El agua Preuniversitario JCT

EL AGUA. El Agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno unidos a uno de Oxígeno. Su nomenclatura corresponde a un Óxido de Hidrógeno. La molécula presenta un ángulo de 104,5º entre los átomos de Hidrógeno, esto se da por los pares de electrones libres que posee el Átomo de Oxígeno. Es por esto que la molécula posee un momento dipolar distinto de cero, por lo cual es un buen disolvente de sustancias polares e iónicas.

Cuando el Agua se transforma en sólido, el átomo de Oxígeno se rodea por cuatro átomos de Hidrógeno conformando una estructura tetraédrica, las cuales al formar enlaces de Hidrógeno forman una red Hexagonal, provocando el aumento de volumen y la densidad de 1mg/mL del agua a los 4ºC. El cambio de Densidad se debe a la formación o destrucción de las redes Hexagonales. Los enlaces por Puente de Hidrógeno, además de influir en la densidad, confieren importantes propiedades al agua.

FASES DEL AGUA. El agua se encuentra sólida, líquida y gaseosa. En el estado sólido la agitación de las moléculas es mínima y por resultado de las fuerzas de cohesión, las partículas se encuentran ordenadas y cercanas unas a otras. En el estado liquido, las partículas poseen mayor movilidad y se desplazan, en el estado gaseoso, las partículas se encuentran muy separadas y presentan gran movilidad.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA. Las Propiedades Físicas del Agua son 8: Tensión Superficial: es la Energía requerida para incrementar el área de superficie de un líquido en una unidad. La Tensión Superficial representa y resulta de la atracción Cohesiva intermolecular en el Agua que ocasiona la reducción al mínimo posible de la superficie del líquido. Capacidad Calorífica (C): es la Energía requerida para elevar la temperatura de un cuerpo en 1ºC, en el caso específico del agua se presenta una alta capacidad Calorífica.

Punto de Ebullición: El Punto de Ebullición del Agua es excepcionalmente alto y es de 100ºC a 1at. Esa propiedad es conferida por la presencia de puentes de Hidrógeno entre las moléculas de Agua. Punto de Fusión: es la temperatura a la cual coexisten sólidos y líquidos. El Punto de Fusión del Agua es de 0ºC a 1at. Presión de Vapor: corresponde a la capacidad de vaporizar el agua al alcanzar una presión igual a la atmosférica.

Densidad: es la masa en gramos de un cm3 Densidad: es la masa en gramos de un cm3. Para el Agua la densidad es de 1g/mL a 4ºC y 1at. Capilaridad: es la propiedad del agua de ascender por tubos angostos. Se presenta por la acción de Fuerzas Cohesivas, las cuales son aquellas que unen moléculas semejantes. Elevado Calor Específico: es la cantidad de calor necesario para elevar 1ºC un gramo de sustancia. En el caso del Agua es de 1 Cal / g ºC. Esto permite que el agua regule los procesos térmicos de los seres vivos junto con la capacidad calorífica.

Propiedades Químicas. Las Propiedades Químicas del Agua radican en los enlaces Covalentes Polares entre el átomo de Oxígeno y los de Hidrógeno, lo cual da la angularidad a la molécula y la capacidad de ser un buen disolvente de sustancias iónicas como de covalentes polares. Esto confiere la propiedad de ser el Disolvente Universal y el mayor transportador de sustancias en los organismos.

Funciones del Agua. Las Funciones del Agua son: participar de soporte de reacciones químicas Amortiguador Térmico Lubricante Buffer de pH Ser un buen reactivo dador de iones H+ y OH-

Composición del agua. En la naturaleza, el agua nunca se presenta absolutamente pura, por el contrario en los causes naturales como los ríos, mares y lagos el agua presenta solutos que le confieren características como acidez y dureza. Las aguas dulces o continentales poseen aproximadamente un 0,1% de sólidos en solución. Las sustancias disueltas más comunes corresponden a sales como el Carbonato de Calcio (CaCO3), Carbonato de Magnesio (MgCO3), Cloruro de Sodio (NaCl) y Bicarbonato de Sodio (NaHCO3). Las aguas saladas u oceánicas tienen una alta proporción iónica de Sodio (Na+) y Cloro (Cl-) por la disolución en esta agua del Cloruro de sodio (NaCl).

Estas composiciones del agua están en estrecha relación con las variables del Ciclo Hidrológico de cada región específica. En aquellas regiones donde se presenten altas tasas de evaporación de agua, las estaciones de agua líquida presentarán una alta concentración de sales (debido a la merma de agua líquida en la que están disueltas dichas sales). Por el contrario, si se presentan bajas tasas de evaporación las concentraciones de sales en el agua líquida son relativamente bajas. En los cursos y acumulaciones naturales de agua, las sustancias que se presentan en solución confieren al agua diversas propiedades como pH y Dureza entre otras.

La acidez o pH depende de las concentraciones de iones hidrógeno H+ en el agua. Por otro lado la dureza del agua se debe a las sales y sus concentraciones en solución.

Dureza del agua Las aguas Duras tienen una alta concentración de sales de Calcio y Magnesio. El agua, al pasar por los distintos cursos de agua, entra en contacto con la piedra caliza, la dolomita y el Carbonato de Calcio, y es la erosión de estos materiales lo que causa la presencia de las sales del Agua dura. Esta agua presenta altas concentraciones de Bicarbonato de Calcio (Ca(HCO3)2) presente como iones Ca2+ y bicarbonato (HCO3-) y además altas concentraciones de iones Mg2+. Según la forma en que se presentan estos iones se puede establecer si se trata de una dureza Temporal o Permanente.

Ca(HCO3)2 + calor  CaCO3 + CO2 + H2O La Dureza Temporal se caracteriza por presentar los iones Ca2+ y Mg2+ formando Bicarbonatos de Calcio y de Magnesio (Ca(HCO3)2 y Mg(HCO3)2) respectivamente. Este tipo de dureza se puede solucionar mediante la descomposición térmica de las sales (Bicarbonatos de Calcio y de Magnesio) mediante la ebullición del agua. Ca(HCO3)2 + calor  CaCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 + calor  MgCO3 + CO2 + H2O

AGUA DURA DUREZA TEMPORAL DUREZA PERMANENTE Provocada por la presencia de Bicarbonato de Calcio y Bicarbonato de Magnesio. Provocada por la presencia de Sulfatos de Calcio y Magnesio y otros, exceptuando los Carbonatos de dichos iones. Se soluciona mediante calor y ebullición del agua, con lo que los Bicarbonatos se transforman en Carbonatos, formando Sarro. Se solucionan mediante la aplicación de Resinas de intercambio iónico y la aplicación de sales como el Carbonato de Sodio.

Contaminación del agua. La pureza del agua en su composición natural se puede ver afectada debido a la contaminación. Se dice que el agua está contaminada cuando ya no se puede destinar a los fines que cumple en un estado de pureza. Hay dos tipos de Contaminación hídrica: la contaminación Natural y la contaminación Artificial. En el uso doméstico del agua se presentan la eliminación de excrementos animales y humanos, esta situación genera una generación de agentes patógenos y microorganismos, lo que constituye una contaminación Biológica del agua. Estos residuos orgánicos sumado a los detergentes y otros tóxicos constituyen las Aguas Servidas.

En el uso industrial del agua se observa una contaminación altamente tóxica que es producto de los procesos productivos. En la minería se vierten metales pesados como Plomo y Cadmio al agua que utilizan. Estos metales pesados al no reaccionar con nada se acumulan en los organismos vivos, produciéndose el proceso de Bioacumulación, en el cual los contaminantes del agua pasan de organismos en organismos a través de una Cadena Trófica. Estos contaminantes hacen variar el pH y la concentración de Sales en el agua por la alta acidez de los contaminantes. Esta variación de la acidez del agua se presenta en las precipitaciones sobre las grandes masa urbanas, con lo cual se diluyen en el agua que cae los contaminantes atmosféricos.

En la Agricultura, una gran fuente de contaminación Hídrica la constituyen las sales de los fertilizantes, lo que deja un exceso en las concentraciones normales de estas sales en el agua. Esta situación provoca un crecimiento desmedido de las algas acuíferas, con lo cual éstas invaden los causes y acumulaciones de agua. A este fenómeno se le denomina Eutroficación.

CONTAMINANTES DEL AGUA Químico compuestos orgánicos iones inorgánicos material radioactivo Biológico Bacterias patógenas Virus Algas maleza acuática Físico sólido flotante material suspendido material asentable detergente Líquidos insolubles Efluentes a alta temperatura

Ciclo Hidrológico o ciclo del agua. El Ciclo Hidrológico constituye un método natural de purificación del agua. Esto es posible gracias a que en la evaporación del agua, los contaminantes no se evaporan sino que se precipitan y separan del agua, la cual posteriormente se filtra y condensa. La evaporación y posterior condensación que eliminan casi la totalidad de los contaminantes del agua siempre y cuando el aire no esté contaminado. Hay una acción bacteriana que degrada los contaminantes orgánicos presentes en el Agua. (Biodegradación). La eliminación de material suspendido se lleva a cabo gracias a la filtración del agua en materiales como arena y grava.

Purificación del agua. Un método artificial de purificación consiste en la Destilación del Agua. En este proceso se hierve el agua y los vapores pasan por conductos refrigerados, con lo que se consigue la condensación del Agua, la cual se presenta prácticamente libre de Sales, pero no así de gases como el dióxido de carbono. La potabilización de las aguas naturales es un proceso de tratamiento que hace apta dicha agua para el consumo humano. En este proceso se distinguen las siguientes etapas: Tamizado: Se impide el paso de objetos grandes, peces y moluscos haciendo pasar el agua por una malla metálica.

Tratamiento previo de Cloro: Se añade cloro (Hipoclorito de Sodio) al agua para desinfectarla y liberarla de microorganismos. Coagulación o Floculación: Se añade al agua Sulfato de Aluminio e hidróxido de Calcio, los cuales al reaccionar en el agua, forman un compuesto al que se adhieren partículas en suspensión por adsorción. Sedimentación: Consiste en la precipitación del compuesto formado en la Coagulación y las partículas adsorbidas. Filtración: Se filtra el agua por Arena y piedras para retener las partículas en suspensión que se mantuvieron a la Sedimentación.

Tratamiento Final de Cloro: Se añade nuevamente cloro y se ajusta su concentración en el agua para prevenir la infección del agua por bacterias y otros. De esta forma el agua ahora es apta para el consumo o Potable, y contiene en las proporciones adecuadas las sales y otros componentes esenciales para el organismo. Estos componentes hacen que el Agua potable sea Inodora e incolora, pero no así insípida, ya que por estos aditivos tiene un sabor agradable.

Purificación de las Aguas Servidas. El Tratamiento primario consiste en la remoción de la Materia Orgánica de las Aguas servidas o provenientes de procesos industriales por medio de la Coagulación o Floculación y una posterior de Sedimentación. Este proceso deja el agua libre de contaminantes en un 35%. El tratamiento Secundario consiste en el paso del agua tratada de forma Primaria por un tanque de Aireación. Esta adición de aire permite que microorganismos aeróbicos metabolicen materia orgánica para reducirla a Agua y Dióxido de Carbono.

El tratamiento Terciario es un proceso químico que remueve del agua tratada Secundaria y Primariamente contaminantes tóxicos (orgánicos e inorgánicos) que no se eliminaron en los Tratamientos Primarios ni Secundarios. En esta etapa se remueven principalmente Fosfatos y materia orgánica, además el agua es desinfectada con Gas Cloro. Este proceso es el más costoso pero deja el agua libre en un 98% de contaminantes. De esta forma el agua está apta para su devolución al ambiente.