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Agua, sales y bioelementos

Este tema abre el Bloque A (Las biomoléculas) del currículo de Biología de 2.º de Bachillerato: estudia los componentes inorgánicos de la materia viva. Se clasifican los bioelementos según su proporción y función, se relaciona la estructura polar del agua con sus propiedades y funciones biológicas, y se analizan las sales minerales y los fenómenos osmóticos (difusión, ósmosis y diálisis). Es un contenido plenamente evaluable en la fase de acceso de la Selectividad/PAU y la base química sobre la que se construyen todas las biomoléculas orgánicas posteriores.

4seccionesca. 18min de lectura4competenciasNivelBásico 1 · Estándar 2 · Profundización 1Revisado · 06/2026

T·0111 / 12

Perfil de examen

Clasifica los tipos de bioelementos relacionando cada uno con su proporción y su función biológica.Relaciona la estructura química del agua (molécula polar, puentes de hidrógeno) con sus funciones biológicas: disolvente, reactivo, estructural y termorreguladora.Distingue los tipos de sales minerales (disueltas y precipitadas) relacionando su composición con su función, incluidas la regulación osmótica y la amortiguación del pH.Contrasta los procesos de difusión, ósmosis y diálisis, interpretando su relación con la concentración salina del medio celular.

Operadores:clasificarelacionaexplicajustificadistinguecontrastainterpretacalcularazona

nivel básico

Domina la clasificación de los bioelementos y las funciones del agua y las sales: es el cuerpo exigible que articula todo el bloque de biomoléculas.

nivel avanzado

Profundiza en los fundamentos físico-químicos —puentes de hidrógeno, presión osmótica y sistemas tampón— para razonar de forma cuantitativa los procesos de difusión, ósmosis y regulación del pH.

Profundidad

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Inhalt · 4 secciones

Agua, sales y bioelementos

Los bioelementos: clasificación y función biológica#

BasisBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque A. Las biomoléculas — los bioelementos: clasificación según su proporción y función biológica

Se denominan bioelementos los elementos químicos que forman parte de la materia viva. Aunque en la corteza terrestre abundan elementos como el silicio o el aluminio, los seres vivos están constituidos por un repertorio mucho más reducido: de los aproximadamente noventa elementos naturales, solo unos veinticinco aparecen de forma constante en los organismos. Esta selección no es casual, sino el resultado de la evolución, que ha favorecido elementos ligeros, abundantes en el medio y capaces de formar enlaces covalentes estables, sobre todo el carbono, que constituye el esqueleto de todas las biomoléculas orgánicas.

Atendiendo a su proporción, los bioelementos se clasifican en tres grupos. Los bioelementos primarios (C, H, O, N y, con frecuencia, P y S) representan en torno al 96–99 % de la masa de los seres vivos y forman las grandes biomoléculas; el carbono, el oxígeno y el hidrógeno son los más abundantes. Los bioelementos secundarios (entre otros Ca, Na, K, Mg, Cl) aparecen en proporciones inferiores pero indispensables, en torno al 3–4 %, normalmente en forma iónica. Por último, los oligoelementos (Fe, Cu, Zn, Mn, I, Co, F, Mo…) se hallan en proporciones inferiores al 0,1 %, pero su carencia provoca trastornos graves (Fig. 1).

Clasificación de los bioelementos según su proporción

La función de cada bioelemento depende de sus propiedades químicas. El carbono es el elemento estructural por excelencia: posee cuatro electrones de valencia que le permiten formar cuatro enlaces covalentes y construir largas cadenas y anillos estables, lo que explica la inmensa diversidad de las moléculas orgánicas. El nitrógeno entra en aminoácidos y bases nitrogenadas; el fósforo, en ácidos nucleicos, ATP y fosfolípidos; y el azufre, en algunos aminoácidos (cisteína, metionina), donde forma puentes disulfuro que estabilizan la estructura de las proteínas.

Los bioelementos secundarios y los oligoelementos desempeñan funciones reguladoras y catalíticas a pesar de su escasa proporción. El calcio interviene en la contracción muscular, la coagulación y forma huesos y conchas; el sodio y el potasio mantienen el potencial de membrana y transmiten el impulso nervioso; el hierro forma parte de la hemoglobina y transporta oxígeno; y el yodo es imprescindible para sintetizar las hormonas tiroideas. La relación entre un aporte adecuado de bioelementos —a través de una dieta equilibrada— y la salud (por ejemplo, la anemia ferropénica o el bocio por déficit de yodo) conecta este contenido con los estilos de vida saludables que recoge el currículo.

Ejemplo resuelto

Clasificación y función de bioelementos

Indica a qué grupo (primario, secundario u oligoelemento) pertenecen el nitrógeno, el sodio y el hierro, y señala para cada uno una biomolécula o función biológica en la que participe.

Nitrógeno
Es un bioelemento primario (forma parte del ~96-99 % de la masa viva). Interviene en los grupos amino de los aminoácidos y en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
Sodio
Es un bioelemento secundario, presente en forma iónica (Na⁺). Mantiene el potencial de membrana y participa en la transmisión del impulso nervioso y en el equilibrio osmótico.
Hierro
Es un oligoelemento (< 0,1 %). Forma parte del grupo hemo de la hemoglobina, donde permite el transporte de oxígeno en la sangre.

Resultado: N → primario (aminoácidos y bases nitrogenadas); Na → secundario (impulso nervioso/osmosis); Fe → oligoelemento (hemoglobina).

Errores frecuentes

Confundir abundancia en la naturaleza con abundancia en los seres vivos: el silicio es muy abundante en la corteza, pero no es un bioelemento primario.
Creer que los oligoelementos, por estar en proporción ínfima, son prescindibles; su escasez es precisamente lo que los hace críticos, porque su carencia produce patologías graves.

Repaso activo

Clasifica los siguientes elementos en primarios, secundarios u oligoelementos e indica una función biológica de cada uno: carbono, calcio, hierro, fósforo, yodo y potasio.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

El agua: estructura molecular, propiedades y funciones biológicas#

StandardBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque A. Las biomoléculas — el agua: relación entre sus características químicas y sus funciones biológicas

El agua es la molécula más abundante de los seres vivos: representa entre el 60 % y el 95 % de la masa según el tejido y la especie. Toda su singularidad biológica deriva de su estructura. La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido a dos de hidrógeno mediante enlaces covalentes; el oxígeno es mucho más electronegativo, de modo que atrae hacia sí los electrones compartidos y queda con una carga parcial negativa, mientras que los hidrógenos quedan con carga parcial positiva. Como además la molécula presenta una geometría angular (los enlaces O–H forman un ángulo de unos 104,5°), las cargas no se anulan y el agua resulta una molécula polar, un dipolo permanente (Fig. 2).

Molécula de agua: dipolo y puentes de hidrógeno

Esa polaridad permite que las moléculas de agua se atraigan entre sí formando puentes de hidrógeno: el hidrógeno parcialmente positivo de una molécula se asocia con el oxígeno parcialmente negativo de la vecina. Cada molécula puede establecer hasta cuatro puentes de hidrógeno. Aunque cada enlace es débil e individualmente efímero, en conjunto forman una red dinámica y abundante que mantiene cohesionada el agua líquida. Casi todas las propiedades anómalas del agua —y, con ellas, sus funciones biológicas— se explican por estos puentes de hidrógeno.

Las propiedades del agua y sus funciones se corresponden de manera directa. (1) Por su elevado poder disolvente —el agua rodea los iones y las moléculas polares formando capas de hidratación— es el medio donde ocurren las reacciones metabólicas y el vehículo de transporte de sustancias (función disolvente y de transporte). (2) Su cohesión y su elevada tensión superficial sostienen la columna de savia en las plantas y permiten el desplazamiento de pequeños organismos sobre la superficie del agua (función estructural y mecánica). (3) Su elevado calor específico y su elevado calor de vaporización le permiten absorber o liberar mucho calor con pequeños cambios de temperatura, lo que amortigua las variaciones térmicas del organismo y posibilita la refrigeración por sudor (función termorreguladora).

El agua no es solo el medio: también es un reactivo. Participa directamente en numerosas reacciones bioquímicas. En las reacciones de hidrólisis, una molécula de agua rompe un enlace y separa dos unidades (por ejemplo, la digestión de los nutrientes); a la inversa, en las reacciones de condensación o síntesis por deshidratación, la unión de dos monómeros libera una molécula de agua (función bioquímica o reactiva). Además, el agua es densa en estado líquido y menos densa en estado sólido —el hielo flota—, lo que aísla térmicamente las masas de agua y permite la vida acuática bajo la superficie helada.

Ejemplo resuelto

Justificación de una propiedad del agua

Un alumno observa que, tras un esfuerzo físico intenso, suda y su temperatura corporal apenas se eleva. Explica, a partir de las propiedades del agua, qué propiedad permite esta regulación y cuál es su fundamento estructural.

Identificar la propiedad
La regulación térmica por sudor se basa en el elevado calor de vaporización del agua: evaporar agua requiere absorber mucha energía.
Fundamento estructural
Para pasar a vapor, cada molécula de agua debe romper los numerosos puentes de hidrógeno que la unen a sus vecinas; ello exige absorber gran cantidad de calor del cuerpo.
Consecuencia biológica
Al evaporarse, el sudor retira ese calor de la superficie de la piel, de modo que el organismo se refrigera y mantiene su temperatura casi constante (función termorreguladora).

Resultado: El elevado calor de vaporización del agua —debido a los puentes de hidrógeno— permite la refrigeración por sudor y la termorregulación.

Errores frecuentes

Decir que el agua es apolar o que sus enlaces O–H son iónicos: los enlaces O–H son covalentes polares, y la polaridad de la molécula nace de esa diferencia de electronegatividad más la geometría angular.
Confundir el enlace covalente que une O e H dentro de una molécula con el puente de hidrógeno, que es una atracción débil entre moléculas distintas.

Repaso activo

Explica, partiendo de la estructura de la molécula de agua, por qué el agua es un buen disolvente de las sales minerales y por qué su elevado calor específico la convierte en un eficaz regulador de la temperatura corporal.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

Las sales minerales: tipos, funciones y regulación del pH#

StandardBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque A. Las biomoléculas — las sales minerales: relación entre sus características químicas y sus funciones biológicas; sistemas amortiguadores del pH

Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que pueden encontrarse en los seres vivos de dos formas, según su solubilidad en agua, lo que determina su función. Las sales precipitadas (insolubles) son sólidas y desempeñan funciones esqueléticas, estructurales y de protección: el carbonato de calcio del caparazón de los moluscos y del esqueleto de los corales, y el fosfato de calcio que da rigidez a los huesos y los dientes de los vertebrados, son los ejemplos clásicos (Fig. 3).

Sales minerales: tipos y funciones

Las sales disueltas se hallan disociadas en sus iones (cationes como Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ y aniones como Cl⁻, HCO₃⁻, HPO₄²⁻) y cumplen funciones dinámicas. Mantienen el grado de salinidad del medio interno y, con ello, la presión osmótica; intervienen en la generación y transmisión del impulso nervioso y en la contracción muscular (gradientes de Na⁺/K⁺ y de Ca²⁺); actúan como cofactores enzimáticos (Mg²⁺, Zn²⁺); y participan en la regulación del pH a través de los sistemas tampón.

El pH de los líquidos internos debe mantenerse dentro de límites estrechos —la sangre humana se conserva en torno a pH 7,4— porque la actividad de las enzimas y la estructura de las proteínas son muy sensibles a la acidez. Esta constancia se logra mediante los sistemas amortiguadores o tampones: mezclas de un ácido débil y su base conjugada que neutralizan tanto los ácidos como las bases que se incorporan al medio, de modo que el pH apenas varía. El tampón más importante de la sangre es el sistema bicarbonato/ácido carbónico (HCO₃⁻ / H₂CO₃).

El funcionamiento del tampón bicarbonato se entiende por el principio de equilibrio: si aumenta la concentración de protones (acidosis), el bicarbonato los capta formando ácido carbónico, que se descompone en CO₂ y agua, eliminándose el CO₂ por la respiración; si los protones disminuyen (alcalosis), el ácido carbónico se disocia y libera protones. Otros tampones fisiológicos son el sistema fosfato (HPO₄²⁻ / H₂PO₄⁻), importante en el medio intracelular y en la orina, y las propias proteínas, que actúan como tampones por sus grupos ionizables. La relación entre el equilibrio iónico y la salud (deshidratación, calambres por pérdida de sales, acidosis) vincula este contenido con los estilos de vida saludables.

CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-

Sistema tampón bicarbonato/ácido carbónico

Doble equilibrio del principal tampón de la sangre: el bicarbonato capta o cede protones para mantener el pH; el CO₂ se regula por la respiración.

Ejemplo resuelto

Respuesta del tampón bicarbonato

En la sangre, el equilibrio del tampón es CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Explica qué le ocurre al equilibrio cuando se incorporan protones al plasma (por ejemplo, durante un ejercicio intenso que produce ácido láctico) y cómo se mantiene estable el pH.

Llegada de ácido
El ejercicio libera ácido (H⁺) a la sangre, lo que tendería a bajar el pH.
Acción del bicarbonato
El ion bicarbonato (HCO₃⁻) capta esos protones y forma ácido carbónico (H₂CO₃), desplazando el equilibrio hacia la izquierda y retirando H⁺ libres del medio.
Eliminación del CO₂
El ácido carbónico se descompone en CO₂ y agua; el exceso de CO₂ se elimina por los pulmones al aumentar la ventilación.
Resultado
Al captarse los protones y exhalarse el CO₂, la concentración de H⁺ apenas cambia, de modo que el pH se mantiene próximo a 7,4.

Resultado: El bicarbonato neutraliza el exceso de H⁺ formando H₂CO₃, que se elimina como CO₂ por la respiración; así el pH sanguíneo permanece estable.

Errores frecuentes

Atribuir las funciones esqueléticas a las sales disueltas y las funciones osmóticas a las precipitadas: es justo al revés.
Pensar que un tampón impide cualquier cambio de pH; en realidad lo amortigua, de modo que el pH varía mucho menos de lo que lo haría sin él, y solo dentro de su capacidad amortiguadora.

Repaso activo

Una bebida deportiva contiene Na⁺, K⁺ y Cl⁻. Justifica por qué estos iones, y no el carbonato de calcio de los huesos, son los adecuados para reponer las sales perdidas con el sudor, y explica brevemente cómo contribuyen al equilibrio del medio interno.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Difusión, ósmosis y diálisis: la célula según el medio#

VertiefungBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque A. Las biomoléculas — difusión, ósmosis y diálisis: relación con la concentración salina de las células

El intercambio de agua y solutos entre la célula y su entorno depende de tres fenómenos físicos relacionados con la concentración salina. La difusión es el movimiento neto de partículas de soluto desde donde están más concentradas hacia donde están menos concentradas, hasta igualar la concentración (gradiente). La diálisis es un caso particular de difusión a través de una membrana permeable selectiva por tamaño (membrana dializadora) que deja pasar el disolvente y los solutos pequeños, pero retiene las moléculas grandes; en ella difunden los solutos de pequeño tamaño. La ósmosis, en cambio, es el movimiento del disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable —permeable solo al disolvente— desde la disolución más diluida (hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica) (Fig. 4).

La célula en medio hipotónico, isotónico e hipertónico

La fuerza que impulsa la entrada de agua por ósmosis se mide por la presión osmótica, que es tanto mayor cuanto más concentrada en solutos esté la disolución. Para disoluciones diluidas, la presión osmótica se calcula con la ecuación de van't Hoff, π = M · R · T · i, donde M es la molaridad de solutos, R la constante de los gases, T la temperatura absoluta e i el factor de van't Hoff (número de partículas en que se disocia el soluto). Comparando dos disoluciones, se llama hipertónica a la de mayor concentración de solutos, hipotónica a la de menor, e isotónica cuando ambas son iguales.

El comportamiento de la célula depende, pues, de la tonicidad del medio externo. En un medio hipotónico (menos concentrado que el interior celular), el agua entra en la célula: una célula animal se hincha y puede estallar (hemólisis si es un glóbulo rojo), mientras que la célula vegetal, protegida por su pared rígida, solo se pone turgente (turgencia). En un medio isotónico no hay flujo neto de agua y la célula mantiene su volumen. En un medio hipertónico (más concentrado fuera), el agua sale: la célula animal se arruga (crenación) y, en la vegetal, la membrana se separa de la pared (plasmólisis).

Estos fenómenos tienen consecuencias fisiológicas directas. La constancia de la concentración salina del medio interno (osmorregulación) es vital: por eso los sueros y disoluciones que se inyectan deben ser isotónicos con la sangre, para no dañar las células. La salazón y el escarchado conservan los alimentos porque el medio hipertónico deshidrata a los microorganismos. Y la diálisis es la base del riñón artificial: la sangre del paciente se pone en contacto con una membrana dializadora (permeable selectiva por tamaño) que retiene las proteínas y las células, pero deja pasar a un líquido los productos de desecho pequeños, como la urea.

\pi = M \cdot R \cdot T \cdot i

Ecuación de van't Hoff (presión osmótica)

π es la presión osmótica; M la molaridad de solutos; R la constante de los gases (0{,}082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹); T la temperatura absoluta en kelvin; e i el factor de van't Hoff (número de partículas en que se disocia el soluto).

Ejemplo resuelto

Cálculo de la presión osmótica (van't Hoff)

Calcula la presión osmótica, a 37 °C, de una disolución de NaCl de concentración 0,15 mol/L. Datos: R = 0,082 atm·L·mol⁻¹·K⁻¹; el NaCl se disocia totalmente en dos iones (i = 2).

Convertir la temperatura
Pasamos la temperatura a kelvin: T = 37 + 273 = 310 K.
Plantear la ecuación de van't Hoff
La presión osmótica de una disolución diluida es π = M · R · T · i.
Sustituir los valores
π = 0,15 · 0,082 · 310 · 2.
Operar
0,15 · 0,082 = 0,0123; 0,0123 · 310 = 3,813; 3,813 · 2 = 7,626 atm.

Resultado: π ≈ 7,6 atm. (Es próxima a la presión osmótica del plasma sanguíneo, ~7,3 atm, lo que confirma que un suero fisiológico de NaCl ~0,15 mol/L es isotónico con la sangre.)

Errores frecuentes

Confundir difusión con ósmosis: en la difusión se desplaza el soluto siguiendo su gradiente; en la ósmosis se desplaza el agua (disolvente) hacia el medio más concentrado en solutos.
Olvidar el factor de van't Hoff (i): una sal como el NaCl se disocia en dos iones, de modo que ejerce aproximadamente el doble de presión osmótica que un soluto no disociable (como la glucosa) a igual molaridad.

Repaso activo

Se sumergen glóbulos rojos en tres disoluciones de NaCl: una al 0,2 %, otra al 0,9 % y otra al 2 % (la concentración isotónica con la sangre es 0,9 %). Indica, justificándolo, qué le ocurrirá a los glóbulos rojos en cada disolución.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)) · Real Decreto 534/2024 — Prueba de Acceso a la Universidad (PAU) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob

Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos

Agua, sales y bioelementos

Puntos clave

Clasificación y función de bioelementos

Puntos clave

Justificación de una propiedad del agua

Puntos clave

Respuesta del tampón bicarbonato

Puntos clave

Cálculo de la presión osmótica (van't Hoff)

Fuentes

Agua, sales y bioelementos

Puntos clave

Clasificación y función de bioelementos

Puntos clave

Justificación de una propiedad del agua

Puntos clave

Respuesta del tampón bicarbonato

Puntos clave

Cálculo de la presión osmótica (van't Hoff)

Fuentes