Agua para biología molecular

FAQs

¿Qué es el agua?

El agua, de fórmula química H2O, es una sustancia química, inorgánica y polar. El agua pura a temperatura ambiente es un líquido transparente, insípido, inodoro y casi incoloro (aparte de un matiz azul inherente, no apreciable en pequeñas cantidades). Su fórmula química, H2O, indica que cada una de sus moléculas contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos por enlaces covalentes. La denominación "agua" es también el nombre del estado líquido del H2O (entre 0°C y 100°C) a temperatura y presión estándar. El agua es una de las pocas sustancias en la Tierra que existe de forma natural en los tres estados de la materia, o estados de agregación, sólido (hielo), líquido ("agua") y gaseoso (vapor de agua). Es el principal constituyente de la hidrosfera terrestre y de los fluidos de todos los organismos vivos conocidos. El agua es necesaria para la subsistencia de cualquier forma de vida, a pesar de no aportar, de por sí, ni alimento, ni energía, ni micronutrientes orgánicos.
El agua es utilizada ampliamente en laboratorios de todo tipo, en procesos industriales, para usos domésticos, en agricultura, como fuente de energía, como medio para navegación y transporte, etc. Aparte de su uso como bebida e higiene, es un excelente disolvente para una gran variedad de sustancias tanto minerales como orgánicas. El agua, el hielo y el vapor se utilizan también para refrigeración y calefacción.

¿Qué es el agua como disolvente?

Las moléculas de cualquier disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto dando lugar a una mezcla homogénea (disolución). Solutos polares serán disueltos por disolventes polares, como el agua, al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos. El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar "enlaces de hidrógeno" entre sí y con otras moléculas, hacen que el agua sea un excelente disolvente. El agua disuelve casi todas las sustancias, salvo las “hidrofóbicas” (grasas y aceites). En particular, es un excelente solvente para los solutos polares e iónicos, que tienen gran afinidad con el agua: sales, azúcares, ácidos, álcalis y algunos gases (como el oxígeno o el dióxido de carbono). Esta capacidad de disolver la mayoría de las sustancias hace que el agua sea considerado un solvente universal.

¿Qué propiedades hacen que el agua sea un buen disolvente?

El agua es un disolvente inorgánico, polar y prótico. Es decir, no contiene carbono (es inorgánico); la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una cierta distancia, hay un dipolo permanente (es polar); la molécula dona fácilmente protones a los solutos (es prótico). Es el disolvente más importante, esencial para los seres vivos, y el líquido que más sustancias disuelve. El agua (H2O) tiene una estructura molecular simple, contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Cada átomo de hidrógeno se encuentra unido al oxígeno mediante un enlace covalente. El átomo de oxígeno es muy electronegativo, es decir, atrae los electrones compartidos del enlace covalente con mucha más fuerza que el hidrógeno, generando un exceso de carga negativa del lado del oxígeno, y de carga positiva del lado del hidrógeno. La distribución asimétrica de la densidad electrónica crea un momento dipolar eléctrico, y las moléculas de agua pueden tener fuertes interacciones electrostáticas con otras moléculas polares o átomos cargados. El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar "enlaces de hidrógeno" entre sí y con otras moléculas, hacen que el agua sea un excelente disolvente. Los átomos de hidrógeno no sólo están unidos covalentemente a sus átomos de oxígeno, sino que también son atraídos hacia otros átomos de oxígeno cercanos. Una molécula o ión es soluble en agua si puede interaccionar con las moléculas del agua mediante enlaces de hidrógeno (también llamados enlaces por puentes de hidrógeno) o interacciones del tipo ión-dipolo. El agua debe su superioridad como disolvente de sustancias iónicas no solamente a su polaridad y a su elevada constante dieléctrica sino también a su poder de solvatación (capacidad para formar enlaces fuertes con los iones disueltos).

¿Qué es un enlace por puente de hidrógeno?

El enlace de hidrógeno o enlace por puente de hidrógeno es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo fuerte. En este tipo de enlace, el hidrógeno unido a un átomo electronegativo (el oxígeno en el caso del agua) es altamente electropositivo. Este hidrógeno puede combinarse fácilmente con el extremo negativo de una molécula polar o con moléculas con un par solitario de electrones. Por lo tanto, el enlace de hidrógeno se forma entre las moléculas de las mismas sustancias, entre las moléculas de diferentes sustancias o entre los dos átomos de la misma molécula. La interacción de un soluto con un solvente conduce a la estabilización (disolución) de las especies del soluto en la solución. El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar enlaces de hidrógeno entre sí y con otras moléculas, hacen que el agua sea un excelente disolvente.

¿Qué sustancias no pueden disolverse en agua?

Las sustancias que tienden a interactuar o disolverse con aguas se clasifican como hidrófilas. Una sustancia hidrófila es polar y suele contener grupos O-H o N-H que pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua. Por ejemplo, la glucosa, con sus cinco grupos O-H, es hidrófila. Por el contrario, una sustancia hidrofóbica, es decir que repele el agua, tiende a ser no polar y, por tanto, prefiere otras moléculas neutras y disolventes no polares. Como las moléculas de agua son polares, los hidrófobos no se disuelven bien en agua. Ejemplos de moléculas hidrofóbicas son los alcanos, los aceites, las grasas y las sustancias grasas en general. El término hidrofóbico se utiliza a menudo indistintamente con lipofílico, sustancia que tiene afinidad por los lípidos o grasas. Sin embargo, ambos términos no son sinónimos. Aunque las sustancias hidrofóbicas suelen ser lipofílicas, hay excepciones, como las siliconas y los fluorocarburos. La mayoría de los sulfuros, óxidos, carbonatos, cromatos, fosfatos e hidróxidos de metales no son solubles en el agua, ya que sus moléculas no se unen fácilmente a las del agua. Las sales de plata, mercurio y plomo con cloruros, yoduros y bromuros tampoco son solubles, aunque puede haber algunas excepciones. Algunas de las sales de sulfato, como el sulfato de bario, el sulfato de estroncio y el sulfato de plomo, no son solubles en agua. Además, el sulfato de calcio, el sulfato de plata y el sulfato de mercurio son sólo ligeramente solubles en agua.

¿Tiene el agua número CAS?

Sí. Como cualquier otra sustancia química, el agua tiene un número CAS asignado. Es el 7732-18-5.

¿Cuál es la masa molar del agua?

La masa molar del agua es 18,0153 gramos por mol.

¿Cuál es el punto de fusión del agua?

El punto de fusión del agua es la temperatura a la que pasa de hielo sólido a agua líquida. La fase sólida y líquida del agua están en equilibrio a esta temperatura. El punto de fusión depende ligeramente de la presión, por lo que no hay una única temperatura que pueda considerarse el punto de fusión del agua. Sin embargo, a efectos prácticos, el punto de fusión del hielo de agua pura a 1 atmósfera de presión se aproxima mucho a los 0 °C, que son 32 °F o 273,15 K. El punto de fusión y el punto de congelación del agua son idealmente iguales, especialmente si hay burbujas de gas en el agua, pero si el agua no tiene puntos de nucleación, el agua puede sobreenfriarse hasta -42 °C (-43,6 °F, 231 K) antes de congelarse. Así que, en algunos casos, el punto de fusión del agua es considerablemente mayor que su punto de congelación.

¿Cuál es el punto de ebullición del agua?

El punto de ebullición del agua es de 100 °C o 212 °F a 1 atmósfera de presión (nivel del mar). Sin embargo, este valor no es constante. El punto de ebullición del agua depende de la presión atmosférica, que cambia según la altitud. El agua hierve a una temperatura más baja a medida que se gana altitud (por ejemplo, subiendo a una montaña), y hierve a una temperatura más alta si se aumenta la presión atmosférica (a nivel del mar o por debajo). El punto de ebullición del agua también depende de su pureza. El agua que contiene impurezas (como el agua salada) hierve a una temperatura más alta que el agua pura. Este fenómeno se llama elevación del punto de ebullición, que es una de las propiedades coligativas de la materia

¿Cuál es la densidad del agua?

La densidad máxima del agua es 1,00000 gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a 3,98 °C. La densidad a 25 °C es de 0,99705 g/cm3

¿Cuál es el momento dipolar del agua?

El momento dipolar del agua es 1,85 D.

¿Cuál es la constante dieléctrica del agua?

La constante dieléctrica o permitividad relativa del agua es 78,5.

¿Qué es la constante de disociación del agua?

Debido a la alta polaridad de las moléculas de agua, se forman puentes de hidrógeno entre ellas y, como consecuencia, una molécula de agua tiene la capacidad de ceder un protón a una molécula vecina y esto hace que la molécula que cedió su protón tenga una carga neta negativa y la molécula de agua que lo acepta tenga una carga positiva. Esto indica que el agua está ionizada, ya que actúa como ácido al donar protones (H+), también llamados iones de hidrógeno, y como base al aceptarlos, según la teoría de Brønsted y Lowry. Así, el agua puede encontrarse en dos especies iónicas: el hidronio (H3O+), una molécula de agua que acepta un protón y funciona como ácido, y el hidroxilo OH-, que es la especie que queda cuando la molécula de agua cede su protón, y que funciona como base, ya que puede aceptar protones. El ion hidronio (H3O+ ) se simplifica como H+ (ion hidrógeno o protón). La disociación del agua es una reacción de equilibrio. Esto significa que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa y que la concentración de los reactivos y los productos no cambia en el equilibrio. Cuando el agua líquida pura está en equilibrio con los iones hidrógeno e hidróxido a 25 °C, la concentración molar de OH- representada como [OH-] es igual a la concentración molar de H3O+ en el agua pura, es decir, [H3O+] = [OH-] = 10-7 M, donde M está en moles/litro o lo que es lo mismo, [H+] = [OH-] = 1,0 × 10-7 mol/L. La constante de disociación del agua se indica Kw = [H+] [OH-] = 1,0 · 10-14. Cualquier solución en la que las concentraciones de H+ y OH- sean iguales se considera una solución neutra (pH = 7). El agua completamente pura es neutra, aunque incluso pequeñas cantidades de impurezas pueden afectar a estas concentraciones de iones y el agua dejaría de ser neutra. El Kw es sensible a la presión y a la temperatura, aumentando cuando alguna de ellas aumenta.

¿Para qué sirve el agua en un laboratorio?

El agua usada en los laboratorios, mal denominada agua “destilada”, es en realidad agua “purificada” en la que, en mayor o menor grado, se han eliminado diferentes impurezas, tanto orgánicas como inorgánicas. El agua es el reactivo más importante dentro del laboratorio y está presente en la mayoría de los procesos y soluciones que se utilizan en el laboratorio. La pureza y la calidad del agua usada con fines analíticos tiene una gran repercusión en la fiabilidad y exactitud de los resultados analíticos. Para obtener agua con la calidad deseada se utilizan distintos métodos como destilación, ultrafiltración, ósmosis inversa, desionización, etc., además de combinaciones entre las técnicas, con el objetivo de transformar el agua común en un reactivo para el laboratorio. Disponer de agua con la calidad correcta en los laboratorios precisa de una tecnología de purificación avanzada y de un control estricto de las impurezas y de los parámetros que puedan afectar a cada determinación. Los análisis de alta sensibilidad dependen en gran medida de la alta pureza del agua. Diferentes organismos normalizadores como ISO (International Organization for Standardization), ACS (American Chemical Society), ASTM (American Society for Testing and Materials), Standard Methods for Analysis of Water and Wastewaters etc., definen las especificaciones del agua usada en los laboratorios analíticos, por ejemplo en la norma ISO 3696 (agua para uso en análisis de laboratorio) o la ASTM D1193 (especificación estándar del agua como reactivo). Del mismo modo, las farmacopeas, como la farmacopea europea (EP o Ph. Eur. ) y USP (farmacopea de Estados Unidos), establecen también criterios de pureza para los distintos tipos de agua de uso farmacéutico.

¿Qué aplicaciones tiene el agua en un laboratorio?

El agua es el reactivo más importante dentro del laboratorio y está presente en la mayoría de los procesos y soluciones que se utilizan en cualquier laboratorio. Debido a sus múltiples aplicaciones, es de vital importancia elegir el agua con el grado de calidad apropiado para obtener resultados de alta calidad, fiables y precisos. Existen diferentes grados de pureza y calidad del agua dependiendo del tipo de análisis, la técnica empleada o la aplicación. Algunas de sus aplicaciones van desde el lavado de material y equipos, la preparación de muestras, diluciones, patrones, soluciones volumétricas, soluciones tampón, medios de cultivo, eluyentes, preparación de reactivos en general, hasta para el uso de técnicas de alta sensibilidad como ICP-MS (espectrometría de masas con fuente de plasma acoplado inductivamente), ICP-OES (espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente), espectrometría de absorción atómica (AA), espectrofotometría UV/VIS, técnicas cromatográficas como HPLC (cromatografía líquida de alto rendimiento), UHPLC (cromatografía líquida de ultra alto rendimiento), LC-MS (cromatografía líquida/espectrometría de masas), GC-MS (cromatografía de gases/espectrometría de masas). La cromatografía es actualmente el principal método utilizado para la separación de mezclas de especies químicas estrechamente relacionadas entre si. Se puede emplear para identificación cualitativa y determinación cuantitativa de las especies separadas. Las diferentes técnicas cromatográficas tienen un papel relevante, entre otros, en la conservación del medio ambiente para el análisis y control de contaminantes en aguas potables, aguas residuales, suelos, lodos de depuradora, muestras de aire, etc. Algunos de estos contaminantes son hidrocarburos poliaromáticos (PAH), compuestos orgánicos volátiles (VOC), compuestos orgánicos persistentes (COP), bifenilos policlorados o policlorobifenilos (PCB), dioxinas, furanos, plaguicidas en general (insecticidas, herbicidas, fungicidas...), pesticidas organoclorados y organofosforados, nitritos, aminas, fenoles, etc. Se utiliza también para aplicaciones en biología molecular, electroquímica, electroforesis, cultivo de tejidos, etc.

¿Cuáles son los diferentes grados de pureza y calidad del agua como reactivo de laboratorio?

Elegir el agua con el grado de calidad apropiado es de vital importancia en cualquier laboratorio, para obtener resultados analíticos de alta calidad, fiables y precisos. Existen diferentes grados de pureza y calidad del agua específicos dependiendo del tipo de análisis, técnica empleada o aplicación; por ejemplo:
• Para laboratorios de genómica y biología molecular, para análisis por PCR --> Agua, para PCR, libre de DNA, para biología molecular, apto para qPCR.
• Para laboratorios de investigación bioquímica, por ejemplo, en preparación de soluciones de antibióticos --> Agua bidestilada, estéril.
• Para aplicaciones analíticas generales que requieran altos niveles de pureza y muy bajo contenido de impurezas --> Agua para análisis, ACS (cumple especificaciones de la American Chemical Society).
• Para lavado de material, generadores de vapor --> Agua grado técnico.
• Para producción de fármacos orales, limpieza de equipos o elaboración de productos cosméticos --> Agua purificada (BP, Ph. Eur.) puro, grado farma.
• Para técnicas analíticas instrumentales:
Agua para UHPLC Supergradiente --> Apropiada para uso en equipos UHPLC. Esta técnica proporciona un análisis más rápido que el HPLC, una mejor sensibilidad y mayor resolución. Se requieren disolventes con una alta transparencia a longitudes de onda bajas y una máxima estabilidad de línea de base. Al trabajar a presiones más altas se debe reducir al mínimo el residuo fijo del disolvente para evitar que la bomba del equipo se bloquee.
Agua para UV, HPLC, ACS --> Para uso como disolvente polivalente para HPLC y espectroscopia UV-Vis/IR. La HPLC es un método que se utiliza en casi todas las áreas de la química, la bioquímica y la farmacia. Por ejemplo: en el desarrollo de productos farmacéuticos el análisis por HPLC se utiliza para comprobar la pureza del producto en diferentes etapas del proceso; para análisis de contaminantes del medio ambiente; para determinación de drogas o fármacos en muestras biológicas, para control de calidad de productos industriales y de química fina, etc.
Agua para análisis de trazas metálicas (ppt) --> Especialmente purificada por destilación múltiple, es adecuada para el análisis de trazas de metales mediante ICP-MS. Esta técnica se utiliza cuando se necesita un límite de detección muy bajo, aproximadamente de 0,001 μg/L (1 ppt) a 0,01 μg/L (10 ppt). Se utiliza para el control de calidad del medio ambiente, en laboratorios farmacéuticos, en fabricación de reactivos, laboratorios de investigación, en laboratorios de referencia para metales pesados en alimentos y piensos, en estudios de minerales, etc.
Agua para LC-MS --> Se caracteriza por tener muy baja concentración de metales (<100 ppb) y un bajo contenido de partículas debido a la microfiltración (con filtro de 0,2 μm de poro). La aptitud LC-MS es controlada de forma que ninguna señal resulta mayor que el pico molecular de la reserpina (609 amu) a la concentración de 50 ppb, en un intervalo de 200 a 2000 amu. Tiene una elevada transmitancia al UV y una excelente línea de base durante la prueba de gradiente con HPLC. La técnica LC-MS (cromatografía líquida-espectrometría de masas) utiliza cromatografía líquida como sistema de separación y espectrometría de masas como sistema de detección y, por lo tanto, combina las características de alta separación en cromatografía líquida y alta sensibilidad en espectrometría de masas. Su elevada sensibilidad y selectividad la hacen idónea para la identificación y cuantificación de multitud de compuestos en las matrices más complejas. La técnica LC-MS está siendo utilizada por un número cada vez mayor de laboratorios de investigación y de análisis en diferentes áreas de la industria (laboratorios medioambientales, farmacéuticos, biotecnológicos, para análisis de alimentos, etc.). Permite detectar cantidades a nivel de nanogramos de una variedad de analitos, por ejemplo, metabolitos de fármacos en fluidos biológicos, pesticidas, adulterantes de alimentos y suplementos dietéticos, extractos de productos naturales, etc. Se utiliza también para análisis de moléculas pequeñas y grandes de proteínas en diversas matrices, cuantificación de impurezas genotóxicas en ingredientes farmacéuticos activos, para detección de agentes dopantes (como agentes anablizantes), para cuantificación de nucleótidos y sus derivados en células bacterianas, cuantificación de proteoma, en ensayos rápidos para la detección de SARS-CoV-2, etc., para análisis cuantitativo de moléculas a muy bajas concentraciones (rutas metabólicas, hormonas, metabolismo, impurezas de síntesis, etc.).