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Agua

  1. 1. Facultad de biología E.E. Química Inorgánica El Agua Prof. Bertha María RocíoJesús Emmanuel Castro González 10 de noviembre del 2012 1
  2. 2. Índice:Definición……………………………………………………………………..3Propiedades físicas y químicas……………………………………………4Importancia biológica……………………………………………………….8Ciclo del agua……………………………………………………………….11Problemáticas del agua…………………………………………………….14Medios de remediación…………………………………………………….17Conclusión…………………………………………………………………..18Bibliografía…………………………………………………………………..19 2
  3. 3. Definición:El agua es una sustancia cuya molécula está formada pordos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Es esencial para la supervivencia detodas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a lasustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en suforma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubreel 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en losocéanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetespolares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost ylos glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte enorden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos yseres vivos. El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmadoen descubrimientos recientes. Puede ser encontrada, principalmente, en forma dehielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone suscolas. 3
  4. 4. Propiedades físicas y químicas del agua:El agua es una sustancia que químicamente se formula como H2O(imagen 1.1); esdecir, que una molécula de agua se compone de dos átomos de dos átomos dehidrógeno enlazados covalentemente a un átomos de oxigeno. Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua Imagen 1.1 estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph LouisGay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander vonHumboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes dehidrógeno por cada volumen de oxígeno.Las propiedades fisicoquímicas más notables del agua son: El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora. El agua bloquea sólo ligeramente la radiación solar UV fuerte, permitiendo que las plantas acuáticas absorban su energía. Ya que el oxígeno tiene una electronegatividad superior a la del hidrógeno, el agua es una molécula polar. El oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógenos tienen una carga ligeramente positiva del que resulta un fuerte momento dipolar eléctrico. La interacción entre los 4
  5. 5. diferentes dipolos eléctricos de una molécula causa una atracción en red que explica el elevado índice de tensión superficialdel agua.(imagen 1.2) Imagen 1.2 La fuerza de interacción de la tensión superficial del agua es la fuerza de van der Waals entre moléculas de agua. La aparente elasticidad causada por la tensión superficial explica la formación de ondas capilares. A presión constante, el índice de tensión superficial del agua disminuye al aumentar su temperatura. También tiene un alto valor adhesivo gracias a su naturaleza polar. La capilaridad se refiere a la tendencia del agua de moverse por un tubo estrecho en contra de la fuerza de la gravedad. Esta propiedad es aprovechada por todas las plantas vasculares, como los árboles. Otra fuerza muy importante que refuerza la unión entre moléculas de agua es el enlace por puente de hidrógeno. El punto de ebullición del agua (y de cualquier otro líquido) está directamente relacionado con la presión atmosférica. Por ejemplo, en la cima delEverest, el agua hierve a unos 68º C, mientras que al nivel del mar este valor sube hasta 100º. Del mismo modo, el agua cercana a fuentesgeotérmicas puede alcanzar temperaturas de cientos de grados centígrados y seguir siendo líquida. Su temperatura crítica es de 373,85 °C (647,14 K), su valor específico de fusión es de 0,334 kJ/g y su índice específico de vaporización es de 2,23kJ/g. 5
  6. 6.  El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua —como las sales, azúcares, ácidos, álcalis, y algunos gases (como el oxígeno o eldióxido de carbono, mediante carbonación)— son llamadas hidrófilas, mientras que las que no combinan bien con el agua —como lípidos ygrasas— se denominan sustancias hidrófobas. Todos los componentes principales de las células de proteínas, ADN y polisacáridos se disuelven en agua. Puede formar un azeótropo con muchos otros disolventes. El agua es miscible con muchos líquidos, como el etanol, y en cualquier proporción, formando un líquido homogéneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire. El agua pura tiene una conductividad eléctrica relativamente baja, pero ese valor se incrementa significativamente con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico, como el cloruro de sodio. El agua tiene el segundo índice más alto de capacidad calorífica específica — sólo por detrás del amoníaco— así como una elevada entalpía de vaporización (40,65 kJ mol-1); ambos factores se deben al enlace de hidrógeno entre moléculas. Estas dos inusuales propiedades son las que hacen que el agua "modere" las temperaturas terrestres, reconduciendo grandes variaciones de energía. La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión. A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad (0,958 kg/l) a los 100 °C. Al bajar la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/l) y ese aumento es constante hasta llegar a los 3,8 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/litro. Esa temperatura (3,8 °C) representa un punto de inflexión y es cuando alcanza su máxima densidad (a la presión mencionada). A partir de ese punto, al bajar la temperatura, la densidad comienza a disminuir, aunque muy lentamente (casi nada en la práctica), hasta que a los 0 °C disminuye hasta 0,9999 kg/litro. Cuando pasa al estado sólido (a 0 °C), ocurre una brusca disminución de la densidad pasando de 0,9999 kg/l a 0,917 kg/l. El agua puede descomponerse en partículas de hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. 6
  7. 7.  Como un óxido de hidrógeno, el agua se forma cuando el hidrógeno —o un compuesto conteniendo hidrógeno— se quema o reacciona con oxígeno—o un compuesto de oxígeno—. El agua no es combustible, puesto que es un producto residual de la combustión del hidrógeno. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante electrólisis es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno. Esto hace que el agua, en contra de lo que sostienen algunos rumores no sea una fuente de energía eficaz. Los elementos que tienen mayor electropositividad que el hidrógeno —como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio— desplazan el hidrógeno del agua, formando hidróxidos. Dada su naturaleza de gas inflamable, el hidrógeno liberado es peligroso y la reacción del agua combinada con los más electropositivos de estos elementos es una violenta explosión. 7
  8. 8. Importancia biológica:Es fundamental para todas las formas de vida conocida. Los humanos consumenagua potable. Los recursos naturales se han vuelto escasos con la crecientepoblación mundial y su disposición en varias regiones habitadas es lapreocupación de muchas organizaciones gubernamentales. El cuerpo humano esta compuesto en un 75% por agua.El agua cubre tres cuartas partes (71 por ciento) de la superficie de la Tierra, peseal área por la cual se extiende, la hidrósfera terrestre es comparativamentebastante escasa, para dar un ejemplo citado por Jacques Cousteau: si sesumergiera una bola de billar en agua y se la quitase la película de humedad que 8
  9. 9. quedaría inmediatamente tras ser sacada, sería proporcionalmente mayor que lade todos los océanos. A pesar de que es una sustancia tan abundante, sólosupone el 0,022% de la masa de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia enprácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregaciónde la materia: sólido, líquido y gaseoso.El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en losocéanos y mares; sólo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1por ciento está en estado líquido, componiendo los ríos y lagos. El 2% restante seencuentra en estado sólido en capas, campos y plataformas de hielo o banquisasen las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulcese encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos.Hacia 1970 se consideraba ya que la mitad del agua dulce del planeta Tierraestaba contaminada.El agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos(aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, elporcentaje ronda el 90%).En la superficie de la Tierra hay unos 1.360.000.000 km³ de agua que sedistribuyen de la siguiente forma:1.320.000.000 km³ (97,2%) son agua de mar.40.000.000 km³ (2,8%) son agua dulce.25.000.000 km³ (1,8%) como hielo.13.000.000 km³ (0,96%) como agua subterránea.250.000 km³ (0,02%) en lagos y ríos.13.000 km³ (0,001%) como vapor de agua.A estas cantidades hay que sumarle la que forma parte de la composición delmanto, la zona terrestre que representa un 84% del volumen planetario. Parte de 9
  10. 10. esta agua alcanza la superficie tras separarse de las masas subterráneas demagma (agua juvenil) o en forma de vapor, junto a otros volátiles, durante laserupciones volcánicas. Este proceso, que llamamos desgasificación del manto,compensa permanentemente, y lo hará mientras no cese la dinámica internaplanetaria, la pérdida de agua por fotólisis en la alta atmósfera; allí, los átomos dehidrógeno liberados tienen a perderse en el espacio. El día que el planeta nocontenga ya calor suficiente para mantener la tectónica de placas y el vulcanismo,esa pérdida paulatina terminará por convertir su superficie en un desiertouniversal.En uno de los procesos básicos de purificación y tratamiento del agua que serealiza en plantas industriales, agregando hipoclorito de sodio y sulfato dealuminio, que son agentes coagulantes; esto forma hidróxido de aluminio, que esmás conocido como flóculo, que queda flotando en el agua. Este proceso sedenomina floculación.Para limpiar las aguas negras o residuales se utiliza un tratamiento primario deaguas negras que elimina parte de los sólidos en forma de lodos. El efluente tieneuna enorme demanda biológica de oxígeno (DBO) y a menudo se agota todo eloxigeno disuelto en el estanque y se inicia la descomposición anaeróbica. Elefluente de una planta de tratamiento primario contiene mucha materia orgánicadisuelta y suspendida.Una planta de tratamiento secundario de aguas negras hace pasar el efluente dela planta de tratamiento primario por filtros de arena y grava, en este paso haycierta aireación y las bacterias aeróbicas convierten la mayor parte de la materiaorgánica en materias inorgánicas estables. Las aguas negras se depositan entanques y se airean con potentes ventiladores, lo cual provoca la formación defloculos que sirven para filtrar y absorber contaminantes. Las bacterias aeróbicasconvierten el material orgánico en lodos y partes de el se reciclan para mantenerfuncionando el proceso. El lodo eliminado se almacena en amplios terrenos, sevierten al mar o se queman (algunas veces son utilizados como fertilizantes). 10
  11. 11. El ciclo del agua:Se pudiera admitir que la cantidad total de agua que existe en la Tierra, en sustres fases: sólida, líquida y gaseosa, se ha mantenido constante desde la apariciónde la Humanidad. El agua de la Tierra - que constituye la hidrósfera - se distribuyeen tres reservorios principales: los océanos, los continentes y la atmósfera, entrelos cuales existe una circulación contínua - el ciclo del agua o ciclo hidrológico.El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la energíaradiante del sol y por la fuerza de la gravedad.El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de loscuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera yregresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficiede la Tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe ala evaporación directa, a la transpiración por las plantas y animales ypor sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua). Ciclo del aguaLa cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico, por el fenómeno desublimación es insignificante en relación a las cantidades movidas por evaporacióny por transpiración, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración.El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensaluego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 km. El aguacondensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, aprecipitación. 11
  12. 12. La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en la fase sólida(nieve o granizo). El agua precipitada en la fase sólida se presenta con unaestructura cristalina, en el caso de la nieve, y con estructura granular, regular encapas, en el caso del granizo.La precipitación incluye también incluye el agua que pasa de la atmósfera a lasuperficie terrestre por condensación del vapor de agua (rocío) o por congelacióndel vapor (helada) y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas (nubesque tocan el suelo o el mar).El agua que precipita en tierra puede tener varios destinos. Una parte es devueltadirectamente a la atmósfera por evaporación; otra parte escurre por la superficiedel terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar laslíneas 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 oprofundizarse hasta alcanzar las capas freáticas.Tanto el escurrimiento superficial como el subterráneo van a alimentar los cursosde agua que desaguan en lagos y en océanos.La escorrentía superficial se presenta siempre que hay precipitación y terminapoco después de haber terminado la precipitación. Por otro lado, el escurrimientosubterráneo, especialmente cuando se da a través de medios porosos, ocurre congran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho después de haberterminado la precipitación que le dio origen.Así, los cursos de agua alimentados por capas freáticas presentan unos caudalesmás regulares.Como se dijo arriba, los procesos del ciclo hidrológico decurren en la atmósfera yen la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dosramas: aérea y terrestre.El agua que precipita sobre los suelos va a repartirse, a su vez, en tres grupos:una que es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y dos que producenescurrimiento superficial y subterráneo. Esta división está condicionada por variosfactores, unos de orden climático y otros dependientes de las característicasfísicas del lugar donde ocurre la precipitación.Así, la precipitación, al encontrar una zona impermeable, origina escurrimientosuperficial y la evaporación directa del agua que se acumula y queda en lasuperficie. Si ocurre en un suelo permeable, poco espeso y localizado sobre unaformación geológica impermeable, se produce entonces escurrimiento superficial,evaporación del agua que permanece en la superficie y aún evapotranspiracióndel agua que fue retenida por la cubierta vegetal. En ambos casos, no hayescurrimiento subterráneo; este ocurre en el caso de una formación geológicasubyacente permeable y espesa. 12
  13. 13. La energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del aguadesde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de lascirculaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes.La fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al escurrimiento. El ciclohidrológico es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosión y altransporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. Condiciona la coberturavegetal y, de una forma más general, la vida en la Tierra.El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantescosistema de destilación, extendido por todo el Planeta. El calentamiento de lasregiones tropicales debido a la radiación solar provoca la evaporación contínua delagua de los océanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por lacirculación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante la transferencia,parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes queoriginan la precipitación. El regreso a las regiones de origen resulta de la accióncombinada del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas. 13
  14. 14. Problemáticas del agua:Los problemas de abastecimientoDebemos reconocer el alto grado de desigualdad en la disponibilidad de unrecurso tan preciado como el agua. Otra cuestión que dificulta el abastecimientodel agua es el crecimiento demográfico, en tanto el aumento del número dehabitantes provoca una mayor demanda.Cuando se habla de abastecimiento adecuado de agua se hace referencia a lacantidad de líquido disponible y a su calidad. Por eso, es importante laimplementación de programas de provisión de agua potable, que implican suobtención, su purificación y ponerla al alcance de los usuarios.Contaminación:Corresponde a las alteraciones de la caída del agua como producto de lasactividades humanas.Las ciudades con alto grado de urbanización arrojan a ríos, lagos y mares,grandes volúmenes de aguas residuales, debido al uso doméstico, industrial yagrícola que se hace del agua.Desagüe de aguas negras.Los agentes contaminantes del agua son de tipo biológico, químico y físico. Contaminantes biológicos. Corresponden a los desechos orgánicos, tales como la materia fecal y restos de alimentos. Estos tienen la propiedad de fermentar, es decir, se descomponen utilizando el oxígeno disuelto en el agua, a la cual llegan principalmente por los alcantarillados de las ciudades.Otros contaminantes biológicos son las evacuaciones de desechos industrialesprovenientes del procesamiento de alimentos y de los mataderos.La mayoría de los desechos orgánicos de tipo biológico son biodegradables, esdecir, las bacterias que normalmente viven en el agua degradan o descomponen 14
  15. 15. esta materia en sustancias más simples haciendo uso del oxígeno presente en elagua. Aún así, resultan menos dañinos que los no biodegradables.Contaminantes químicos. Son los compuestos químicos, orgánicos e inorgánicos,que llegan al agua provenientes de las actividades domésticas, industriales yagropecuarias.Entre los de tipo orgánico destacan los hidrocarburos derivados del petróleo y loscompuestos sintéticos o creados por el hombre, tales como plaguicidas, solventesindustriales, aceites, detergentes y plásticos. Estos no suelen ser generalmentebiodegradables, razón por la que mantienen en el agua por mucho tiempo.Entre las sustancias inorgánicas están las del origen mineral: sales de metales demercurio y de arsénico, como el salitre.Contaminantes físicos. Son los materiales sólidos e inertes que afectan lastransparencias de las aguas, como basuras, polvo y arcillas. También soncontaminantes físicos, por una parte, los vertidos de líquidos calientes, quemodifican la temperatura del agua de los ríos y de los lagos, y ponen en peligro lavida de la flora y fauna acuáticas, y por otra, las sustancias radioactivasprovienen de hospitales, laboratorios y centrales nucleares.La demanda en los centros urbanos:En general, los núcleos urbanos se formaron inicialmente asociados a lasposibilidades de obtener agua. Una posibilidad ampliamente difundida es lautilización de acuíferos subterráneos.Pero, con el crecimiento de las ciudades, la provisión de agua potable se tornóproblemática. Las fuentes tradicionales de aprovisionamiento se tornaroninadecuadas tanto en cantidad como en calidad. Los ríos se contaminan y losacuíferos subterráneos se agotan o se contaminan también.El abastecimiento de agua se torna mas difícil y costoso. La explotación deacuíferos subterráneos se encarece por la necesidad de acceder a napas masprofundas; se debe recurrir a ríos mas lejanos, lo cual también implica elinconveniente de competir por el recurso, sea con otras poblaciones o por otrosusos.Otra cuestión relaciones con la problemática del agua en los centros urbanos es laeliminación de residuos y efluentes. Para ello, las ciudades de paísesdesarrollados y algunas de países del Tercer Mundo, como Buenos Aires,disponen de un sistema de alcantarillado que permite la recolección de efluentesdomésticos e industriales, aunque esto no siempre alcanza para evitar ladisposición de efluentes a cielo abierto.Una gran cantidad de ciudades, en cambio, no disponen de infraestructura y losefluentes son directamente arrojados al suelo.La existencia de infraestructura para el suministro de agua influye directamente enlos niveles de consumo, ya que los hogares que no están conectados a sistemas 15
  16. 16. de conducción, tratamiento, almacenamiento y distribución, suelen consumirmucho menos que aquellos que si lo están.En resumen, tanto los países pobres como ricos, el crecimiento urbano generacambios importantes en el ciclo natural del agua. 16
  17. 17. Medios de remediación:Esté problema que se nos presenta en la actualidad es un tema que cada díaocupa más la atención de científicos, técnicos, políticos y en general, de muchosde los habitantes del planeta.La escasez de este vital líquido obliga a reiterar nuevamente una llamada a lamoderación de consumo por parte de la población a nivel mundial, ya que sin sucolaboración los esfuerzos técnicos que llevan a cabo algunas organizacionesresultarían insuficientes.La creciente necesidad de lograr el equilibrio hidrológico que asegure el abastosuficiente de agua a la población se logrará armonizando la disponibilidad naturalcon las extracciones del recurso mediante el uso eficiente del agua.La función ecológica para la ecología el agua tiene un doble valor, por una partees un elemento del ecosistema y es consecuentemente un activo social, por otraes generador de ecosistemas.Con ser cuestiones muy importantes a considerar, cuando se trata de llevar a caboaprovechamientos de agua, la conservación de las especies y de los ecosistemasafectados, no podemos olvidar la función que realiza el agua cuando fluye, demodo variable, desde las cabeceras de los ríos hasta el mar, puesto que movilizay distribuye elementos químicos tan importantes para la vida como el fósforo o elanhídrido carbónico. 17
  18. 18. Conclusiones:La aparente abundancia del agua en el mundo ha dado la impresión, en el pasado,de que se trataba de un bien inagotable. Era también el más barato. En la mayorparte de regiones el agua era gratuita. Todo ello ha conducido al hombre aderrocharla. El riego se efectúa de forma excesivamente generosa, hasta el puntode anegar los suelos y de provocar una salinización secundaria. Las fugas en lasredes de alimentación de agua de las ciudades son enormes. El agua seconsidera en la actualidad como un recurso económico del mismo valor que losminerales, y debe ser administrada racionalmente. En el origen de esta toma deconciencia aparece una importante disminución de este recurso en múltiplespuntos del globo y, a partir de la mitad de la década de los setenta, el crecimientodel coste de la energía. Se ha constatado que la explotación irracional de unrecurso de superficie o subterráneo provoca déficit de agua y que esos déficittienden a aparecer en nuevos lugares y a menudo varias veces por año. Esprobable que los déficit sean causados por la contaminación; en todos los casos,comprometen el desarrollo urbano y económico.Planta de tratamiento de aguas residuales. 18
  19. 19. Bibliografía: Earths water distribution». U.S. Geological Survey “El Libro del Agua” Editorial Debate Random House Mondadori Barcelona, 2008 “Agua, un Derecho y no una Mercancía” Icaria Editorial, 2009 19

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