AGUA (estructura química-ciclo del agua)

EL AGUA

CONCEPTO: 

Es un líquido inodoro, incoloro e insípido compuesto por hidrógeno y oxígeno combinados (H2O). Este refracta la luz, disuelve numerosas sustancias, se solidifica por acción del frío y se evapora por acción del calor. Abunda en la naturaleza y forma las lluvias, ríos , fuentes, lagos, mares y océanos. Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta. Constituye un recurso unitario que se renueva a través del ciclo hidrológico, conservándose una cuantía casi constante dentro de cada una de las cuencas hidrográficas. Sus temperaturas de vaporación y solidificación están en un punto en el que le permiten estar en los tres estados. Es el componente mayoritario de los seres vivos, el portador de nutrientes de la naturaleza. Es el medio universal y único en el que se realizan las reacciones organobiológicas. Muchos compuestos se transforman en coloides. El agua es un bien y un recurso natural escaso. Es un medio irremplazable. Este líquido indispensable para la inmensa mayoría de las actividades económicas. Es un medio que no se puede aumentar por la voluntad humana. Es indispensable tanto para la vida interna como externa y también para el desarrollo de los seres vivos. Es un medio fácilmente vulnerable, susceptible de usos sucesivos . Es irregular en su forma de presentación en el tiempo y en el espacio. Su densidad máxima es de 1g/ cm3 a 4°C

El recurso hídrico en el Planeta: el agua, que cubre un 70 % de la superficie total del planeta Tierra, se encuentra distribuida de la siguiente forma:

• Océanos y mares. 97,20 %
• Hielos y glaciares. 2,15 %
• Aguas subterráneas 0,62 %
• Lagos y ríos 0,017 %
• Atmósfera 0,001 %
• Seres vivos 0,0001%

El agua de la Tierra - que constituye la hidrósfera - se distribuye en tres reservorios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera, entre los cuales existe una circulación continua - el ciclo del agua o ciclo hidrológico.

CARACTERISTICAS:

• Estado Físico: sólido (hielo, nieve, granizo, etc.), líquido y gaseoso (aire, vapor de agua)
• Fórmula: H2O
• Peso Molecular: 18 u.m.a s .
• Punto de Congelación: 0°C

• Punto de Ebullición: 100°C
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ESTADO NATURAL: Abunda en el medio, refracta la luz. Se presenta como compuesto estable formado por gran desprendimiento de calor. Mas o menos pura forma lluvias, ríos, mares lagos, etc. Es el disolvente más empleado por la naturaleza. En este estado no tiene mucha conductividad eléctrica.

ESTRUCTURA MOLECULAR: Una molécula de agua contiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno

CICLO DEL AGUA:

El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la fuerza de la gravedad y por la energía radiante del sol. Es la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporacióndirecta, a la transpiración por las plantas y animales cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración. y por sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua). El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se produce la condensación formando nieblas y nubes y, después a la precipitación, que puede ocurrir en la fase sólida (nieve o granizo) o la fase líquida (lluvia). El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficie del terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar las líneas de agua. El agua restante se infiltra, esto es penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas.

PROPIEDADES FÍSICAS:

• Dureza del agua, dH  : La dureza del agua es debida a sales de calcio y magnesio. Estas sales  de sulfatos, nitratos y clorados  son altamente solubles en agua y son sin embargo componentes relativamente estables de la dureza.

• La Cantidad en las que están presentes es llamada dureza permanente, estas son parte de la dureza general o GH, podemos decir por ejemplo Cloruro de Calcio, Sulfato de Calcio, Nitrato de Calcio, Cloruro de Magnesio, Sulfato de Magnesio y Nitrato de Magnesio, entre otros. El resto de las partes del GH son sales que tiene baja solubilidad en el agua y por ello son partes inestables en la dureza general. La dureza producida por estos componentes inestables es la dureza temporaria. El término dureza de carbonatos o KH  esta formada por carbonatos de magnesio y calcio. El equilibrio entre el CO2 y el H2O da lugar al ion carbonato y es el responsable de combinarse con los elementos disueltos para dar las sales que son las responsables de endurecer el agua, estas son las que medimos para saber la dureza del agua. Este factor carece de un estándar para su medición, se habla de dureza total, dureza de los carbonatos en grados alemanes, grados ingleses, grados franceses, éste no es un factor aislado, sino que su valor se ve influenciado por el de los demás (pH, temperatura, conductividad..). , a continuación damos las equivalencias: 1º dH alemán = 1,25º ingleses = 1,78º franceses = 1,78º americanos

A continuación damos una clasificación de las aguas en función de estos grados alemanes

• 0   ---  4   dH  muy blanda
• 5   ---  8   dH  blanda
• 9   --- 12  dH  semidura
• 13 --- 18  dH  bastante dura
• 19 --- 30  dH  muy dura
• más   30   dH extremadamente dura

• Presión osmótica : El fenómeno de la ósmosis depende de la existencia de membranas semipermeables. Estas membranas, naturales o artificiales, tienen la propiedad de dejar pasar a su través ciertos tipos de moléculas, pero no otros. Al establecer el equilibrio, el potencial químico de una sustancia (este es función del número y cantidad de sales presentes en la disolución) cuyo paso es permitido por la membrana es el mismo a ambos lados de la misma. Supongamos que a un lado de la membrana tenemos la sustancia pura o disolvente y al otro lado existe una solución de un soluto en el mismo disolvente. Si la temperatura y la presión son iguales a ambos lados, el disolvente fluirá desde el recinto en que está puro hacia la disolución donde está el soluto y, por tanto, tiene menor potencial químico. 

• Turbidez : Podríamos definirlo como la claridad que tienen las aguas, es debido a las sustancias disueltas en ella y a las partículas en suspensión. Tratemos que nuestra agua esté lo más clara y menos turbia posible

• Temperatura : Es un factor vital para la supervivencia de los peces, gran cantidad de peces tropicales necesitan una temperatura de unos (24-26) ºC, se necesitaría un termómetro para controlar los cambios bruscos de temperatura. En realidad el valor de la temperatura es un valor más importante de lo que parece, ya que de él van a depender los valores de los demás factores que controlan las condiciones del agua.

• pH : El pH suele tomar valores entre 0 y 14, un pH de 7 es neutro y no es ni básico ni ácido, hay sustancias que disminuyen este pH a valores inferiores a 7 y se les denomina ácidos, hay otras s que aumentan el pH a valores mayores de 7) y se les denomina bases. El agua tiene un pH neutro (7)
• Conductividad eléctrica : Es una medida que nos indica la menor o mayor facilidad que tiene un sistema en dejar pasar la corriente eléctrica. Esto hecho se mide en siemens. Para que el agua tenga mayor conductividad ha de estar ionizada o con iones (disolviendo en ella ácidos, sales o hidróxidos )

  PROPIEDADES QUIMICAS:

• Potencial redox : El potencial redox es una medida (expresada en voltios) que nos indica cuantitativamente la facilidad que tienen una sustancia para oxidar o reducir a otras , así que nos indica las transformaciones de los desechos en nutrientes (nitratos y nitritos) por parte de la fauna bacteriana y de las plantas .
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• Reactividad: Con reacciones de disociación (con halógenos que fijan los hidrógenos y liberan oxígeno y con fósforo, carbono y otros, que fijan oxígeno y liberan hidrógeno) y adición (que produce hidratos).
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CLASES DE AGUA:

• Agua Potable : Aquellas aguas que reúnen las características contempladas en el art. 3 del R.T.S. (Reglamento técnico sanitario). La calidad del agua potable varía de un lugar a otro dependiendo de la condición de la fuente de agua de donde se obtiene y el tratamiento que la misma recibe. Para que el agua sea potable, es decir para que podamos consumirla, debe ser: limpia, pulcra, inodora, insípida, sin partículas que la hagan turbia; además debe tener minerales, tales como sodio, yodo, cloro, en las cantidades adecuadas. Para consumir el agua debemos potabilizarla: sacarles las impurezas por medio de filtros sucesivos, luego deben eliminarse los microorganismos que pudieran existir con cloro y otros agentes purificadores, y se le somete a rigurosos análisis antes de liberarla al consumo.
• Aguas Naturales: Es el agua no pura, con disolución de gases, sales, suspenciones, diversos polvos, microbios, bromo, sodio, potasio, yodo, cloro, carbonatos, fosfatos, sulfatos, etc.
• Aguas Duras o Crudas: Es la que no forma inmediatamente espuma con el jabón, por la presencia de compuestos de calcio, magnesio o hierro disueltos o en suspensión en el agua. Esta al ser bebida te dificulta la digestión.
• Aguas Blandas: La que al contacto con el jabón forma espuma rápidamente.
• Aguas Minerales: Es un compuesto químico especial que contiene una solución de sustancias minerales, usada en fines terapéuticos.
• Agua Pesada: Es la que tiene sustituido el hidrógeno por el deuterio ó el tritio (que son isótopos del hidrógeno). Tiene una densidad de 1,1. Se emplea en pilas atómicas y en reactores nucleares como moderador de neutrones. Su fórmula química es D2O. Este líquido se congela a los 3,8°C, hierve a los 101,42 . Se obtiene por electrólisis del agua ordinaria alcanizada, usando electrodos de platino o níquel ; se requieren grandes cantidades de agua y muchos Kw de electricidad para obtener unos pocos centímetros cúbicos de agua pesada. Dificulta el crecimiento de plantas , gusanos, peces y la germinación de las semillas
• Agua no Potable : Aquellas aguas cuyas condiciones físico-químicas ó caracteres microbiológicos ó de radiactividad, toxicidad impiden la inclusión en alguna de las aguas anteriores y estrictamente queda prohibida su distribución y su consumo. Existen unos niveles de parámetros representativos de carácter de calidad.
• Aguas Sanitariamente Permisibles : Será aquella en la que alguno de sus caracteres físico-químicos sobrepasan los límites establecidos legalmente, salvo en los referente a productos tóxicos, radiactivos y contaminación fecal que no podrán sobrepasar en ningún caso los límites establecidos.
• Agua Magnética: Es agua común sometida a un campo magnético intenso adquiriendo nuevas propiedades que se conservan durante horas: mejora los procesos de extracción de metales por flotación, disminuye los depósitos en las calderas de vapor y también los electrodomésticos aumenta la velocidad de las reacciones químicas, acelera el fraguado del cemento.
• Poliagua: (agua anómala) agua que está formada por una solución en agua de alguna o algunas sustancias volátiles que si se elimina transformando este agua en hielo, el componente que se queda es lo que llaman POLIAGUA. En ambos casos los componentes que encontramos son: contaminantes orgánicos o inorgánicos, sustancias resultantes del ataque de la sílice.
• Aguas Sacadas: representan 97% del agua disponible y contiene grandes cantidades de sales disueltas lo que les hace impropias para uso humano.
• Agua que forma parte de los Compuestos Orgánicos: El agua que unida directamente a las zonas activas de los principios inmediatos. El agua que se encuentra en la superficie de las membranas celulares. El agua componente mayoritario de la solución compleja del medio.

• Agua Endógena: La que se produce en reacciones del interior de los organismos celulares y en plantas.

• Aguas Dulces: son fácilmente captadas, tiene una disponibilidad inmediata, que representan el 0´027% del volumen total y la mayor parte se encuentra en forma de hielo y su distribución es muy irregular

IMPORTANCIA DEL AGUA PARA LOS SERES VIVOS:

Debido a su gran poder disolvente y a su capacidad de mantener rangos de temperatura adecuada, el agua proporciona un medio para el transporte y transformación de sustancias al interior de los seres vivos. Sin el agua ningún proceso vital de intercambio con el medio, como el de la respiración y la digestión, podría realizarse. Sin el agua, las sustancias indispensables para la vida no podrían unirse. Ella permite la síntesis de compuestos complejos necesarios para la formación de tejidos. Destacables son los hechos de que el cuerpo humano está constituido por el 65% de agua y los fluidos vitales como la savia, la sangre y la leche se componen principalmente de ella.

El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

Esta sustancia es primordial para los seres vivos en relación a su masa y volumen. Un 60 o 70 % del peso del hombre esta conformado por agua . Su calidad condiciona la calidad de los alimentos. Es el medio para la realización de procesos geoquímicos. Además ejerce una gran influencia en el desarrollo de la agricultura, de la industria y de las fuentes de energía. Es el único compuesto inorgánico esencial para el mantenimiento de la vida orgánica; debido a su abundancia, a su naturaleza físico-química y a su distribución, es la especie química más conocida de todas.

LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS:

Se produce al incorporar a ese medio elementos extraños, tales como microorganismos, petróleos, sustancias radiactivas, minerales inorgánicos, residuos industriales, productos químicos o aguas residuales, entre otros, que deterioran su calidad. La salud humana puede quedar seriamente afectada por efecto de la contaminación de las aguas. Existen ciertos elementos químicos muy peligrosos para los seres vivos por ingestión, como el arsénico, mercurio o plomo, que pueden llegar a la cadena alimentaria al ser absorbido por los vegetales por medio de los acuíferos subterráneos o las aguas de riego.

• Origen de la contaminación.

• Contaminación natural: Es la que existe siempre, originada por restos vegetales y animales y por minerales y sustancias que se disuelven cuando los cuerpos de agua atraviesan diferentes terrenos.
• Contaminación artificial: Va apareciendo a medida que el hombre comienza a interactuar con el medio ambiente y surge con la inadecuada aglomeración de las poblaciones, y con el aumento descontrolado, de industrias, desarrollo y progreso. Es terrible.
  

  
• Contaminación orgánica En los cuerpos de agua: provenientes de efluentes industriales (compuestos organoclorados y organofosforados de pesticidas, fenoles, etc.), y cloacales (contaminación bacteriana) que a veces son volcados en ríos, lagos y mares con insuficiente o ningún tratamiento. O aguas subterráneas destinadas a consumo humano son contaminadas con organismos patógenos por infiltraciones de los pozos absorbentes de las casas en zonas sin red cloacal. También es importante la contaminación que proviene de derrames de petróleo y todos sus derivados, ya sea de la actividad petrolífera o por mal manejo de aceites usados y otros combustibles en las estaciones de servicio.
• Contaminación inorgánica. Se debe a concentraciones peligrosas de sustancias inorgánicas, fundamentalmente los metales pesados; como plomo que es sumamente tóxico, o mercurio más tóxico aún, o el cobre, cadmio, cromo, zinc, etc. Están presentes en líquidos que salen de las industrias, o en los compuestos químicos pesticidas.
• Física: Donde materiales inactivos como latas, vidrio, plásticos, entorpecen acciones biológicas
• Térmica: Producida por vertido de líquidos calientes que origina un gran aumento de temperatura, disminuyendo por lo tanto el oxígeno disuelto, lo que acarrea graves consecuencias en la vida acuática. Se presenta cuando es vertido a los ríos u otros cauces, el agua de refrigeración de las fábricas y centrales energéticas, elevando la temperatura de las aguas y afectando a la vida que se desarrolla en ella. Finalmente, una de las sustancias mas contaminantes por su largo periodo de actividad, es la de origen radiactivo. Estas sustancias suelen proceder de los residuos que producen la minería y refinado de uranio y torio, centrales nucleares y actividades científicas y médicas.
• Radiactiva: Cuando son introducidos elementos que emiten radiaciones peligrosas.
• Eutrofización: Enriquecimiento artificial del agua mediante nutrientes y fertilizantes químicos. Las plantas con raíces crecen en demasía , a la vez que se agota el oxígeno en las aguas más profundas
• Lluvia ácida: Incrementa la acidez de ríos, lagos y aguas subterráneas, llevándolos a veces a niveles tales que impiden cualquier forma de vida. Provienen del arrastre que producen las lluvias de óxidos de azufre y nitrógeno atmosféricos productos de la combustión de petróleo, carbón y sus derivados. Por suerte en nuestro país no existe esta problemática.

• Consecuencias de la contaminación

Son muy diversos y dependen del elemento contaminante. Pero entre los más visibles podemos nombrar:

• disminución y/o desaparición de la vida acuática;
• ruptura del equilibrio ecológico (al desaparecer especies que servían de alimento a otras);
• deterioro de la calidad de un curso de agua con fines recreativos (natación, buceo, windsurf, pesca, navegación, etc.);
• incremento de enfermedades hídricas (como: cólera, parasitosis, diarreas, hepatitis, fiebre tifoidea) o aparición de nuevas;
• costos elevados para potabilizar el agua.

• Alternativas de Solución

Estamos frente al problema de revertir lo que por años se descuidó: el medio que nos rodea

Para cada industria debe proyectarse un sistema de tratamiento particular, ya que será diferente para, por ejemplo, un lavadero de lana, una industria textil, un matadero, una curtiembre, una pesquera, una tintorería, una procesadora de algas, etc. Los sistemas de tratamiento comprenden:

Procesos físicos, como sedimentación, filtración, desbaste, etc.;

Procesos químicos, que involucran el agregado de productos químicos en el líquido residual;

Procesos biológicos, que pueden ser aeróbicos o anaeróbicos, dependiendo del tipo de microorganismos (que necesitan aire o no para vivir) que intervengan.

Existen tres fases de tratamiento de las aguas residuales urbanas: en una primera fase se eliminan las arenillas, se procede a un filtrado, floculación (incorporación de los sólidos) y sedimentación. En una segunda fase, mediante lodo biológicamente activo, se realiza una oxidación de la materia orgánica disuelta, realizándose un filtrado a continuación. En la última fase se recurre a procesos físicos, químicos y biológicos, tales como filtración granular, absorción mediante carbono activado, y eliminación del nitrógeno.

Los vertidos industriales pueden causar un impacto más o menos importante dependiendo de sus características, como el contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas y las necesidades bioquímicas de oxígeno. Existe más de una opción para el control de estos residuos: 1) tratamiento dentro de la propia planta de producción; 2) tratamiento completo dentro la planta y posterior descarga en el sistema de depuración urbana; 3) depuración completa en la propia planta, y sin más intervención reutilización posterior o vertido en cualquier corriente o masa de agua.

• Disponibilidad y usos del Agua en el Futuro

- El 90% del agua de la tierra se encuentra combinada en la litosfera por ello no es alcanzable para los seres vivos.

- El 10% que representa 1.389x106 Km3 de los cuales el 97´6% se encuentra formando parte de los océanos y el resto 2´9% serían de aguas dulces, subterráneas y superficiales.

De este agua se va a evaporar unos 500.000 Km3 al año y de los cuales corresponden a los océanos la mayor parte, en precipitación 390.000 Km3/año caen sobre los océanos y el resto 110.000 Km3/año cae sobre los continentes

SIMULADORES INTERACTIVOS:

Simulador de pH en agua y varios liquidos. Muy divertid

Como reacciona el agua bajo presión en distintas atmosferas


SITIOS RECOMENDADOS:
http://www.aula21.net/nutricion/agua.htm

http://www.explora.cl/descubre/articulos-de-ciencia/naturaleza-articulos/agua-articulos/1690-descubre-articulos-de-ciencia-naturaleza-agua

http://www.ciclohidrologico.c





ACTIVIDAD 1.
¡CREA TÚ MISMO UN CICLO DE AGUA ¡

Para ello vas a formar equipos de trabajo de 4 personas.

¿QUÉ MATERIALES NOS HARÁN FALTA?
1. Un frasco con tapa
2. Plantas
3. Un recipiente con agua
4. Tierra

5. Arena
6. Piedritas
¿CÓMO LO HAREMOS?
1. Ponemos en el interior del frasco una
capa de piedritas.
2. Sobre ella, ponemos una capa de
arena y, finalmente, una capa de
tierra.
3. Enterramos cuidadosamente las
plantas en un lado del frasco.
4. En el otro, ponemos el recipiente con
agua.
5. Cerramos el frasco.

RESPONDE:
1. ¿Que crees que ocurrirá?
2. Anota todo lo que observes.
3. ¿Por qué el frasco se empaña?
4. Poner en común nuestros resultados con los obtenidos por los
otros grupos de la clase.

ACTIVIDAD 2

¿QUÉ PASARÍA SI NO HUBIESE EL CICLO DEL AGUA?

Vas a realizar un trabajo en grupos de 4 en el que deberás:

1. Explicar con tus palabras el Ciclo del agua.

2. Incluir en el trabajo un dibujo de un paisaje con los siguientes

elementos: el mar, una montaña, un campo, el cielo (con sol y

nubes) y unas plantas.

Debes dibujar en este escenario el Ciclo del Agua. Ayúdate

dibujando flechas para explicar las fases del agua. En cada una de

las fases del Ciclo del Agua tendrás que escribir a qué fase

corresponde, ejemplo: evaporación, condensación etc.

3. Indicar al menos 3 cosas qué ocurrirían si no existiese el ciclo del

agua, explicándolas.

4. Explicar el siguiente fenómeno que has observado muchas

veces:

Un día de verano cálido y húmedo, estamos tomando el Sol y

tenemos un vaso en el que añadimos un liquido que esta muy frío.

Al momento vemos que aparecen muchas gotas de agua en el vaso.

1. ¿De dónde salen estas gotas?

2. ¿Por qué no ocurre lo mismo en un día

cálido pero muy seco?

Seguidamente cada grupo presentará al resto de la clase su

explicación sobre este fenómeno natural y a continuación debes llegar

a elaborar una explicación común entre toda la clase.