 
El agua pura es incolora, inodora e insípida. No obstante, en el medio natural el agua dista 
mucho de ser pura y presenta unas propiedades específicas que afectan a los sentidos. 
Estas propiedades se denominan propiedades organolépticas y afectan al gusto, al olor, al 
aspecto y al tacto, distinguiéndose: temperatura, sabor, olor, color y turbidez. 
Cada vez que tomamos un sorbo de agua fresca, esta es nueva para nosotros. Pero no es 
agua nueva. Esta agua ha sido reciclada una y otra vez desde los comienzos del universo, 
por diversas formas de vida, como un dinosaurio, un conejo, una paloma y hasta por 
Cristóbal Colón. 
En estos momentos tenemos toda el agua que tendremos o que hemos tenido. La falta de 
agua fresca es uno de los temas mas transcendentes al cual se verá enfrentada América 
Latina durante el siglo 21. 
• 1.200 millones de habitantes no tienen acceso a una fuente de agua potable segura. 
• Las enfermedades por aguas contaminadas matan mas de 4 millones de niños al año. 
• 20% de todas las especies acuáticas de agua fresca están extintas o en peligro de 
desaparecer 
El agua cubre casi un 80% de la superficie de la Tierra. Aunque pareciera que es un recurso 
muy abundante, es importante destacar que menos del 1% de ésta es agua dulce, es decir, 
apta para usos domésticos, industriales o comerciales y turísticos. Por otra parte, el agua 
salada sustenta importantes cadenas alimenticias claves para la alimentación mundial, 
además, vive en ella una vegetación muy pequeña que es la que aporta más de un 60% del 
oxigeno de la Tierra. 
El agua dulce que podemos utilizar se encuentra en los lagos, ríos y lluvias, y debe 
alcanzarnos para que ninguna persona, planta o animal tenga sed, para que los animales 
acuáticos vivan en ella, para regar los campos, usar en las industrias, mantener húmedos los 
bosques y regar los jardines. Por eso es importante mantenerla limpia. 
Actualmente, hay en la Tierra la misma cantidad de agua que existía hace 3.800 millones de 
años atrás, época en que se formó el agua en nuestro planeta. Esto se debe a que el ciclo 
hidrológico permite que continuamente se utilice la misma agua, la cual se encuentra en 
diferentes estados: sólida, líquida o gaseosa. 
 
La Estructura Molecular del Agua 
¿Hay algo aparentemente más simple que el agua? Pese a su aparente simplicidad este 
líquido que tan bien conocemos es complejo y todavía no lo comprendemos bien. El agua 
está dotada de unas excepcionales propiedades físico - químicas que constituyen su 
especificidad. Como pone de manifiesto este artículo, la estructura microscópica del agua 
líquida, que está en la base de estas propiedades, es un tema de investigación que puede 
aportar algunas novedades. 
En ausencia de agua, todas estas estructuras serían inestables. Cabe decir incluso, sin 
demasiado riesgo de error, que este efecto pudo desempeñar un papel determinante en la 
aparición de la vida sobre la Tierra. Pero el efecto hidrófobo no es la única propiedad 
interesante del agua. En lo que sigue nos encontraremos con otras. ¿Por qué es el agua una 
sustancia química tan privilegiada? La respuesta, claro está, se encuentra en la molécula y 
sus interacciones con el medio ambiente. Las moléculas de agua son relativamente bien 
conocidas pero las interaccionesque se establecen en un grupo de moléculas de agua lo son 
menos. No obstante, son éstas las que contribuyen en gran parte a que el agua sea un 
liquido excepcional. 
El agua fue considerada como un cuerpo simple hasta el siglo XVIII. En 1781 el químico (y 
teólogo) inglés Joseph Priestley realizó su síntesis por combustión del hidrógeno. Los 
químicos Antoine-Laurent Lavoisier y Henrv Cavendish demostraron que el agua estaba 
formada por hidrógeno y oxigeno. Más tarde, en 1805, el químico francés Louis-Joseph Gay-
Lussac y el sabio prusiano Alexandei- von Humboldt determinaron que el cociente de 
volúmenes hidrógeno / oxigeno valía 2, lo cual condujo finalmente a la fórmula molecular 
H20. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. 
En la molécula de H,O, cada átomo de hidrógeno está unido al átomo de oxígeno por un 
enlace covalente. En este enlace, relativamente fuerte, el átomo de hidrógeno y el átomo de 
oxígeno ponen en común un electrón cada uno. Estos átomos adquieren así un electrón 
añadido: el átomo de hidrógeno se encuentra con dos electrones en vez de uno y el de 
oxígeno con ocho electrones periféricos en vez de seis (porque participa en dos enlaces). 
Como se sabe, estos números corresponden a capas electrónicas externas completas que 
confieren una gran estabilidad a la molécula. 
El agua es uno de los cuatro "elementos" que el filósofo griego Aristóteles había definido 
como constituyentes del Universo (los demás son el aire, la tierra y el fuego). Todavía hoy no 
es el que mejor comprendemos. Dada nuestra familiaridad con el agua, el hecho no deja de 
ser sorprendente. Océanos, lagos, ríos, precipitaciones; abundante en casi todas las 
regiones de la Tierra, el agua determina en gran parte los paisajes y los climas.Muy a 
menudo es sinónimo de vida: el agua es un componente esencial de la estructura y el 
metabolismo de todos los seres vivos. 
 
Ciertamente, este papel primordial del agua no hay que atribuirlo al azar sino que deriva de 
sus excepcionales propiedades físicas y químicas. Un ejemplo de propiedad biológicamente 
importante del agua es su efecto hidrófobo, es decir, el hecho de que los grupos 
hidrocarbonados CH tienden a ser repelidos por las moléculas de agua. Este efecto es 
responsable, en parte al menos, de las complejas estructuras espaciales que presentan las 
proteínas, el ADN y las bicapas lipidicas de las membranas celulares. 
El agua, ese liquido excepcional en tantos aspectos, está formada por moléculas H2O de 
geometría tetraédrica: los dos enlaces covalentes OH y los dos dobletes electrónicos libres 
(representados aquí con dos flechas) del átomo de oxígeno apuntan hacia los vértices de un 
tetraedro en cuyo centro esta el oxigeno. Las moléculas de agua pueden agruparse entre si 
gracias a unos enlaces de tipo electrostático llamados enlaces de hidrógeno, cuyo papel es 
determinante para las propiedades del agua. Puede establecerse un enlace de hidrogeno (B) 
entre el átomo de hidrogeno de una molécula y el de oxigeno de otra próxima. La 
configuración O-H....H es lineal. 
La distribución de los electrones en el enlace covalente OH no es simétrica: los electrones 
están más fuertemente atraídos por el átomo de oxigeno que por el de hidrógeno. 
 
El enlace de hidrógeno, elemento principal de la estructura del agua. 
 
Pero la clave de muchas propiedades del agua reside en los enlaces que la molécula de 
agua puede formar con sus vecinas. Hemos visto ya que en la molécula de H20 el átomo de 
oxigeno posee ocho electrones periféricos, de los cuales sólo cuatro están implicados en los 
enlaces covalentes OH con los dos átomos de hidrógeno. Los cuatro electrones restantes se 
agrupan en dos pares llamados dobletes electrónicos libres. Cada uno de estos dobletes, de 
carga 
La estructura cristalina del hielo consiste en una red tetraédrica de moléculas H2O unidas 
entre si por enlaces de hidrogeno. Los átomos de oxigeno se representan de color rojo y los 
de hidrogeno de color gris. Los enlaces de hidrogeno se simbolizan con rayas entre las 
moléculas. Como señala el autor del articulo, estas estructuras cristalinas se dan incluso en 
el agua liquida eléctrica negativa, puede formar un enlace de tipo electrostático con un átomo 
Como consecuencia, el oxigeno queda cargado negativamente y los hidrógenos 
positivamente. Este desequilibrio en la distribución de las cargas eléctricas, añadido a la 
geometría no lineal de la molécula de agua se traduce en la existencia de un "momento 
bipolar - eléctrico". Este desequilibrio eléctrico es responsable del gran poder disolvente del 
agua para con los cristales iónicos (determinadas sales, ácidos o bases). Las moléculas de 
agua pueden insertarse entre los iones constitutivos del cristal orientando hacia ellos la parte 
de carga eléctrica opuesta. El apantallamiento resultante debilita considerablemente la 
atracción entre los iones cristalinos, reduciendo la cohesión del cristal y facilitando su 
disolución. 
de hidrógeno, cargado positivamente, de una molécula de agua vecina; este "enlace de 
hidrógenos es lineal: el átomo 0 de la molécula está alineado con el grupo HO de la molécula 
vecina. Aunque estable a temperatura ambiente, el enlace de hidrógeno es frágil comparado 
con el enlace covalente; no es de extrañar, pues, su importancia en las reacciones 
bioquímicas, donde las energías puestas en juego son pequeñas. 
Las características del agua derivan en gran medida de la geometría de su molécula. En la 
molécula de agua, la geometría formada por las direcciones de los dos enlaces covalentes y 
los dos dobletes electrónicos libres se aproxima mucho a un tetraedro centrado en el átomo 
de oxígeno. De ahí deriva, en el hielo de modo permanente y en el agua liquida de modo 
transitorio, la existencia de estructuras de asociaciones en las cuales los átomos de oxígeno 
del agua se encuentran en los vértices de una red (cuasi)-tetraédrica. 
Una de las propiedades más curiosas del agua consiste en que el hielo flota en agua fría. La 
densidad del agua aumenta con la temperatura entre 0 ºC y 4 ºC y empieza a decrecer a más 
altas temperaturas. Esta notable propiedad del agua puede comprenderse bastante 
fácilmente en términos de enlaces de hidrógeno; se sabe que la red tetraédrica del hielo 
formada por los enlaces de hidrógeno no corresponde al apilamiento más compacto posible 
de las moléculas. Cuando el hielo se funde, parte de los enlaces de hidrógeno se rompen, lo 
cual permite que las moléculas de agua se acerquen un poco más que cuando todos los 
enlaces están presentes. De ahí que aumente la densidad. 
Suele atribuirse al físico alemán W.C. Róntgen el mérito de haber sido el primero, en 1892, 
en proponer la presencia de estructuras moleculares "glaciformes" en el estado líquido del 
agua para tratar de explicar las distintas propiedades de esa sustancia. Pero los auténticos 
hitos en la investigación moderna de la estructura del agua son los trabajos de los químicos 
ingleses J.D. Bernal y R.H. Fowler de la universidad de Cambridge. Estos trabajos, basados 
en experimentos de difracción de rayos X, describieron la distribución de las moléculas de 
agua alrededor de otra dada tomada como centro. 
La figura ilustra los resultados más recientes, que datan de 1967, de A.H. Narten y sus 
colaboradores de Oak Ridge, en Estados Unidos. En ellos se estudiaba la función de 
distribución radial g(R), número medio de moléculas por unidad de volumen del líquido, 
situadas a una distancia R de una molécula dada, para un intervalo de temperaturas 
comprendido entre 4 ºC y 200 ºC .(3,4) La función de distribución radial, deducida de los 
experimentos de difracción por rayos X, es de crucial importancia para el estudio de la 
estructura del agua. Esta función posee picos en aquellos lugares en que la densidad 
electrónica es elevada, es decir, allí donde se encuentra una molécula de agua. El primer 
pico, que corresponde a las moléculas más próximas, está situado a mayor distanciaen las 
moléculas de agua liquida que en el hielo. Pero, como hemos visto, la densidad del agua, a 
bajas temperaturas al menos, es mayor que la del hielo. 
Ello sugiere que la distancia entre las moléculas más cercanas tendría que ser menor en el 
agua que en el hielo. Esta contradicción puede resolverse en el marco de un modelo en el 
que el agua contiene dos tipos de moléculas, uno de los cuales no está implicado en los 
enlaces de hidrógeno. Los grandes picos observados en la función de distribución radial a 
mayores distancias corresponden a las moléculas de órdenes de vecindad más elevados; 
estos máximos se van haciendo más pequeños a medida que la temperatura aumenta, lo 
cual refleja la desaparición del orden en el agua a causa de la agitación térmica. El tamaño 
del primer pico de la función de distribución radial da una idea del número medio de vecinos 
más próximos de una molécula (4,4 en nuestro caso). 
El que este número no sea el entero 4, que es el que cabria esperar para una estructura 
tetraédrica de los enlaces, es una consecuencia de la naturaleza compleja de la primera 
capa de moléculas vecinas. Ello refleja también el hecho de que el agua es más densa que el 
hielo. 
Hay muchos modelos de la estructura del agua sin que ninguno de ellos sea perfecto. Una de 
las magnitudes características mas importantes de esta estructura que los distintos modelos 
tienen que reproducir correctamente, es la función de distribución radial. Esta función g{R}, 
representa el numero medio de moléculas por unidad de volumen del liquido que están a una 
distancia R de una molécula de agua dada. Aquí esta normalizado, vale la unidad cuando la 
densidad de las moléculas es igual a la densidad media, es decir, a la densidad 
macroscópica. Los resultados de la figura son los que obtuvieron Narten y colaboradores. 
 
Los puntos se determinaron experimentalmente por difracción de rayos x. Las curvas 
corresponden a los cálculos teóricos. La estructura del agua explorada por rayos X e 
infrarrojos. Hay que señalar que las medidas por difracción de rayos X se obtienen para 
escalas de tiempo relativamente largas comparadas con los tiempos característicos de los 
movimientos de vibración moleculares. Por lo tanto, estas medidas sólo dan una imagen 
temporalmente promediada y no permiten describir los fenómenos asociados a las 
vibraciones de las moléculas de agua. Los principales rasgos de este carácter vibracional 
han podido establecerse por medio del estudio del espectro de absorción infrarrojo de agua 
"semipesada" HOD mezclada con una cantidad más importante de agua pesada D2O (D 
representa el deuterio, isótopo del hidrógeno). 
Este procedimiento hace que los átomos de hidrógeno involucrados en los enlaces OH se 
alejen entre si. Puede determinarse entonces la energía de vibración implicada en un único 
enlace OH aislado de los demás enlaces OH. El pico espectral correspondiente a la vibración 
de este enlace es bastante ancho: no es el pico fino e intenso que se habría obtenido si 
todos los enlaces OH hubieran vibrado con la misma energía. La anchura de las bandas 
espectrales de los enlaces OH sugiere pues una variación considerable de la fuerza de los 
enlaces y, por consiguiente, la existencia de una gran variedad de relaciones de vecindad 
entre las moléculas de agua. Lo anterior es particularmente cierto comparado con el espectro 
de un cristal de hielo, donde las bandas espectrales son más bien estrechas y todos los 
enlaces tienen aproximadamente la misma energía. Además, el gran intervalo de frecuencias 
que cubren estas bandas sugiere que cuando dos moléculas están poco separadas el enlace 
de hidrógeno es casi tan fuerte como en el hielo. 
A mayores distancias, sin embargo, el enlace es mucho más débil y los tres átomos O ... H-O 
dejan de estar alineados, lo cual indica que se ha producido una distorsión o una ruptura. 
Todos estos resultados implican claramente que hay muchas "estructuras" de agua líquida, 
contrariamente a una suposición anterior según la cual la estructura estaba formada por sólo 
dos tipos de moléculas, las ligadas entre si (por enlace de hidrógeno) y las no ligadas. 
Se han propuesto numerosos modelos de la estructura del agua sin que ninguno de ellos sea 
plenamente satisfactorio. Para que su estudio sea posible, tienen que basarse en 
aproximaciones tanto físicas como matemáticas. Además, ninguno de los modelos 
propuestos es universal, en el sentido de que ninguno de ellos ofrece predicciones 
cuantitativas para todas las propiedades del agua. Así pues, en la actualidad es difícil valorar 
claramente las distintas teorías de la estructura del agua, teorías de las que no daremos aquí 
más que un breve esbozo. 
El agua líquida, más parecida al hielo de lo que parece. En 1962, unos investigadores 
norteamericanos de la universidad Cornelli G. Nemethy y H.A. Scheraga, interpretaron los 
resultados obtenidos en 1938 por J. N gan y B.E. Warren del MIT (Massachusetts Institute of 
Technology, Estados Unidos) sobre la distribución radial en térm. de mezcla de dos tipos de 
moléculas: de una parte, cúmulos de moléculas ligadas por enlaces de hidrógeno, y, de otra, 
moléculas no ligadas. 
En este modelo particular se supone que los cúmulos moleculares unidos por enlace de 
hidrógeno a otros cuatro cúmulos situados en si inmediata vecindad se hacen y deshacen 
constantemente. El químico soviético O. Ya Samoilov, por contra, interpretó tres años más 
tarde esta misma función de un modo distinto, en términos de un modelo intersticial; se 
supone que una red cristalina de moléculas ligadas por enlaces de hidrógeno contiene 
cavidades en las cuales pueden moverse otras moléculas no contenidas en la red, llamadas 
ligadas o intersticiales. 
La función de distribución del hielo exhibe estas cavidades. La función de distribución del 
agua líquida señala una mayor densidad de moléculas vecinas a la distancia de 0,35 
nanómetros, fenómeno que no se observa en el agua líquida. Samoilov llegó a la concltisión 
de que en el agua líquida ducho fenómeno correspondía al llenado de estas cavidades por 
moléculas no ligadas. Narten y sus colaboradores efectuaron estudios similares pero con la 
condición de que el cociente moléculas de la red / moléculas intersticiales tenia que 
corresponder a la densidad experimental del agua liquida. Gracias a esta condición algo 
artificial, estos autores lograron reproducir con muy buena precisión la función de distribución 
experimental. Dado el acuerdo obtenido con la experiencia, podría parecer que el modelo de 
la mezcla de dos tipos de moléculas (ligadas y no ligadas) es una descripción satisfactoria de 
la estructura del agua. Sin embargo, como se ha visto, los estudios en el infrarrojo de los 
enlaces OH indican que el agua tiene una mayor variedad de entornos moleculares, por lo 
que la descripción del modelo no es lo bastante precisa. 
Un punto de vista bastante distinto sobre la estructura del agua es el modelo del enlace de 
hidrógeno distorsionado debido al químico J.A. Pople, de la universidad de Cambridge, Gran 
Bretaña, que data de 1951. En él se considera que los enlaces de hidrógeno no están 
intactos sino distorsionados en distintos grados o rotos como en el modelo de la mezcla. Se 
dice que un enlace de hidrógeno no está distorsionado cuando es lineal, es decir, cuando los 
átomos 0...H-0 están alineados. 
La energía de "distorsión" es nula cuando todos los ángulos son tetraédricos, como en el 
hielo. Una desviación de esta situación corresponde a la distorsión del enlace de hidrógeno y 
por consiguiente conduce a un aumento de la energía del sistema. Mediante consideraciones 
de mecánica estadística y de geometría analítica, Pople determinó las contribuciones a la 
función de distribución de las moléculas segundas y terceras en el orden de vecindad 
inmediata. En el marco de su modelo, estas contribuciones dependen de la constante de 
fuerza de distorsión del enlace de hidrógeno y del número de moléculas segundas o tercerasen el orden de vecindad inmediata. Variando estos tres parámetros, Pople obtuvo un buen 
acuerdo con los resultados experimentales de Morgan y Warren. 
Sus trabajos demostraron que la variedad de vibraciones es mucho mayor en el agua líquida 
que en el hielo y también que la distorsión del enlace de hidrógeno permite que algunas 
moléculas segundas y terceras en el orden de vecindad penetren dentro del entorno más 
próximo a la molécula central, lo cual puede explicar dos propiedades de la función de 
distribución radial: en primer lugar, que el número de vecinos más próximos es mayor que 
cuatro; luego, que el pico de la función de distribución del agua es ancho por causa de la 
penetración de moléculas no vecinas en la región que ocupa el segundo lugar en el orden de 
vecindad de la molécula central. 
 
Unos enlaces de hidrógeno más distorsionados que rotos. 
 
Los modelos de enlaces de hidrógeno distorsionados concuerdan más que los modelos de 
tipo mezcla con la evidencia experimental actual sobre la estructura del agua. 
Por ejemplo, la variedad de estructuras vibracionales inherente a estos modelos es 
compatible con la gran extensión de las bandas de absorción infrarrojo de los enlaces OH. 
Por otra parte, las teorías basadas en los enlaces de hidrógeno distorsionados implican la 
presencia de muchos enlaces de hidrógeno en el agua liquida, lo cual tiene la ventaja de 
explicar algunas características de esta última. 
Se sabe, por ejemplo, que el agua pura es un muy mal conductor de la electricidad, 
característica que se puede vincular al hecho de que el enlace de hidrogeno dificulta la 
transferencia de electrones una molécula a otra. Por contra, el en lace de hidrógeno, por un 
mecanismo, que todavía no se conoce del todo, permite la 
transferencia de protones, lo cual explica lo anormalmente elevado de 
la velocidad a la cual estas partículas pueden moverse en el agua. 
 
Los investigadores están cada vez más convencidos de la 
importancia fundamental de este fenómeno en química y biología 
moleculares (por ejemplo en fotosíntesis donde una de las etapas 
importantes del proceso de almacenamiento de la energía que se 
recibe en forma luminosa implica el transporte de protones a través 
de las membranas celulares). 
Hay otra propiedad que concuerda con la abundancia de enlaces de hidrógeno: la gran 
energía de vaporización del agua se debe al hecho de que para transformar el agua en vapor 
hay que rompe enlaces de hidrógeno: cuanto más numerosos son estos últimos, mayor es la 
energía necesaria. La reciente aparición de los ordenadores de gran potencia ha permitido, a 
través de la mecánica estadística, un enfoque distinto del problema de la estructura del agua. 
 
En este enfoque, del tipo llamado "Montecarlo" se definen en la molécula tres, cuatro o cinco 
lugares en los cuales están situadas cargas electrostáticas. 
Contrariamente a lo que ocurre en los enfoques precedentes, en éste la 
estructura del agua no se define a priori, sino que se calcula a partir de 
una distribución. Un enfoque relativamente reciente del problema de la 
estructura del agua consiste en definir a priori la distribución de cargas 
eléctricas dentro de la molécula de agua. Mediante simulaciones por 
ordenador se pueden determinar los tipos de asociación de moléculas 
que de ahí resultan. 
Unos trabajos del químico Speedy y de sus colaboradores, con un 
modelo de cuatro lugares llamado TIP4P, sugieren que cuanto mas fría esta el agua mas se 
parecen las redes que forman los enlaces de hidrogeno a hexágonos, como los del hielo, o a 
pentágonos como los de los clatratos de gases inertes hidratados, que Linus Pauling había 
propuesto en 1959 como modelo intersticial del agua. En esta figura cada raya representa un 
enlace de hidrogeno. En A hay una molécula de agua en cada intersección de cuatro enlaces 
de hidrogeno. En B hay una molécula de agua no ligada (en vez de una molécula de gas 
como en los clatratos), en el centro de cada dodecaedro pentagonal formado por 46 
moléculas de agua unidas por el enlace de hidrogeno. 
 
Cálculos como los mencionados fueron realizados en 1981 por W.L. Jorgensen, basándose 
en el modelo de tres lugares, para un conjunto de 125 moléculas de agua, utilizando más de 
un millón de configuraciones distintas. La operación requiere unos siete días de cálculo con 
un ordenador de tipo VAX. Aunque el procedimiento pueda parecer muy sofisticado, hay que 
darse cuenta de que una red cúbica de 125 moléculas posee sólo 5 moléculas a lo largo de 
cada dimensión, con lo que las interacciones consideradas están limitadas a un pequeño 
entorno. El modelo, por lo tanto, puede parecer relativamente grosero. 
 
La Geometría del Agua 
La molécula de agua está constituida por dos átomos de hidrógeno unidos por sendos 
enlaces covalentes al átomo de oxígeno. Cada enlace covalente implica la compartición de 
dos electrones entre los átomos de hidrógeno, en que cada átomo aporta un electrón. Por lo 
tanto, los electrones puestos en juego en ambos enlaces covalentes son cuatro. Estos 
electrones enlazantes, se suelen representar por pares de puntos o trazos, de manera que 
la molécula de agua puede representarse por los símbolos de los elementos de hidrógeno y 
oxígeno unidos por trazos: 
H-O-H. Esta fórmula insinúa una estructura lineal. 
Además existen en el átomo de oxígeno dos pares de electrones, que no participan en 
enlace, situados en un nivel de menor energía, o última capa. Al considerar todos los 8 
electrones situados en la última capa del oxígeno, 2 pares enlazantes y 2 pares no 
enlazantes, la teoría de Repulsión de Pares Electrónicos del Nivel de Valencia, predice la 
forma de la molécula de agua. Esta teoría establece que los pares electrónicos del nivel de 
valencia, que corresponden a la última capa 
energética, se sitúan en el espacio de manera que 
entre ellos exista la mínima repulsión ocasionada 
por su carga negativa. Si los cuatro pares fuesen 
de igual naturaleza se podría predecir una 
estructura tetraédrica regular para el agua, porque 
la mejor manera de acomodar cuatro cargas 
negativas en el espacio, para que exista entre 
ellas la mínima interacción, es situándolas en los 
vértices de un tetraedro, cuyos lados subtienden 
un ángulo de 109,5°. Puesto que sólo dos pares 
de electrones son enlazantes, éstos están 
compartidos entre los núcleos de O e H y por lo tanto estos electrones están mas cerca a 
ambos núcleos. Los dos pares no enlazantes están sólo localizados sobre el átomo de O 
por lo que tienden a ocupar mayor espacio alrededor de este átomo y en consecuencia a 
restarle espacio a los pares enlazantes. Por lo tanto, el ángulo que subtiende las dos 
uniones oxígeno-hidrógeno es 104,5°, menor que el ángulo tetraédrico. 
Si sólo se considera los núcleos de los átomos de la molécula de agua, esta especie debería 
tener una estructura plana, puesto que tres puntos, que no están en línea, definen un plano. 
Si ahora se considera a los electrones enlazantes y no enlazantes de la molécula de agua, 
su estructura es la de un tetraedro irregular. 
Cabe deducir que si la molécula de agua no es lineal, tampoco será una especie apolar. Una 
molécula polar presenta dos polos o centros de gravitación de carga negativa y positiva que 
resultan de la diferente concentración de electrones en el espacio. Aquel sitio donde exista 
una mayor concentración da origen a un centro donde gravita carga negativa y en el otro 
extremo de ese espacio gravitará, por consecuencia, carga positiva. 
Al existir un dipolo en tal molécula, ésta puede atraer a sus vecinas por fuerzas de atracción 
entre cargas de diferente signo. 
Estas fuerzas se denominan atracción dipolo-dipolo, las cuales son importantes en 
sustancias al estado líquido o sólido donde la cercanía molecular es muy grande. 
 
Polaridad de la molécula de agua 
 La polaridad de la molécula de agua no sólo es consecuencia de su geometría tetraédrica 
irregular, sino que tambiénde la naturaleza de sus átomos: 
hidrógeno, el átomo más pequeño de la Química, y 
oxígeno, un átomo pequeño, pero principalmente de alta 
electronegatividad. Este término denota a los átomos que 
presentan gran capacidad de atraer electrones de enlace 
hacia sí. Por lo tanto, el átomo de oxígeno de la molécula 
de agua atrae hacia sí los electrones de los enlaces 
covalentes con los hidrógenos; hecho que da lugar a una 
polaridad de enlace. Si la polaridad de enlace se 
representa por la letra , con su correspondiente signo, 
entonces la molécula de agua podrá representarse como 
el dibujo de la izquierda. 
 El puente de hidrógeno 
 Dado que el átomo de oxígeno es pequeño y bastante electronegativo, la concentración de 
electrones en su entorno es elevada, por lo que las 
cargas negativa sobre oxígeno y positiva entre los 
átomos de hidrógeno son considerables. Se deduce que 
las atracciones dipolo-dipolo entre moléculas de agua son 
importantes, en realidad muy fuertes, porque las 
moléculas polares de agua, siendo pequeñas, pueden 
acercarse mucho más que moléculas mayores y pueden 
atraerse fuertemente por su gran polaridad. Esta atracción 
dipolo-dipolo que es inusualmente fuerte y en la que 
participa el átomo de hidrógeno se denomina puente de 
hidrógeno 
 Esta asociación intermolecular que se da en el agua 
líquida y en el hielo, se suele representar por una línea de 
puntos. En el hielo, la longitud del enlace de hidrógeno es 
de 1,77 Å que se compara con la longitud del enlace 
covalente H-O de 0,99 Å. 
Esta estructura muestra que cada átomo de oxígeno de 
las moléculas de agua que forman una masa de hielo está 
unido por dos enlaces covalentes a sendos átomos de 
hidrógeno y por puente de hidrógeno a moléculas 
vecinas. La energía de los puentes de hidrógeno es 
aproximadamente un 1% del enlace covalente. Esta gran 
diferencia de energía hace la distinción entre el enlace 
covalente, que es un enlace químico y por lo tanto muy 
fuerte, y el mal llamado enlace de hidrógeno, que sólo es 
una asociación física, porque es una atracción dipolo-
dipolo. 
Se explicó que en la molécula de agua los pares 
electrónicos enlazantes y no enlazantes están orientados 
hacia los vértices de un tetraedro irregular, por lo que al 
considerar una masa de hielo, sus moléculas forman una 
inmensa red tridimensional altamente ordenada que evita que las moléculas se acerquen 
mucho entre sí. El puente de hidrógeno que se establece, hace que las moléculas de agua 
adopten una estructura que deja huecos hexagonales que forman una especie de canales a 
través de la red tridimensional.