El agua y las soluciones
El agua es una de las sustancias más abundante en la biosfera. Su capacidad para formar soluciones con un sinnúmero de sustancias, hace que, cerca del 90% de las disoluciones sean acuosas. Por esta razón, antes de entrar en materia, vamos a dedicar unas páginas a esta sustancia única.
1. El agua y las soluciones
El agua es una de las sustancias más abundante en la biosfera. Su capacidad para formar soluciones con un sinnúmero de sustancias, hace que, cerca del 90% de las disoluciones sean acuosas. Por esta razón, antes de entrar en materia, vamos a dedicar unas páginas a esta sustancia única.
1.1 El agua
1.1.1 Estructura y composición
La molécula de agua es triatómica, es decir, está compuesta por tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos mediante enlaces covalentes polares. Estos átomos no están unidos en línea recta, sino que se ubican formando un ángulo de 104,5° (figura 1). Esta
forma geométrica hace que la molécula de agua sea dipolar, con una carga negativa en el extremo donde se halla el átomo de oxígeno y cargas positivas cerca de los hidrógenos. Entre diferentes moléculas de agua se generan fuerzas de atracción medidas por estas cargas. A esta interacción característica del agua se le conoce como puente de hidrógeno.
1.1.2 Propiedades físicas
A continuación mencionaremos algunas de las características del agua:
Punto de ebullición y punto de fusión. A nivel del mar, la temperatura de ebullición del agua es de 100 °C y la de fusión es de 0 °C.
Estas temperaturas son altas si se comparan con las de otros compuestos
formados por hidrógeno y un elemento no-metálico, del mismo grupo del oxígeno, como el ácido sulfhídrico (H2S), cuyos puntos de fusión y ebullición son 281 °C y 261 °C, respectivamente.
Esto se debe a la capacidad del agua para formar puentes de hidrógeno.
Densidad. La densidad del agua es 1 g/cm3, cuando se encuentra a 4 °C y a 1 atm de presión. Esto quiere decir que, en 1 cm3 de agua encontramos una masa de 1 g, bajo estas condiciones de temperatura y presión. Como podrás intuir, la densidad del agua varía con la temperatura. Así, por ejemplo, a 20 °C la densidad del agua es 0,998 g/cm3. Sin embargo, cuando el agua cambia del estado líquido al sólido, en vez de contraer su volumen, como ocurre con el resto de los líquidos, se expande, disminuyendo su densidad. Esto se debe a que las moléculas se reorganizan en agregados moleculares, que ocupan más espacio. Debido a la menor densidad del hielo con respecto al agua líquida, es posible que este flote (figura 2).
Apariencia. El agua pura es incolora, inodora e insípida. Cualquier cambio en estas propiedades se debe a sustancias extrañas que están disueltas en ella. El agua para ser potable debe estar bien aireada, debe contener oxígeno en disolución, debe disolver el jabón, no debe poseer materia orgánica en descomposición, ni sustancias nitrogenadas.
Tensión superficial. Todos hemos observado a pequeños insectos caminando sobre el agua, como si la superficie del agua actuara como una capa de piel. Este fenómeno, conocido como tensión superficial, se debe a la atracción mutua que se presenta entre las moléculas de agua. Mientras las moléculas que están debajo de la superficie del agua experimentan una fuerza de atracción entre sí y en todas las direcciones, las moléculas que se encuentran en la superficie, experimentan una fuerza de atracción con otras moléculas de la superficie y con las que están ubicadas inmediatamente debajo de ellas. Esto crea un desequilibrio de fuerzas, cuyo resultado es una mayor tensión sobre la superficie del agua. La tensión superficial de un líquido hace que una gota de ese líquido tenga forma esférica.
1.1.3 Propiedades químicas
Las propiedades químicas del agua se pueden analizar a través del estudio de las reacciones en las que esta sustancia participa, ya sea como reactivo o como producto. Veamos algunas de ellas:
Descomposición térmica. Si bien el agua es un compuesto bastante estable frente a la acción del calor, cuando se somete a temperaturas elevadas (más de 2.000 °C), puede separarse en sus componentes.
Electrólisis. La aplicación de una corriente eléctrica directa a través del agua genera su descomposición y la liberación de hidrógeno y oxígeno gaseosos, según se ilustra en la siguientes reacciones:
1.1.4 Contaminación del agua
El agua puede contaminarse con compuestos minerales y orgánicos, así como microorganismos y variaciones bruscas de temperatura. Veamos.
Contaminantes minerales: dentro de este grupo encontramos sustancias tóxicas, como nitratos, nitritos y metales pesados. Así como hierro, magnesio, zinc y cobre, que afectan las propiedades organolépticas del agua. Otros elementos, como fósforo, potasio y calcio, cuando se encuentran en exceso, generan un exagerado desarrollo de la vegetación, fenómeno conocido como eutrofización, (del griego eu: bien o en exceso y trofos: alimento, es decir, exceso de alimento). El resultado es el predominio de unas pocas especies capaces de aprovechar la sobreoferta de recursos, con lo cual hay una pérdida de la diversidad biológica y de la calidad del agua.
Contaminantes orgánicos: entre estas sustancias figuran los fenoles, que cambian el sabor del agua; los hidrocarburos, que modifican su olor y sabor y afectan la salud humana; los detergentes, responsables de la espuma y de la concentración de impurezas; los residuos sanitarios, que generan malos olores, así como infecciones en la población.
Contaminación biológica: la presencia de microorganismos patógenos, como bacterias y protozoos, en el agua destinada a consumo humano, constituye un grave problema de salud pública, ya que estos organismos producen enfermedades como el cólera, la disentería y otros trastornos digestivos.
Contaminación térmica: se produce cuando agua caliente, proveniente de industrias, es vertida al agua. El agua caliente contiene menos oxígeno disuelto que el agua más fría, lo cual provoca alteraciones graves en la estructura de las comunidades acuáticas.
1.1.5 Tratamiento de las aguas contaminadas
El esquema de la siguiente figura ilustra el funcionamiento general de una planta de tratamiento de aguas servidas o de aguas industriales.
VIDEO ADICIONAL
ACTIVIDAD
Elaboren por pareja un MAPA MENTAL (a mano, muy creativo, em medio pliego de cartulina o papel periódico) que resuma toda la información mencionada en este tema.
- En el Mapa Mental mencionen alternativas viables para evitar la contaminación del agua.
- A propósito de la crisis por el bajo nivel de los embalses que ha llevado al racionamiento de agua en la ciudad: Propongan mecanismos que permitan ahorrar agua en sus hogares. Indiquen una manera de medir el ahorro de agua en cada hogar, por semana y por mes.
Como hacer un Mapa Mental
Ejemplos de mapas mental
Cordialmente.,
Profesor. Juan Gabriel Perilla Jimenez
Docente Titular de Química
Colegio Liceo Femenino de Cundinamarca "Mercedes Nariño" IED
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