Agua,
¿ De dónde, para que, y de quién?
El agua es la sustancia más sorprendente que se ha
conocido, el ser humano la utiliza para todo, hidratarnos, lavarnos, cocinar,
pescamos y nadamos en ella; y a pesar de ello, es simplemente inaudito la
ignorancia que se tiene acerca del pequeño hilo en que está sujeta la vida
terrestre a este compuesto, es evidente que sin el agua líquida, la evolución
no podría continuar.
3.1 Tanta agua y podemos morir de sed
Se sabe que gran parte del planeta está conformado por
agua, sin embargo no toda esta agua se encuentra en su estado líquido, es
decir, en los polos podemos encontrar mucho agua pero en su estado sólido, así
como en la atmósfera podemos encontrar agua en su estado gaseoso; por otro lado
no toda el agua líquida que se encuentra en nuestro planeta se puede consumir,
ya que contienen sustancias que son dañinas e incluso podría llegar a ser
mortíferas no solo al ser humano sino a cualquiera que la consuma. El agua
disuelve, en mayor o menor grado, todo tipo de sustancias: es un “disolvente
universal”.
3.1.1 Distribución del agua en la Tierra
El agua cubre cerca del 71% de la superficie de la
corteza terrestre, se localiza principalmente en los océanos, donde se
concentra 96.5%de l agua total, los glaciares y casquetes polares tienen 1.74%,
los depósitos subterráneos, permafrost y los glaciares continentales conforman
el 1.72% y el restante que se reparte decrecientemente entre lagos, humedad del
suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos suponen un 0.04% del agua.
Aun teniendo mucha cantidad de agua en el planeta,
gracias al incremento de población en las últimas décadas, el acceso del agua
potable también ha tenido un incremento algo considerable. La FAO (Organización
de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) realizaron un
estudio en el cual plantean que 1 de cada 5 países para el 2030 tendrá
problemas de escasez de agua.
Las aguas de la hidrósfera se transfieren de manera
continua de los mares a las regiones de la Tierra y de nuevo a los mares, en un
proceso cíclico llamado “ciclo del agua”.
3.1.2 Calidad del agua
La calidad del agua se mide en función de la cantidad de
partículas contaminantes que contiene, por ejemplo, el agua que por su nivel de
contaminantes se juzga adecuada para la irrigación, ya no tiene la calidad
apropiada para usarse como agua potable.
La contaminación del agua puede ser calorífica o con
radioisótopos, también puede contaminarse con iones de metales tóxicos y
aniones, con moléculas orgánicas. ácidos, etc.
En caso de que el agua tenga un exceso de contaminantes,
entonces ya no puede ser usada para ninguno de los usos comunes: agua potable,
lavado, irrigación, o como agua de enfriamiento en algunas plantas
industriales.
3.1.3 Fuentes de Contaminación del agua
El agua puede ser contaminada muy fácilmente debido su
propiedad de poder disolver gran cantidad de sustancias, al llover, por
ejemplo, el agua al recorrer el suelo va disolviendo gran variedad de metales,
tal como el potasio, el sodio, magnesio, entre otros, así como no metales como
cloruros, sulfatos, carbonatos, etc.
Las sustancias orgánicas que las bacterias pueden
degradar se le llaman biodegradables, los desperdicios industriales de las
plantas procesadoras de alimentos y las fábricas e papel, son ejemplos de estas
sustancias.
Los nutrientes de los vegetales como el nitrógeno y el
fósforo contribuyen a la contaminación del agua porque estimulan el crecimiento
excesivo de las plantas acuáticas, un ejemplo muy notorio son las algas
flotantes del agua turbia.
La contaminación excesiva del agua ha alterado el
equilibrio ecológico provocando la extinción de especies animales y vegetales.
El petróleo y sus residuos al ser vertido en el agua del
mar, han terminado con la vida marina en diversas zonas y con frecuencia
ocasionan las llamadas mareas negras.
La contaminación puede ser provocada biológicamente, esto
también sucede de forma natural, pues microorganismos como virus, bacterias y
parásitos suelen vivir en materia fecal proveniente de las aguas domésticas.
3.2 Importancia del agua para la Humanidad
El agua es el elemento principal de los fluidos que nos
circundan y están en el interior de todas las células vivientes.
El agua también mantiene en equilibrio la presión y la
acidez, solo el oxígeno puede ser considerado más importante para la vida.
Se estima que se usa un 9.3% del agua en consumo
doméstico, 7% para la industria, 4.2% para plantas generadoras de electricidad
mientras el 79.5% para la agricultura.
3.2.1Agua para agricultura, la industria y la comunidad
Cada año se hacen estudios sobre el agua dulce que hay en
el plantea y se a determinado que en las últimas décadas ha aumentado de forma
alarmante, hay aproximadamente 6420 millones de habitantes en el planeta y ya
nos hemos adueñado del 54% del agua potable del planeta, se calcula que para el
año 2025 sea el 70% del agua disponible.
Agua para la Agricultura
En los últimos 50 años se ha incrementado la producción
agrícola, protegiendo al mundo de devastadoras escaseces de alimentos y de
peligro de hambrunas. La gestión del agua fue decisiva para lograr este
incremento.
Para producir los alimentos diarios para una persona se
necesitan 5000 litros de agua, por eso la producción de alimentos y fibras
vegetales requiere la mayor producción de agua dulce de origen natural para
consumo humano.
Agua para la Industria
El agua destinada a la industria representa el 22% del
uso total del vital líquido en el mundo. Se estima que para el año 2025 los
requerimientos de agua para la industria se incrementen 16 veces.
Del agua dulce empleada en la industria, de 57 a 69% se
utiliza para generar energía hidroeléctrica y nuclear, de 30 a 40% para
procesos industriales y de 0.5 a 3% para la generación de energía térmica.
Se estima que el volumen anual de agua utilizada para la
industria se elevara de 752km3 a 1170km3 desde 1995 hasta
el 2025 y se espera que el componente industrial represente un 24% del total de
agua dulce disponible.
Formas principales del uso doméstico del agua
Los requisitos humanos básicos del agua para beber, el
saneamiento, el baño y la preparación de alimentos es de aproximadamente
50litros diarios por persona. En 1990 más de mil millones de personas tenían
acceso a menos de 50L de agua al día.
Una persona que vive en una ciudad de un país
desarrollado utiliza en promedio entre 526 y 633 litros de agua diarios.
3.2.2 Purificación del agua
Aproximadamente el 59% del agua embotellada es agua
purificada mientras el otro 41% es mineral o de manantial.
Se calcula que en promedio una persona consume cerca de
24 litros de agua purificada al año, en México se consume mucho mas, se calcula
que una persona consume aproximadamente 168 litros anuales.
Existen muchos tipos de purificación, entre los más
comunes están: ebullición, ozonización cloración etc.
Tratamiento de agua
El tratamiento de las aguas municipales suele constar de
varias etapas: filtración gruesa, sedimentación, filtración por arena,
aereación y esterilización.
3.3 El porqué de las maravillas del agua
El agua es el elemento base para todas las sustancias ya
que se encuentra en mayor cantidad, Tales de Mileto. Posteriormente se propone
que el fuego junto con la tierra, aire y agua eran los 4 elementos en que se
constituye el universo.
3.3.1 Modelo cinético molecular para
líquidos
Toda la materia está constituida por pequeñas partículas.
Las partículas se encuentran en continuo movimiento.
Las partículas pueden interactuar entre sí con fuerzas de
mayor o menor intensidad.
La distancia entre partículas es pequeña, pero éstas no
ocupan posiciones definidas.
3.3.2 Propiedades del agua
Puntos de ebullición y fusión
El agua se congela a 0°C y hierve a 100°C (al nivel del
mar).
Los puntos de congelamiento y de ebullición son la base
para medir la temperatura.
Densidad
La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Se expresa como la masa de un cuerpo dividida por
La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Se expresa como la masa de un cuerpo dividida por
El agua tiene un alto índice de calor. Esto significa que
puede absorber mucho calor antes de empezar a calentarse. Por esta razón es muy
valiosa como enfriador para las industrias.
Calores Latentes de Fusión y de Evaporación
Se necesita una caloría para elevar la temperatura de 1g
de agua 1°C, lo que equivale a 10 veces la energía requería para elevar 1°C la
temperatura de 1g de hierro; se le llama calor especifico a la cantidad de
calor requería para elevar 1°C la temperatura de una sustancia que pese 1g.
Calor latente de fusión
Es la cantidad de energía que se requiere para fundir
totalmente 1 gramo de cualquier sólido. Para el hielo es de 334 J/g
Calor latente de vaporización
Energía que se requiere para transformar 1
gramo de líquido a gas, en su punto de
ebullición. Para el agua es de 2257 J/g
Poder Disolvente
El agua es el mayor disolvente que hay en la naturaleza.
Todas las disoluciones que incluyen agua se le denominan
acuosas.
Cuando se agrega u soluto al agua, las moléculas de ésta
penetran entre las partículas del soluto, las separan y las rodean.
La sustancia se disuelve si la fuerza de interacción
entre las moléculas de agua y las partículas del soluto es bastante grande para
contrarrestar las fuerzas que mantienen unidas a las partículas del soluto.
3.3.3 Composición del agua: electrólisis y síntesis
Es posible analizar el agua, descomponerla en sus
constituyentes por electrólisis o a la inversa, ser sintetizada a partir de sus
componentes.
En cualquier disolución acuosa, ésta se convierte en un
conductor y esta se conoce como electrolito.
Al disolverse en agua, se forman iones. La conducción
electrolítica es posible debido a que los iones se mueven libremente en la
disolución acuosa.
Si se conecta el conductímetro a una corriente directa,
uno de los electrodos será negativo(cátodo) y el otro positivo (ánodo).
En la disolución iónica, los iones positivos en la
disolución serán atraídos hacia el cátodo, los iones positivos se les llama
cationes; los iones negativos serán atraídos hacia el ánodo, por eso se les
llama aniones.
Electrólisis
La electrólisis es el proceso en el que se usa energía
eléctrica para llevar a cabo la descomposición de un compuesto.
La reacción de la electrólisis del agua es:
Síntesis
Es la reacción mediante la cual se unen dos o más
sustancias para formar un solo compuesto.
La reacción de la síntesis del agua es:
3.3.4 Estructura del agua: Enlaces covalentes.
Moléculas polares y no polares. Puente de hidrógeno
Estructura de la
molécula de agua.
Una molécula de agua está formada por dos átomos de
hidrogeno y uno de oxigeno. Cada átomo de hidrogeno se une al oxigeno mediante
un enlace covalente sencillo.
Este enlace se forma por el traspase orbital 1s del
hidrogeno con un orbital 2p no apareado del oxigeno. La distancia promedio
entre los 2 núcleos se conoce como longitud de enlace. La longitud de enlace
O-H en el agua es de 0.096nm. La molécula de agua no es
lineal y tiene una estructura doblada en un ángulo aproximadamente de 105
grados entre los 2 enlaces.
Los 2 enlaces covalentes polares y la estructura doblada
producen una carga negativa parcial en el átomo de oxígeno y una carga positiva
parcial en cada átomo del hidrógeno.
El puente de
hidrógeno.
Los puentes de hidrógeno son enlaces intermoleculares;
esto es, se forman entre átomos de moléculas diferentes y tienen cierto
carácter iónico porque se originan por atracción electroestática. Los puentes de
hidrogeno son mucho más débiles que los enlaces iónicos o covalentes que unen
átomos para formar compuestos. A pesar de su debilidad, tienen gran importancia
química.
El átomo de oxigeno del agua puede formar don puentes de
hidrogeno: uno a través de cada par de electrones no enlazados. Estos puentes
de hidrogeno intermoleculares proporcionan al agua propiedades de una molécula mucho más grande, más pesada, lo que explica en
parte sus puntos de fusión y ebullición, calor de fusión y vaporización
relativamente altos.
3.3.6 Soluciones. Concentración en porciento y molar
Las disoluciones siempre están compuestas de al menos dos
sustancias.
El soluto es la sustancia que está siendo disuelta,
mientras que el disolvente es la sustancia que está haciendo la disolución.
La sustancia presente en la mayor cantidad es el
disolvente.
Todas las disoluciones que incluyen agua como solvente se
le denominan acuosas, en tanto las disoluciones líquidas que no se disuelven en
agua se denominan no acuosas.
Algunas sustancias se disuelven más fácilmente que otras;
esto se debe a que tienen diferente solubilidad, que es la propiedad que
presentan algunas sustancias de poder disolverse en otras.
El grado de solubilidad se mide por la cantidad máxima de
soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente, se
trata de la concentración.
Puede existir una pequeña cantidad de soluto en una
determinada cantidad de disolvente y tener una disolución diluida, pero si
aumente la cantidad de soluto en esa cantidad de disolvente, tendremos una
disolución concentrada. Al seguir aumentando el soluto, la disolución se
saturara y ya no podrá disolver mas soluto y obtendríamos una solución sobresaturada,
la cual no es estable, el soluto se puede precipitar en cualquier momento.
Concentración Molar o Molaridad
Es el número de moles de soluto disuelto en un litro de
disolución. M=n/V=moles/litros
La molaridad es un término que se emplea para
proporcionar una definición de las concentraciones de una disolución.
Partes por millón
Esta unidad de composición se simboliza como “ppm” y en
el caso del aire quiere decir numero de moléculas en un millón de moléculas de
aire.
3.3.8 Ácidos, Bases y pH
Un ácido es una sustancia cuya disolución acuosa posee un
sabor agrio, tiñe de rojo el papel tornasol azul, reacciona con los metales
activos, con desprendimiento de hidrógeno y neutraliza las bases.
Una base se define como una la sustancia cuya disolución
acuosa posee un sabor amargo, tiñe de azul el papel tornasol rojo, tiene
aspecto jabonoso y neutraliza los ácidos.
Un ácido al reaccionar con una base o viceversa, se
neutralizan, y se obtiene una sal y agua.
3.4¿De quién es el agua?
La disponibilidad de agua dulce existente en nuestro
planeta nos indica que es un recurso vital del que no se dispone en grandes
cantidades, esto ha originado conflictos, incluso armados entre naciones por
éstos recursos.
Para solucionar estos conflictos, es importante tener en
cuenta que el agua es de todos y por eso se debe compartir, pues todo ser
viviente, no solo humanos tenemos derecho a beber de ella.
3.4.1Uso responsable del agua
Es fundamental el uso adecuado del agua ya que hay
sectores que la requieren en mayor proporción tal como las zonas agrícolas, los
grandes urbes, plantas generadoras de electricidad, etc. Se han creado tarifas
en las que se especifica que el que usa más agua, debe pagar más.
El tiempo pasa y el vital líquido se agota, debemos tener
cuidado en su consumo y en su reciclado para reutilizarla en muchas actividades
de la vida cotidiana. No debemos contaminarla con basura o con desechos que se
arrojan al drenaje, los ríos, lagos o mares.
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