AGUA

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El Agua

Agua, el nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno-oxígeno, HO. Los antiguos filósofos consideraban el agua como el elemento básico que caracterizaba todas las sustancias líquidas y los científicos no descartaron esta visión hasta mediados del siglo XVIII. En 1781 el químico británico Henry Cavendish sintetizó el agua al detonar una mezcla de hidrógeno y aire, pero no fue hasta dos años después que los resultados de sus experimentos lograron interpretarse claramente cuando el químico francés Antoine Laurent Lavoisier probó que el agua no era un elemento sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En el 1804 en un ensayo científico el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista alemán Alexander von Humbolt lograron demostrar que el agua consistía de dos volúmenes de hidrógeno a un volumen de oxígeno como lo conocemos hoy por HO. Casi todo el hidrogeno en el agua tiene un peso atómico de 1. El químico americano Harold Clayton Urey, descubrió en el año 1932 la presencia del agua en una pequeña cantidad (1 parte en 6000) del supuesto pesado agua u óxido deuterio (deuterium oxide DO) Deuterio (deuterium) es el isótopo de hidrógeno con un peso atómico de 2. En el año 1951 el químico americano Aristid Grosse descubrió que el agua que ocurre de origen natural también contiene trazos diminutos de óxido de tritio (TO) y tritio es el isótopo de hidrogeno con un peso atómico de 3. En la figura 1-1 vemos que una molécula de agua consiste de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, los cuales están unidos a un ángulo de 105°. A pesar de que no aparezcan en la ilustración hay 2 pares de electrones en la parte baja que forman un ángulo similar al del plano perpendicular de esta vista. Es precisamente este arreglo asimétrico que se considera como parte de las muchas propiedades inusuales del agua, entre ella el hecho de que se expande cuando se congela.   

Propiedades del agua

Los cambios de temperatura que ocurren cuando se le añade calor al agua. De 0° C a 100° C le puedes añadir calor al agua sin cambiar su temperatura. Este “calentamiento latente” rompe con la unión entre las moléculas, pero no incrementa su energía Kinética. El agua pura es un líquido inodoro y sin sabor, esta tiene un destello de tinta  azul solo en las profundidades donde se encuentre. Bajo presiones atmosféricas estándares (760 mm de mercurio o 760 torr) el punto de congelación del agua es 0° C (32° F) y en su punto de ebullición es de 100° C (212° F). El agua obtiene su densidad máxima cuando llega a una temperatura de 4° C (39° F) y se expande cuando se congela. Al igual que otros líquidos el agua puede existir en un estado súper congelado, esto significa que puede permanecer en su estado líquido a pesar de que la temperatura esté bajo el punto de enfriamiento. El agua se puede enfriar fácilmente en -25° C (-13° F) sin tener que congelarse bajo las condiciones de un laboratorio o en la misma atmósfera. El agua que se súper enfríe se congelará si tiene disturbios y si la temperatura se minimiza o si un cristal de hielo u otra partícula se le añade a esta.

            Las propiedades físicas del agua se usan como estándares para definir las calorías y el calor latente en específico y en el sistema métrico con la definición original de la unidad e masa o gramo.

La unión de hidrógeno son uniones químicas que se forman entre moléculas que contienen el átomo de hidrógeno unido a un átomo electronegativo (un átomo que atrae electrones). Debido a que el átomo electronegativo hala el electrón del átomo de hidrógeno, los átomos forman una molécula muy polar, lo que significa que un extremo tiene carga negativa y el otro extremo tiene carga positiva. Las uniones de hidrógeno se forman entremedio de estas moléculas debido a que los extremos negativos de estas moléculas son atraídas hacia los extremos positivos de otras moléculas y viceversa. Las uniones de hidrógeno hacen que el agua forme líquido en una habitación en temperatura ambiente.

            El agua es uno de los mejores agentes ionizadores que conocemos. Esto se debe a que la mayoría de las sustancias son solubles en el agua y por eso se le llama el solvente universal. El agua se combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con óxidos de metales para formar ácidos, actúa como un catalítico en muchas reacciones químicas importantes.

                                                           Ocurrencia

            El agua es la única sustancia que ocurre en temperaturas ordinarias en los tres estados de materia: sólido, líquido y gas. En su estado sólido o hielo lo encontramos en glaciares, capas de hielo, en superficies acuáticas en invierno, en forma de nieve, granizo, vapor de agua congelado, en las nubes que forman hielo cristalizado. En su estado líquido ocurre cuando las nubes forman gotas de agua, en roció de la vegetación, ¾ partes de la superficie de la tierra está cubierta de agua en forma de pantanos, lagos, ríos y océanos. En su estado gaseoso o vapor de agua, ocurre en forma de neblina, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, la cual es el radio de la cantidad de de vapor que actualmente se encuentra presente en grandes cantidades en una temperatura dada.

El agua se da como humectante en la porción superficial de la tierra, en donde se almacena en los capilares del suelo. En este estado se le llama agua unificada y sus características son diferentes al agua gratuita. Bajo la influencia de la gravedad, el agua se acumula en rocas que habitan bajo la superficie de la tierra como una reserva de agua subterránea que le suple a pozos, manantiales, también sostiene el flujo de algunas corrientes de agua en periodos de sequia.

                                               El agua en la vida

            El agua es el mayor constituyente de la materia viviente. El 50 a 90 por ciento del peso de los organismos vivos es agua. Protoplasmas, la materia básica de las células de organismos vivientes consiste de una solución de agua en lípidos, carbohidratos, proteínas, sales y químicos similares. El agua actúa como solvente, transporta, combina y rompe químicamente estas sustancias. La sangre en los animales y la viscosidad de las plantas consiste de agua y sirve para transportar comida y remover desperdicios materiales. El agua juega un rol crucial en el quebrantamiento metabólico de moléculas esenciales como proteínas y carbohidratos. A este proceso se le conoce hidrólisis y es continuo en las células vivientes.

                                               Ciclo de agua natural

            La hidrología es la ciencia que estudia la distribución de agua en la tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustancias de ocurrencia natural y su relación vital con la tierra. El movimiento continúo del agua entre la tierra y la atmósfera se le conoce como el ciclo hidrológico. Bajo varias influencias en las que el calor predomina el agua se evapora de ambas el agua y la superficie terrestre, transpirándose desde las células de organismos vivientes. Este vapor circula a través de la atmosfera y es precipitado en forma de lluvia o nieve. Cuando cae en la superficie de la tierra, el agua sigue dos caminos; en cantidades que determinan la intensidad de la lluvia y la porosidad, permeabilidad, grosor y humedad previa contenida en el suelo donde una parte del agua de término superficial, fluye directamente en corrientes, llegando a océanos y cuerpos de agua, el agua restante se filtra en el suelo. Una parte de esa agua que se filtra se convierte en suelo húmedo, el cual se evapora directamente o se mueve hacia arriba a través de las raíces de la vegetación para ser transpiradas a través de las hojas. La porción de agua que sobrelleva las fuerzas de cohesión y adhesión en el suelo se hunde, acumulándose en la zona de saturación para formar reservas de agua subterránea, en donde la superficie se le conoce como tabla de agua. Bajo condiciones naturales, la tabla de agua aumenta intermitentemente en respuesta a rellenar o recargar y luego declina como resultado del drenaje continuo hacia salidas naturales como los manantiales.

                                                    Composición

            Debido a la capacidad de disolver numerosas sustancias en grandes cantidades, el agua pura ocurre raramente en la naturaleza.

Durante la condensación y la precipitación, la lluvia o la nieve absorben de la atmósfera varias cantidades de dióxido de carbono y otros gases, al igual que rastros de material orgánico e inorgánico. En adición la precipitación lleva una descarga radioactiva en la superficie de la tierra. En su movimiento en y a través de la corteza terrestre, el agua interactúa con minerales en el suelo y las rocas. Los constituyentes principales disolventes en la superficie y agua subterránea son: sulfatos, cloruros, bicarbonatos de sodio y potasio, óxidos de calcio y magnesio. El agua en las superficies puede contener agua de alcantarillados y desperdicios industriales, mientras que el agua subterránea de pozos llanos puede contener grandes cantidades de compuestos de nitrógeno y cloruros derivados de desperdicios animales y de humanos. El agua de pozos profundos generalmente contiene una solución de minerales. Casi todos los proveedores de agua natural potable para tomar, contiene varias cantidades de floruros. En algunos casos la cantidad apropiada de floruros en el agua para tomar puede reducir la degeneración dental.

El agua del mar contiene, en adición de cantidades concentradas de cloruro de sodio o sal, muchos otros componentes solubles que provienen de las aguas impuras de los ríos y corrientes que se depositan en el océano. Al mismo tiempo el agua pura se pierde en el proceso de evaporación y como resultado la proporción de las impurezas que llegan al océano aumentan su carácter salino.

                                              Purificación del agua

            Impurezas suspendidas y disueltas presentes en el agua de manera natural la hacen insuficiente para otros propósitos. Materiales orgánicos e inorgánicos objetables son removidos por estos métodos: filtración y sedimentación, para eliminar materiales suspendidos. El tratamiento del carbón se usa para la remoción de olores y sabores; la filtración y cloronizacion o irradiación se usan para matar micro organismos infecciosos.

            En la aireación o la saturación de agua con el aire, se pone en contacto el agua con el aire de tal manera que se produce una difusión máxima, que usualmente ocurre en el riego de agua en las fuentes de agua aéreas. La aireación remueve olores y sabores causados por la descomposición de materia orgánica, desperdicios industriales como phenols/penol, y gases volátiles como la clorina/cloro. También convierte el hierro disuelto y compuestos de manganeso, en metales de óxidos insolubles hidratados para expulsarlos de inmediato. La dureza en los cuerpos de agua es causada en gran parte por el calcio y las sales de magnesio y en pequeño modo por hierro, aluminio y otros metales. La dureza, producto de de los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se le llama dureza temporera y se remueve al hervir el agua, lo cual la esteriliza. Ese residuo de dureza se le llama no carbonado o dureza  permanente. Los métodos para suavizar esa dureza no carbonatada incluye la adición del carbonato de sodio y lima y la filtración a través de zeolitos naturales y artificiales; los cuales absorben la dureza del agua que producen metales iónicos para liberar iones de sodio al agua. Los agentes secuestrarios en los detergentes sirven para inactivar las sustancias que hacen que el agua se solidifique o se ponga dura. El hierro que causa un sabor desagradable en el agua se puede remover por el método de aireación y sedimentación o al pasar el agua a través de un filtro de zeolito que remueve el hierro, o la estabilización del hierro al añadírsele sales como poli fosfatos. Para el uso de esta aplicación en el laboratorio se destila el agua, o se desmineraliza, al pasarla por compuestos que absorben los iones.