Gracias a la química podemos entender cómo se forman las sustancias que nos rodean, cómo reaccionan entre sí y cómo podemos aprovecharlas para mejorar nuestra vida. Está presente en todos los ámbitos, desde la cocina hasta la medicina... desde el arte hasta la tecnología.
Como señala Daniel Torregrosa en su nuevo libro, Química asombrosa (Pinolia, 2023), la química puede ser realmente sorprendente, porque nos revela los secretos de la naturaleza y nos permite crear nuevos materiales y productos con propiedades únicas.
A lo largo de la historia, la química ha sido protagonista de grandes descubrimientos que han cambiado el mundo, como el oxígeno, el plástico, los antibióticos o el ADN. También ha sido responsable de algunos de los mayores desafíos y problemas que afrontamos hoy en día, como la contaminación, el cambio climático o las armas químicas.
En esta ocasión nos acercamos a las primeras páginas de este nuevo libro, descubriendo en exclusiva su primer capítulo.
El agua es vida
Podríamos llenar todas las páginas de este libro hablando solo del agua. El agua es la vida. Y nuestra naturaleza y evolución biológica no pueden concebirse sin la presencia de agua. El setenta por ciento de la superficie de nuestro planeta es agua y un porcentaje muy similar es el que contiene nuestro cuerpo. Sabemos que el agua está muy presente en la composición del universo conocido. Y, en concreto, toda el agua que tenemos en el sistema solar tiene un origen unido al de la creación de la Tierra. Hace unos 4.500 millones de años, una enorme nube de gas y polvo primordial sucumbió a su propia gravedad y dio origen al Sol y los planetas. Existen varias teorías sobre cómo se formaron los océanos, aunque ninguna de ellas ofrece una explicación totalmente satisfactoria. La teoría que cobra más fuerza propone que el agua de los mares y océanos podría provenir de la mezcla de rocas y gases que formaron la Tierra, pero las teorías de formación de objetos rocosos predicen que la mayor parte de esa agua escaparía al espacio en los primeros millones de años de formación del planeta. En cualquier caso, los meteoritos y núcleos de cometas que impactaron masivamente contra nuestro planeta durante su infancia también nos trajeron gran cantidad de agua.
La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Esta composición no debe sorprendernos: el hidrógeno y el oxígeno ocupan el primer y tercer lugar, respectivamente, en el listado de los elementos más abundantes del universo. Desde los tiempos de Aristóteles hasta casi el final de la Edad Media se creía que la materia de nuestro planeta estaba formada por cuatro elementos fundamentales (tierra, agua, aire y fuego) y que existía una quinta, el éter, que era la materia de los cielos. El agua siempre despertó el interés de los practicantes de la alquimia desde los primeros experimentos hasta el nacimiento de la química como ciencia. Desde los procesos de destilación ideados por los árabes hasta los trabajos de grandes nombres de la ciencia como Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), Henry Cavendish (1731-1810) o Joseph Priestley (1733-1804), muchos fueron los que quisieron descubrir la verdadera naturaleza de este fluido: consiguieron obtenerla mediante la detonación de una mezcla de hidrógeno obtenido previamente y aire (que contenía oxígeno). Sobre quién fue el primero, hay cierta polémica —como ocurre con el descubrimiento del oxígeno, según veremos más adelante—, y es difícil dar un nombre porque a finales del siglo xviii estos titanes de la ciencia trabajaban de forma independiente y los descubrimientos se compartían con dificultad. Pero si hay que quedarse solo con un nombre para la historia, sería el del excéntrico químico y físico británico Henry Cavendish, quien, tras descubrir y aislar el hidrógeno, presentó en 1783 ante la Royal Society de Londres una memoria donde revelaba la composición del agua.
«No se aprecia el poder del agua hasta que se seca el pozo»
Cuando los químicos y bioquímicos afirmamos que el agua es vida, lo hacemos con toda la intensidad y vehemencia que nos da el conocimiento de las sorprendentes propiedades de esta molécula. El agua es un compuesto polar (una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas en la misma molécula), con cargas positivas parciales en los dos hidrógenos, una carga negativa parcial en el oxígeno y una estructura general con un ángulo de 104,5 º. Esto ocurre porque el oxígeno es más electronegativo, lo que significa que es mejor que el hidrógeno para atraer electrones.
El agua es líquida a temperatura ambiente, algo que puede resultar extraño porque lo esperable, al ser tan simple y pequeña, es que fuera un gas. La razón de este fenómeno es la capacidad que tienen sus moléculas de unirse formando puentes de hidrógeno: las moléculas de agua se agrupan con facilidad y así su movilidad es la de un líquido en vez de un gas, donde las moléculas se moverían de manera independiente. El agua es también un excelente disolvente: se suele decir que es el disolvente universal, pero basta mezclarla con aceite para comprobar que eso no es del todo cierto. En ella se pueden disolver muchas sustancias iónicas y polares, pero con sustancias no polares no es tan fácil.
Tiene una capacidad calorífica muy alta, es decir, se necesita mucha energía para elevar un grado la temperatura de una cierta cantidad de agua, con la consecuencia añadida de que así ayuda a regular la temperatura en el ambiente. Esta propiedad permite que la temperatura del agua en un embalse o pantano se mantenga relativamente constante entre el día y la noche, independientemente del brusco cambio de la temperatura del aire. También tiene un alto calor de vaporización, una característica que los animales usamos para refrescarnos. Con el proceso de sudoración, el agua se convierte de su forma líquida a vapor cuando se alcanza el calor de vaporización. En entornos de mucha humedad, este efecto de evaporación es más lento y podemos padecer lo que se suele denominar como «bochorno».
Otra característica interesante del agua es su capacidad de cohesión y adhesión. Las moléculas de agua mantienen fuertes fuerzas cohesivas debido a su capacidad de formar puentes de hidrógeno entre sí. Las fuerzas cohesivas son responsables de la tensión superficial, que viene a ser la tendencia de la superficie de un líquido a resistir la ruptura cuando se somete a presión o tensión. El agua también dispone de propiedades adhesivas que le permiten adherirse a sustancias distintas a sí misma. Estas propiedades cohesivas y adhesivas son esenciales para el transporte de fluidos en muchas formas de vida: este efecto, llamado capilaridad, permite que los nutrientes sean transportados contra la fuerza de la gravedad (hacia arriba) por los capilares de las plantas.
La densidad del agua es menor en su forma sólida que líquida: a medida que el agua se congela, las moléculas forman una estructura cristalina que las separa. En la práctica, esto significa que el hielo es menos denso que el agua líquida, por lo que flota. Así, los océanos, mares y lagos cuando se congelan permiten que la vida siga existiendo bajo la superficie helada.
Una de las sorpresas que nos da el agua es su color. ¿Acaso no es transparente? Pues depende, porque en la naturaleza la podemos observar de color azul verdoso, como en mares y océanos, porque absorbe las longitudes de onda más altas de la luz blanca del sol y la luz reflejada corresponde a los tonos azulados. Y en ciertas condiciones, el vapor de agua adquiere una tonalidad rojiza clara.
Sabemos que en el universo conocido hay enormes cantidades de agua. El hidrógeno es el elemento más abundante, tanto en su forma atómica (H) como en su forma molecular (H2), y es responsable de prácticamente la totalidad de la materia detectable. Tras el hidrógeno molecular, el agua es la molécula más abundante, junto con el monóxido de carbono (CO), y se encuentra en todos los entornos de los medios interestelares en estado sólido (hielo) o gaseoso (vapor de agua). Lo realmente complicado es encontrarla en estado líquido fuera de los confines de la Tierra. Conocemos la existencia de agua en la Luna, en el planeta Marte, en satélites de Júpiter y Saturno, en algunos objetos del cinturón de asteroides y en cometas. En muchos de ellos ha sido gracias a sondas como la Cassini-Huygens, que nos regaló datos e imágenes de Saturno y sus lunas de gran valor científico durante los años en que estuvo en activo.
Fuera de nuestro sistema solar, y debido a la descomunal distancia que separa al Sol del resto de las estrellas de nuestra galaxia, no es posible observar o detectar la presencia de agua mediante sondas espaciales. Pero, por suerte, podemos emplear la técnica de la espectroscopia para detectar agua, principalmente como vapor, en las estrellas más lejanas. El vapor de agua interestelar fue detectado por vez primera vez hace décadas en la nube molecular de Orión.
Y un último dato. Cuando lean o escuchen los términos oxidano o monóxido de dihidrógeno, no se asusten: son sinónimos para referirse a la molécula de agua. La utilización de estos términos alternativos se suele emplear como broma recurrente hacia ciertos prejuicios contra la química, lo que comúnmente se conoce como quimiofobia, aunque esa es una historia que daría para otro libro.
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