El agua: propiedades, clases, ciclo, contaminación y purificación


El agua es un líquido inodoro, incoloro e insípido, ampliamente distribuido en la naturaleza. Representa alrededor del 70% de la superficie de la Tierra. Es componente esencial de los seres vivos. Cada una de sus moléculas está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Se puede encontrar en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de la materia. Se halla en forma líquida en los mares, ríos, lagos y océanos. En forma sólida como nieve o hielo en los casquetes polares, en las cumbres de las montañas y en lugares de la Tierra donde la temperatura es inferior a cero grados Celsius. En forma gaseosa se halla formando parte de la atmósfera terrestre como vapor de agua.

Propiedades Físicas

Punto de ebullición

Es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado líquido a estado gaseoso. Para el agua es de 100 °C, a una atmósfera de presión (presión atmosférica a nivel del mar).

Punto de fusión

Temperatura a la cual una sustancia pasa de estado  sólido a estado líquido. En el caso del agua es de 0 °C.

Densidad

Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. La máxima del agua líquida es 1 g/cm3, alcanzándose este valor a una temperatura de 3,8 °C; la densidad del agua sólida es menor que la del agua líquida a la misma temperatura, 0,917 g/ml.

Tensión superficial

Los líquidos poseen fuerzas de atracción entre sus moléculas (fuerzas de cohesión). Estas fuerzas aumentan, en el líquido, la resistencia a aumentar su superficie. Para vencer esa resistencia, se requiere cierta energía. La tensión superficial es, entonces, la energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área. En el caso del agua, este valor es muy grande. 72.8 N/m2. La superficie se comporta como una película capaz de oponer cierta resistencia al intentar romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua.

Calor específico

Es la cantidad de calor que hay que suministrarle a un gramo de una sustancia, para aumentar su temperatura en un grado centígrado. En el caso del agua es de 1 cal/°C×gr. Este valor es muy grande en comparación con el de otras sustancias. es decir, que el agua puede “absorber” mucho calor antes de variar su temperatura. Esto es fundamental en la regulación del clima y en el efecto invernadero. Sin ellos la vida no sería posible.

Disolvente universal

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por ser una molécula polar.

Aislante

El agua pura no conduce la electricidad (pura significa destilada, libre de sales y minerales).

Capilaridad

Es el movimiento de un líquido dentro de un cuerpo  poroso. Ocurre gracias a las fuerzas de cohesión, definidas arriba, y  fuerzas de adhesión que le permite unirse a otras sustancias. es fundamental en los procesos circulatorios de las plantas.

Propiedades Químicas

Casi la totalidad de los procesos químicos que suceden en la naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en laboratorios y en la industria tienen lugar entre sustancias disueltas en agua. No posee propiedades ácidas ni básicas. Con ciertas sales forma hidratos. Reacciona con los óxidos de metales formando bases. Es catalizador en muchas reacciones químicas. Presenta un equilibrio de ionización, en el cual hay iones H3O+ y OH-.

Propiedades Biológicas

Como una molécula polar estable en la atmósfera, es absorbente de radiación infrarroja, crucial en el efecto invernadero. También tiene un calor específico inusualmente alto, importante en la regulación del clima global. Es disolvente de muchas sustancias, como  sales y azúcares. Facilita y participa en las reacciones químicas propias del metabolismo.

Algunas sustancias, incluyendo las grasas, no se mezclan bien con el agua. Las membranas celulares compuestas de lípidos y proteínas, aprovechan de esta propiedad, para controlar las interacciones entre el contenido químico de las células y el contenido externo.

La existencia y abundancia de esta sustancia en sus formas sólida, líquida y gaseosa; junto a sus características particulares, ha sido sin duda, un factor importante en la evolución de la vida.

Clases de agua

Agua Potable

Agua “bebible” en el sentido que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades. El término se aplica, cuando esta ha sido tratada para el consumo humano, según unos estándares de calidad determinados por las autoridades locales e internacionales. De lo contrario, se dice que es impotable.

Agua Dura

Es la que contiene gran cantidad de minerales. Por ejemplo, carbonatos de calcio y magnesio; sulfatos, sulfuros, óxidos de hierro, etc. Es bien empleada en el uso cotidiano, incluyendo el consumo, aunque no tenga la nitidez del agua potable.

Agua Pesada

Está formada por isotopos de hidrógeno como deuterio y tritio que tienen mayor peso atómico, dando origen a moléculas de peso 19 y 20 gramos por mol, superiores al peso normal (18 gramos por mol). Estas moléculas son frecuentes en los cuerpos de agua que son utilizados para enfriar reactores nucleares. Es decir, son resultado de la contaminación nuclear y como tal, ponen en peligro la vida.

Ciclo del Agua

El agua

Ciclo del agua

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde superficies como el océano. Al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega una sustancia pura

A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la condensación.

Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitación. Si en la atmósfera la temperatura es baja, el agua cae como nieve o granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.

Una parte del agua que llega a la tierra será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía.

Otra parte del agua se filtrará a través del suelo, formando capas de agua subterránea. Este proceso es la percolación.

La transpiración de las plantas también es parte del ciclo. Las raíces de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua.

Contaminación del agua

La contaminación corresponde a la incorporación de materias extrañas, tales  como microorganismos, productos químicos, residuos industriales, aguas residuales, etc. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos.

Aguas residuales

provienen del uso doméstico e industrial. Contienen, principalmente, materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del agua.

Nutrientes vegetales

Pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores desagradables.

Productos químicos

Incluyen los pesticidas, varios productos industriales, detergentes, etc. Estos aumentan peligrosamente la toxicidad, poniendo en peligro la vida.

Petróleo

Especialmente el procedente de los vertidos accidentales.

Minerales inorgánicos

Procedentes de los residuos producidos por la minería y el refinado del petróleo. Es especialmente preocupante la contaminación con mercurio, usado en la extracción de oro.

Sustancias radiactivas

Procedentes de los residuos producidos durante el tratamiento de uranio y  torio, las centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico de materiales radiactivos.

Basura

Afecta de las siguientes formas: vuelve al agua no potable. En muchas ocasiones el agua de un río o un lago se filtra a los mantos freáticos, de dónde es extraída para bebida de personas y animales o bien es transportada desde un cuerpo de agua hasta depósitos de purificación. Si el agua de dichos cuerpos ha sido contaminada mediante sustancias tóxicas como ácidos (sulfúrico, clorhídrico, nítrico), restos de solventes, pinturas, cultivos de bacterias y demás, derivadas de actividades industriales, agrícolas, ganaderos, domésticas o escolares dicha agua ya no es potable.

La basura deteriora el hábitat. Genera podredumbre y proliferación de bacterias, las cuales consumen el oxígeno disponible en el agua. Peces y otros organismos acuáticos mueren al carecer de oxígeno suficiente.

Sedimentos

Están formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin protección, las explotaciones mineras y las carreteras. Otras partículas no forman sedimentos si no que flotan cerca de la superficie enturbiando el agua y obstaculizando la penetración de la luz. En consecuencia, decaen los productores y con ellos, todo el ecosistema.

Contaminación Térmica

Resulta de procesos industriales. Cuando éstas llegan a canales, ríos, lagos o mares causan varios efectos químicos, físicos y biológicos. El aumento notable de la temperatura afecta, los ciclos reproductivos, la digestión y la respiración de los organismos acuáticos.

Purificación del Agua

Sedimentación

Consiste en dejar el agua de un contenedor en reposo, para que los sólidos que posee se separen y se dirijan al fondo. La mayor parte de las técnicas de sedimentación se fundamentan en la acción de la gravedad. El reposo natural prolongado también ayuda a mejorar la calidad del líquido, pues provee oportunidad de la acción directa del aire y los rayos solares, lo cual mejora el sabor y elimina algunas sustancias nocivas La sedimentación secundaria ocurre cuando se aplica un coagulante para producir el asiento rápido de la materia sólida.

Cloración

Es el procedimiento para desinfectar el agua utilizando el cloro o alguno de sus derivados, como el hipoclorito de sodio o de calcio. En las plantas de tratamiento de agua de gran capacidad, el cloro se aplica después de la filtración. Para obtener una desinfección adecuada, el cloro deberá estar en contacto con el agua por lo menos durante veinte minutos. Transcurrido ese tiempo, podrá considerarse el agua como sanitariamente segura. Para desinfectar el agua para consumo humano generalmente se utiliza hipoclorito de sodio al 5.1%. Se agrega una gota por cada litro a desinfectar. El pionero de esta técnica fue John L. Leal

Filtración

Es el proceso de separar un sólido del líquido en el que está suspendido, al hacerlos pasar a través de un medio poroso (filtro) que retiene al sólido y por el cual el líquido pasa fácilmente. Se emplea para obtener una mayor clarificación. Generalmente se aplica después de la sedimentación, para eliminar las sustancias que no salieron del agua durante su decantación.

Desinfección

Se refiere a la destrucción de los microorganismos patógenos, ya que su desarrollo es perjudicial para la salud. Se puede realizar por medio de ebullición que consiste en hervir el agua durante 1 minuto y para mejorar el sabor se pasa de un envase a otro varias veces, proceso conocido como aireación, después se deja reposar por varias horas y se le agrega una pizca de sal por cada litro de agua. Cuando no se puede hervir el agua se puede hacer por medio de un tratamiento químico. Comúnmente con cloro o yodo.

Ozonización

Es el desinfectante más potente que se conoce. El único que responde realmente ante los casos difíciles como la presencia de amebas. No comunica ni sabor ni olor al agua; la inversión inicial de una instalación para tratamiento por ozono es superior a la de cloración, pero posee la ventaja que no deja ningún residuo.

Radiación Ultravioleta

Cuando la energía ultravioleta es absorbida por virus y bacterias, el material genético (ADN/ARN) es modificado, de manera que no puede reproducirse. Los microorganismos se consideran muertos y el riesgo de contraer una enfermedad, es eliminado. Los rayos ultravioleta se encuentran en la luz del sol y emiten una energía fuerte electromagnética. Están en la escala de ondas cortas, invisibles, con una longitud de onda de 100 a 400 nm.

Taller de lectura

  1. ¿Cómo está formada la molécula de agua?
  2. ¿En qué estados se encuentra el agua?
  3. Defina cada una de las propiedades físicas.
  4. Escriba las propiedades químicas.
  5. Haga un resumen de las propiedades biológicas.
  6. Defina las tres clases.
  7. Escriba la definición de todos los pasos del ciclo.
  8. Haga un resumen de todos los tipos de contaminación.
  9. Defina todas las clases de purificación.