miércoles, 29 de febrero de 2012

Agua ¿de dónde, para qué y de quién?



El agua es la sustancia más importante de todas, y realiza un papel indispensable para la vida. Esta se clasifica  en agua salada (océanos), y en agua dulce (ríos, lagos, mantos acuíferos, etc.)
           
El agua dulce proviene del “ciclo hidrológico”, en el que primero esta se evapora de los océanos debido a la radiación solar, acumulándose en la atmósfera, donde se desplaza globalmente, se condensa y vuelve a la tierra  y al mar en forma de nieve o lluvia. El proceso puede volver a repetirse cíclicamente, o, en algunas ocasiones el agua pasa a formar parte de lagos y ríos, o servir para el ciclo de vida de algunos animales. Al caer la lluvia el agua se desplaza por el suelo, donde adquiere varias sales y minerales. Esto se debe a la facultad del agua como disolvente universal, por lo que logra disolver cada una de estas sustancias, como el magnesio, el fierro y el calcio.





            Ciclo hidrológico

Distribución del agua en la tierra



El agua abarca las dos terceras partes de la superficie terrestre, osea aprox. 71%. La mayor parte se encuentra en los océanos (97%),los glaciares y polos (1.74%), los depósitos subterráneos (1.72%), y los lagos, la atmósfera, ríos y seres vivos (0.04%).  En los mares, ríos y lagunas habitan el 80% de los organismos que pueblan el planeta.

El consumo de agua dulce se puede ver claramente en esta tabla:

70%........Agricultura
20%........Industria (refrigeración, transporte, disolvente, etc.)
10%........Doméstico

Aunque el ciclo hidrológico mantiene un nivel de agua constante, no podemos confiar en que el agua dulce será suficiente para nuestras necesidades, ya que cada vez requerimos más agua y cada vez esta se encuentra más contaminada.




Porcentaje de agua en la tierra

Calidad del agua y sus fuentes de contaminación



La calidad del agua se mide en función de la cantidad de partículas contaminantes que contiene, se juzga y se clasifica con esto, para distintos tipos de uso: consumo humano (agua potable), irrigación (riego), lavado, uso industrial, etc.

El agua contiene impurezas naturalmente, y no las podemos eliminar, pero en ocasiones adquiere más impurezas por el mal uso de las actividades del hombre.

La contaminación del agua puede ser: calorífica (el calor provoca que se disuelva menos oxígeno), con iones de metales tóxicos, con moléculas orgánicas, ácidos, álcalis, y la actividad humana principalmente. Otras formas de contaminación son:

El exceso de de plantas acuáticas, que consumen el oxígeno del agua. Las sustancias biodegradables, que en ocasiones pueden oxidar en demasía. El petróleo, plaguicidas, fertilizantes, organismos patógenos, fango, detergentes, pesticidas, materiales radiactivos y la propia agua residual.

La contaminación del agua produce la extinción de especies, tanto animales como vegetales, por lo que la debemos evitar. He aquí algunas recomendaciones para evitar la contaminación de esta:
  • ·        Asear las cisternas
  • ·        No mezclar desechos químicos con agua
  • ·        Utilizar jabones biodegradables
  • ·        Mantener las tuberías y llaves en buen estado
  • ·        No arrojar basura en el drenaje


Aunque existe un proyecto de reciclado y separado para vidrio, papel, metales y plásticos, no existe un trato especial para las sustancias químicas, que deberían separarse.




Importancia del agua para la humanidad



La mayoría de las funciones que lleva a cabo nuestro cuerpo requieren agua para realizarse: respiración celular, asimilación, metabolismo, remoción eliminación de desechos, regulación de la temperatura corporal, disolver y transportar las sustancias nutritivas, equilibrio de presión y acidez, etc.

El agua es tan importante que sin ella no viviríamos. La gente que vive en países desarrollados consume aprox. 14 veces más agua diariamente que la que vive en países subdesarrollados. Los requisitos humanos básicos de agua son de 50 litros por persona al día; actualmente un ciudadano de un país desarrollado consume de 526 a 633 litros darios.

La buena gestión del agua en las ciudades incluye el control de contaminación y tratamiento de aguas residuales, así como la gestión del caudal pluviométrico, la prevención de inundaciones y uso sostenible de recursos hídricos.

Purificación del agua


PURIFICACIÓN DEL AGUA

El agua para consumo humano debe ser potable, es decir, no contaminada. Para obtenerla, existen varios métodos de purificación que son sencillos:

  • ebullición
  • ozonización ( pasarla a través de ozono, O3)
  • Filtración

Ebullición.-  Al hervir el agua durante 10 o 15 minutos se elimina la mayoría de los microorganismos perjudiciales para el ser humano.

Ozonización.- Se basa en el hecho de que el ozono tiene una actividad química potente y mata las bacterias y microorganismos que se encuentran en el agua.


Filtración.- Debe usarse un filtro doméstico cuyos poros sean tan finos o pequeños que no permitan el paso de las bacterias, como el filtro de Pasteur, elaborado con porcelana sin esmaltar.


Tratamiento de aguas y su clasificación

El tratamiento de las aguas municipales suele constar de varias etapas: filtración gruesa, sedimentación, filtración por arena, aeración y esterilización.




En el siguiente link sugerimos un video para que realicen un filtro casero. http://youtu.be/t1Wn83zfW38




El por qué de las maravillas del agua



Los filósofos griegos fueron los primeros en proponer lo que hoy se conoce como “teoría química”.

Tales de Mileto decidió que el agua era el elemento base de todas las sustancias, ya que se encuentra en mayor cantidad.

Estructura y propiedades de los líquidos. Modelo cinético molecular de los líquidos

De acuerdo al modelo cinético molecular, las moléculas están en continuo movimiento y entre ellas existe fuerza de cohesión.



Propiedades del agua

Es la única sustancia que presenta los tres estados físicos.  El agua pura es liquida, incolora inodora e insípida, hierve a 100 ºC a nivel del mar y se congela a una temperatura de 0ºC

Puntos de fusión y ebullición
Los puntos de congelamiento y ebullición son la base para medir la temperatura del agua, se utiliza la escala Celsius

Densidad
El agua es más densa en su estado sólido que en su estado líquido es por ello que el hielo flota.
La mayor densidad del agua alcanza a 4ºC.

Capacidad calorífica
El agua tiene un alto índice de calor especifico. Calores latentes, de fusión y de evaporación.
Se necesita una caloría para elevar 1 g de agua en 1 ºC. A esto se le llama calor especifico.


Tensión superficial
El agua tiene una tensión superficial muy alta, es decir, que es pegajosa y elástica, por ello tiende a unirse en gotas en lugar de separarse en una capa delgada y fina.
Esta es la responsable de la acción de la capilaridad, que hace que el agua pueda disolver sustancias.

Poder disolvente
El agua es el mayor disolvente que hay en la naturaleza. Todas las disoluciones que incluyen al agua como disolvente se llaman acuosas. Se considera que una sustancia se disuelve en agua por la interacción entre partículas del soluto y las moléculas polares del agua.




 Abajo podrán encontrar el link de un pequeño documental de habla de las propiedades físicas, químicas y biológicas del agua.

 http://youtu.be/U6OwBwcL9A8



Composición del agua


Composición del agua: electrolisis y síntesis
Es posible descomponer el agua por electrolisis o ala inversa es decir, ser sintetizada.  En cualquier disolución acuosa, se convierte en un conductor, y se conoce como electrolito.  Al disolver el agua se forman iones.  En la disolución iónica, los iones positivos serán atraídos hacia el cátodo.



Síntesis del agua
De acuerdo a la ley de Avogadro, la reacción de síntesis del agua necesitaría que dos átomos de hidrogeno reaccionaran con un átomo de oxígeno para obtener 2 moléculas de agua.

Las moléculas de oxigeno tienen que estar formadas al menos por dos átomos, para que uno entre a formar parte de cada molécula de agua 

Estructura molecular del agua: Enlaces covalentes. Moléculas polares y no polares. Puente de hidrógeno


El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, formado por un ángulo de 105 ° entre ellos. Los enlaces covalentes implican compartir electrones entre el hidrógeno y el oxígeno. El oxígeno atrae los electrones con mayor fuerza que el hidrógeno; por lo que se forma una molécula polar, en donde el oxígeno tiene una carga parcial negativa y el hidrógeno, una carga parcial positiva.
El oxígeno del agua se apropia de los electrones compartidos con uno de los hidrógenos para formar una molécula polar.






El agua es angular   porque sus                                         el oxigeno tiene carga parcial
                                                                                                     negativa
 Átomos forman 105°                                                             Y el hidrógeno igual




Puentes de hidrógeno
  En este enlace, un átomo de hidrógeno esta enlazado a un átomo pequeño y muy electronegativo, este átomo electronegativo, atrae el hidrógeno parcialmente positivo de otra molécula formando un puente que une a las moléculas.
Las sustancias con este tipo de enlaces tienen puntos de fusión y ebullición elevados, en el caso del agua, que es un compuesto liquido a temperatura ambiente, cuando por su formula debería de ser un gas, al solidificarse y formar hielo, presenta una estructura parecida a la de un panal de abejas en la que cada átomo de oxígeno está rodeado por otros cuatro, y entre dos oxígenos, está el hidrógeno.







           Estructura del hielo.



















Características de las moléculas de importancia biológica que presentan un puente de hidrógeno
Existen dos tipos de macromoléculas: naturales y sintéticas, en las naturales se encuentran los carbohidratos, lípidos y proteínas, en estas existen puentes de hidrógeno, gracias a los puentes de hidrógeno el agua se comporta como un líquido, por ejemplo las proteínas son polímeros de moléculas más pequeñas (aminoácidos), en el ADN, los nucleótidos se juntan entre sí por uniones para formar ácidos nucléicos, los monosacáridos se asocian entre si para formar los ácidos nucléicos.





          Moléculas de los lípidos






Influencia del agua en la regulación del clima


Los océanos tienen un papel vital en el clima, por la capacidad calorífica en las grandes cantidades de agua. Los océanos, tienen una gran capacidad para absorber CO2, los océanos ayudan a moderar la temperatura del aire en la tropósfera, quitando el exceso de CO2 que enviamos a la atmósfera, pero si los océanos se calientan más, una parte del CO2 disuelto, burbujeará a la tropósfera, aumentando el calentamiento global.




Soluciones. Concentración en porciento y molar


 Disoluciones acuosas
Como las disoluciones siempre están compuestas al menos de dos sustancias, necesitamos saber su papel. El soluto es la sustancia que está siendo disuelta, mientras que el disolvente es la sustancia que está haciendo la disolución, todas las disoluciones que incluyen el agua se les llama acuosas, estas son mezclas homogéneas, por eso se disuleven más facilemente que otras,  puede existir una pequeña cantidad de soluto en una determinada cantidad de solvente y tener una solución diluida, si se le aumenta el soluto, será concentrada, y al seguir aumentando el soluto será sobresaturada. Un ejemplo de estas soluciones es el suero, que en realidad es una solución acuosa.




   






Concentraciones de disoluciones por porcentaje
Existen dos métodos para definir las concentraciones de las disoluciones: por masa y por volumen
Por masa:         porcentaje en masa= masa del soluto/masa de la disolución(100) del soluto
Por volumen:        volumen del soluto= volumen del soluto/volumen de la disolución(100)


Electrólitos


Te has preguntado ¿qué son los electrólitos, como se forman y qué importancia tienen?

Comenzamos definiendo que es un electrolito.

Electrólitos o soluciones iónicas---> Es una sustancia que contiene iones libres, es un medio de conductor eléctrico.
Esto se da porque, por lo general constan de iones en solución, es decir que se disuelven en agua.

Se disocian los componentes individuales, debido a la solvatación (interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto)

Se puede clasificar 2 tipos de electrólitos: 







                                            Fuertes    débiles
Los fuertes son aquellos en los que se disocian mas componentes individuales, la débil es en la que la mayoría del soluto no se disocia.


La importancia que tienen en el ser humano se debe a que el tejido muscular y las neuronas son tejidos eléctricos del cuerpo. Debido a esto regulan la hidratación del cuerpo, el pH de la sangre, por la actividad de electrólitos entre los diferentes fluidos son activados los músculos y las neuronas.

Se pueden suministrar electrolitos de forma oral (bebidas deportivas)para mantener cierto balance, si hay niveles excesivos el riñón se encarga de desecharlos.

Electroquímica


Electroquímicaà Al colocarse un electrodo en un electrolito, el electrolito conduce electricidad. Una reacción química ocurre en el cátodo en el que simultáneamente se piereden electrones y se producen.



Electrólito seco                                               No electrolito

Son geles con una estructura                       Al disolverse en agua se separan en sus moléculas       
Molecular cristalina flexible                         No tienen carga, por lo que no
                                                                          Son conductores electricidad

Ácidos, bases y pH


Ácido--->Sustancia que reacciona con los metales activos, con desprendimiento de hidrógeno y neutraliza las bases.

Base--->Sustancia que neutraliza los ácidos

                               Ácido+Base--------> Sal+ Agua
A lo largo de la historia se han planteado varias teorías ácido-base
De Arrhenius (1884): Define a un ácido como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones de hidrógeno.
Y a una base, como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones de oxhidrilo.
 De Brönsted-Lowry (1923): Define a ácido como sustancia donadora de protones .
Y  a  una base como sustancia aceptora de protones.
De Lewis (1923): Define un ácido como sustancia que contiene un átomo capaz de aceptar un par de electrones
Y a una base como sustancia que contiene un átomo capaz de ceder un par de electrones.

De acuerdo a la siguiente escala, vemos el comportamiento de las sustancias ácidas y básicas de acuerdo con el pH-





Ácido fuerte: pH de 0 a 3                            *Hay diferentes indicadores,son
Ácido débil: pH de 4 a 6.9                            sustancias básicas o ácidas     
Base débil: pH de 7.1 a 11                            débiles, diferente color en la 
Base fuerte: pH de 12 a 14                           forma molecular y la iónica.

En el siguiente link les dejamos como funciona un indicador natural y el color que se obtiene según el ácido o la base. 

http://youtu.be/tR0j_M1LvtI 

Neutralización e Hidrólisis


Neutralización----->Al ponerse en contacto los ácidos y las bases en una disolución acuosa, los iones hidronio del ácido y los iones oxhidrilo de la base, se combinan para formar agua:
                            H3O+ + OH-→2 H2O
                                   Ácido+ Base----->agua

Según la teoría de Arrhenius
Ácido+ Base-----> Sal+ agua

Hidrólisis----> Es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Es el proceso inverso de la neutralización. 

Ácido débil+ base fuerte-------------->Disolución básica
Base débil+ Ácido fuerte-------------->Disolución ácida


En el siguiente link podran ver gráficamente como se lleva acabo esta neutralización 
http://youtu.be/lbACBTDQWVA

Uso responsable del agua


Para concluir establecemos que el agua es un recurso vital del que no se dispone en varias cantidades, es muy importante.
Se debe tener conciencia de que no es un recurso renovable y hacer un uso responsable del agua, algunas poblaciones carecen de agua mientras que otras la desperdician. 

Con esto concluimos la unidad 3: Agua,¿de dónde, para qué y de quién?, en el que se hablo de los aspectos mas importantes del agua, su estructura y propiedades.