El Agua

El Agua

En química, el agua es un compuesto formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Su fórmula molecular es H2O.

El agua cubre el 72% de la superficie del planeta Tierra y representa entre el 50% y el 90% de la masa de los seres vivos. Es una sustancia relativamente abundante aunque sólo supone el 0,022% de la masa de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

Se halla en forma líquida en los mares, ríos, lagos y océanos; en forma sólida, nieve o hielo, en los casquetes polares, en las cumbres de las montañas y en los lugares de la Tierra donde la temperatura es inferior a cero grados Celsius; y en forma gaseosa se halla formando parte de la atmósfera terrestre como vapor de agua.

Importancia y distribución Es fundamental para todas las formas de vida conocida. Los humanos consumen agua potable. Los recursos naturales se han vuelto escasos con la creciente población mundial y su disposición en varias regiones habitadas es la preocupación de muchas organizaciones gubernamentales.

El agua cubre tres cuartas partes de la superficie de la Tierra. El 3% de su volumen es dulce. De ese 3%, un 1% está en estado líquido, componiendo los ríos y lagos. El 2% restante se encuentra formando casquetes o banquisa en las latitudes próximas a los polos.

Características físicas El agua no tiene olor, sabor, ni color. Para obtener agua químicamente pura es necesario realizar diversos procesos físicos de purificación ya que el agua es capaz de disolver una gran cantidad de sustancias químicas, incluyendo gases.

Se llama agua destilada al agua que ha sido evaporada y posteriormente condensada. Al realizar este proceso se eliminan casi la totalidad de sustancias disueltas y microorganismos que suele contener el agua; es prácticamente la sustancia química pura H2O.

El punto de ebullición del agua a la presión de una atmósfera, que suele ser la que hay al nivel del mar, es de 100 °C, y su punto de congelación es de 0 °C. La densidad máxima del agua líquida es 1 g/cm3, alcanzándose este valor a una temperatura de 3,8 °C; la densidad del agua sólida es menor que la del agua líquida a la misma temperatura, 0,917 g/ml.

El agua tiene una tensión superficial muy elevada. El calor específico del agua es de 1 cal/°C·g.

El agua es considerada un disolvente universal, ya que es el líquido que más sustancias disuelve, por ser una molécula polar. Las moléculas de agua están unidas por puentes de hidrógeno.

El agua que es una molécula polar porque presenta polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa junto al oxígeno, compensada por otra positiva, repartida entre los dos átomos de hidrógeno; los dos enlaces entre hidrógeno y oxígeno no ocupan una posición simétrica, sino que forman un ángulo de 104° 45′. El agua es un termorregulador del clima, gracias a su elevada capacidad calorífica. Su elevada tensión superficial hace que se vea muy afectada por fenómenos de capilaridad.

Presenta un punto de ebullición de 100 °C (373 K) a presión de 1 atm. Tiene un punto de fusión de 0 °C (273 K) a presión de 1 atm. La temperatura crítica del agua(es decir aquella a partir de la cual no puede estar en estado líquido independientemente de la presión a la que esté sometida) es de 374ºC y se corresponde con una presión de 217,5 atmósferas. El agua pura no conduce la electricidad (agua pura es el agua destilada libre de sales y minerales) Es un líquido casi incoloro, inodoro e insípido. Estas son las propiedades organolépticas, es decir, las que se perciben con los órganos de los sentidos del ser humano. Se presenta en la naturaleza de tres formas, que son: sólido, líquido o gas. Tiene una densidad máxima de 1 g/cm3 a 277 K y presión 1 atm. Así, por cada centímetro cúbico (cm3) hay 1 g de agua. Forma dos diferentes tipos de meniscos: cóncavo y convexo. Tiene una tensión superficial, cuando la superficie de los líquidos se comporta como una película capaz de alargarse y al mismo tiempo ofrecer cierta resistencia al intentar romperla; esta propiedad contribuye a que algunos objetos muy ligeros floten en la superficie del agua. Posee capilaridad, que es la propiedad de ascenso, o descenso, de un líquido dentro de un tubo capilar. La capacidad calorífica es mayor que la de otros líquidos. El calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido, manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (100 °C, o 273 k). Calor latente de fusión del hielo a 0 °C: 80 cal/g (ó 335 J/g) Calor latente de evaporación del agua a 100 °C: 540 cal/g (ó 2260 J/g) Se cristaliza esponjosa (nieve) Tiene un estado de sobreenfriado, es decir, líquido a −25 °C Ayuda a regular el calor de los animales Tiene un elevado calor de vaporización, y una elevada constante dieléctrica. Proporciona flexibilidad a los tejidos. Tiene una gran fuerza de cohesión entre sus moléculas, y la fuerza de adhesión por los puentes de hidrógeno que son muy termolábiles.

Tratamiento del agua Artículo principal: Tratamiento de aguas En uno de los procesos básicos de purificación y tratamiento del agua que se realiza en plantas industriales, agregando hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio, que son agentes coagulantes; esto forma hidróxido de aluminio, que es más conocido como flóculo, que queda flotando en el agua. Este proceso se denomina floculación.

Contaminación del agua Artículo principal: Contaminación hídrica

El estado natural del agua puede ser afectado por procesos naturales; por ejemplo: los suelos, las rocas, algunos insectos y excrementos de animales. Otra forma como se puede cambiar su estado natural es artificialmente, fundamentalmente, por causas humanas; por ejemplo: con sustancias que cambien el pH y la salinidad del agua, producidas por actividades mineras.

La contaminación del agua ocurre en poblaciones que no tienen desagües, sistemas de disposición de excretas o deficientes procesos de recogida y almacenaje de desechos; y arrojar basuras y aguas fecales (o servidas) a los ríos.

Otra causa es el exceso de nutrientes: fertilizantes vertidos en agua, que origina algas en exceso, impidiendo la entrada de luz solar al lago o laguna, y la muerte de los peces. Sustancias tóxicas, como los metales pesados (plomo y cadmio), generan bioacumulación. Los residuos urbanos (aguas negras o aguas servidas), que contienen excrementos, también generan contaminación.

Ciclo del agua Artículo principal: Ciclo del agua El agua toma diferentes formas en la Tierra: vapor y nubes en el cielo, olas y témpanos de hielo flotante en el mar, glaciares en las montañas, acuíferos en el suelo, por nombrar algunos. A través de la evaporación, precipitación y escorrentía el agua se encuentra en continuo movimiento, fluyendo de una forma a otra en lo que es llamado el ciclo del agua.

Debido a la gran importancia de la precipitación para la agricultura y la humanidad en general, recibe diferentes nombres en sus diferentes formas: mientras que la lluvia es común en la mayoría de los países del mundo, otros fenómenos resultan sorprendentes al verlos por primera vez: granizo, nieve, neblina o rocío por ejemplo. Cuando se iluminan, las gotas de agua en el aire pueden refractar los colores del arco iris.

De manera similar, la escorrentía ha jugado un papel importante en la historia: los ríos y la irrigación acarrean el agua necesaria para la agricultura. Los ríos y los mares ofrecen oportunidades para el viaje y el comercio. Por la erosión, la escorrentía tuvo un papel importante en el moldeo del entorno, formando valles que proveen de tierra rica y suelo nivelado para el establecimiento de lugares poblados.

El agua también se infiltra en el suelo hasta los acuíferos. Este agua subterránea fluye después hasta la superficie en bocas de agua y pozos naturales, o más espectacularmente en géiseres. Este agua también se puede extraer artificialmente con norias y manantiales.

Porque el agua puede contener muchas sustancias diferentes, puede saber u oler de formas distintas. De hecho, el desarrollo de los sentidos permite evaluar la potabilidad del agua.

Estado sólido del agua Artículo principal: Hielo Al estar el agua en estado sólido, todas las moléculas se encuentran unidas mediante un enlace de hidrógeno, que es un enlace intermolecular y forma una estructura parecida a un panal de abejas, lo que explica que el agua sea menos densa en estado sólido que en el estado líquido. La energía cinética de las moléculas es muy baja, es decir que las moléculas están casi inmóviles.

Una de las peculiaridades del agua es que al congelarse tiende a expandirse y disminuir su densidad.

Es agua glacial sometida a extremas temperaturas y presiones criogénicas, que adquiere una alta capacidad subliminal, al pasar de sólida a vapor por la acción energética de los elementos que la integran —oxígeno e hidrógeno— y del calor atrapado durante su proceso de congelación-expansión. Es decir, por su situación de confinamiento a grandes profundidades se deshiela parcialmente, lo cual genera vapor a una temperatura ligeramente superior del helado entorno, suficiente para socavar y formar cavernas en el interior de los densos glaciales. Estas grutas, que además contienen agua proveniente de sistemas subglaciales, involucran a las tres fases actuales del agua, donde al interactuar en un congelado ambiente subterráneo y sin la acción del viento se transforman en el cuarto estado del agua: plasma semilíquido o gelatinoso.

Estado líquido del agua Cuando el agua esta en estado líquido, al tener más temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas, por lo tanto el movimiento de las moléculas es mayor, produciendo quiebres en los enlaces de hidrógeno, quedando algunas moléculas sueltas, y la mayoría unidas.

Estado gaseoso del agua Cuando el agua es gaseosa, la energía cinética es tal que se rompen todos los enlaces de hidrógeno quedando todas las moléculas libres. El vapor de agua es tan invisible como el aire; el vapor que se observa sobre el agua en ebullición o en el aliento emitido en aire muy frío, está formado por gotas microscópicas de agua líquida en suspensión, lo mismo que las nubes.

El agua en la vida diaria Todas las formas de vida conocidas dependen del agua. El agua es parte vital de muchos procesos metabólicos en el cuerpo. Cantidades significantes de agua son usadas durante la digestión de la comida. Sin embargo, algunas bacterias y semillas de plantas pueden entrar a un estado criptobiótico por un período de tiempo indefinido cuando se deshidratan, y vuelven a la vida cuando se devuelven a un ambiente húmedo.

Cerca del 72% de la masa libre de grasa del cuerpo humano está hecha de agua. Para su adecuado funcionamiento nuestro cuerpo requiere entre uno y tres litros de agua diarios para evitar la deshidratación, la cantidad precisa depende del nivel de actividad, temperatura, humedad y otros factores. El cuerpo pierde agua por medio de la orina y las heces, la transpiración y la exhalación del vapor de agua en nuestro aliento.

Los seres humanos requieren agua pobre en sales y otras impurezas. Entre las impurezas también se cuentan sustancias químicas o, en otro sentido, microorganismos perjudiciales. Algunos solutos son aceptables y hasta deseables para un sabor apropiado. El agua adecuada para beber se llama agua potable.

Agua dura Artículo principal: Agua dura Existe el tipo de agua llamada agua dura, la cual alberga minerales, como son mayores cantidades de carbonatos de calcio y magnesio y sulfatos principalmente, de sulfuro, azufre y hierro, que lleva en si un tanto del óxido rojizo, más aún es bien empleada en el uso cotidiano, incluyendo el consumo, aunque no tenga la nitidez del agua purificada; por consiguiente, el agua dura, dependiendo de los niveles de minerales, tiene sabor y puede ser ligeramente turbia.

También se debe a la presencia de sales cálcicos y magnésicas cuya presencia (dureza temporal) suele producir depósitos de sarro en las teteras y otras superficies en contacto con el agua dura.

Para “mejorar” sus cualidades y hacer del agua dura, agua que no manche con óxido o con sarro se utilizan ablandadores de intercambio iónico, ablandadores de resina regenerable con sal (ablandador) en aparatos especialmente diseñados para el proceso de ablandamiento.

El agua dura puede ser sacada directamente de pozos, dependiendo de la tierra; por lo general, el agua dura no pertenece a una red citadina de distribución, sino que es un recurso del campo. Una forma de cuantificar la dureza total del agua, es sumar la dureza cálcica (concentración de masa de cationes cálcicos Ca2+ en el agua) y la dureza magnésica (concentración de masa de cationes magnésicos Mg2+ en el agua). Mientras más alto el valor de la dureza total, más dura es el agua.

Uno de los métodos más modernos para purificar agua es la ósmosis reversa u inversa.

Un recurso escaso Debido al crecimiento de la población humana y otros factores, la disponibilidad del agua potable por persona está disminuyendo. Este problema podría resolverse obteniendo más agua, distribuyéndola mejor o desperdiciándola menos.

El agua es un recurso estratégico para muchos países. Se han peleado muchas guerras, como la Guerra de los seis días en el Medio Oriente, para poder obtener un mejor acceso al agua. Se prevé más problemas de este tipo en el futuro por la creciente población humana, contaminación y calentamiento global.

El World Water Development Report (informe mundial del desarrollo del agua) de la UNESCO (2003) de su World Water Assessment Program (Programa mundial para la estimación del agua) indica que en los próximos 20 años, la cantidad de agua disponible para todos decrecerá en un 30%. El 40% de los habitantes del mundo actualmente no tiene la cantidad mínima necesaria para el mínimo aseo. Más de 2,2 millones de personas murieron en el año 2000 por enfermedades relacionadas con el consumo de agua contaminada o por ahogamiento. En 2004 el programa de caridad enfocado al agua Water Aid? del Reino Unido informó que un niño muere cada 15 segundos debido a las enfermedades relacionadas con el agua que podrían fácilmente evitarse.

Posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua Posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua: producir más, distribuirla mejor y desperdiciarla menos. Hervirla y destilarla. Existen otras técnicas más avanzadas, como la ósmosis inversa.

Distribuirla mejor: La distribución del agua se lleva a cabo por medio de los sistemas de agua municipales o como agua embotellada. Algunos países tienen programas para distribuir el agua a los más necesitados libre de cargos. Cabe también resaltar la preocupación cada vez mayor por sustentar mecanismos de medición del agua que se consume en los países en desarrollo con el fin de tener un mayor control sobre su consumo y sobre el transporte del líquido elemento hacia los consumidores.

Reutilizarla: El agua (H2O) es la misma molécula, tanto en el agua potable como en las aguas servidas, la de las cloacas, para ser claros. La diferencia está, y no es poca cosa, en las sustancias, orgánicas o inorgánicas disueltas y trasportadas en suspensión por ésta. Por lo tanto, el agua puede ser en teoría, reutilizada infinitamente, y de hecho, en eso se basa justamente el “ciclo del agua”. Por lo tanto, si el agua la devolviéramos a la naturaleza, en un estado de pureza suficiente para que los mecanismos naturales de depuración pudieran limpiarla, la disponibilidad del recurso hídrico mejoraría. Desde un punto de vista político, el agua podría llegar a ser declarado un derecho humano, [1] y algunos países como Uruguay o España han dado pasos en ese sentido al declararlo un bien colectivo [2] o de dominio público.

El agua en la cultura humana El agua es considerado purificador en muchas religiones, incluyendo el Cristianismo, el Islam y el Judaísmo. Por ejemplo, el bautizo en las iglesias cristianas se lleva a cabo con agua. También un baño ritual con agua pura se celebra para los muertos en muchas religiones incluyendo el Judaísmo y el Islam. En el Islam, el Salah diario solo se puede hacer después de la Ablución que consiste en lavarse partes del cuerpo con agua limpia. En el Shinto, el agua se usa en casi todos los rituales para purificar a una persona o lugar.

Al agua se le da poderes espirituales en muchas ocasiones. En la mitología celta, Sulis es la diosa local de las aguas termales; en la cultura hindú, la Ganga es personificada como una diosa. Alternativamente, los dioses pueden ser patrones de algunas aguas, ríos o lagos; en la mitología griega y romana, Peneus era un dios de un río.

Empédocles, un filósofo griego, sostenía que el agua era uno de los cuatro elementos clásicos junto con el fuego, la tierra y el aire, y era la materia primordial del Universo o ylem. En la teoría de los cuatro humores corporales, el agua se asocia con el phlegm. El agua también era uno de los Cinco elementos en el Taoísmo chino, junto con la tierra, el fuego, la madera y el metal,

La Fundación Nueva Cultura del Agua es una entidad fundada por dos universidades, la Universidad de Zaragoza y la Universidad Politécnica de Valencia junto a un grupo de personas que promueven una Nueva Cultura del Agua.

¿Agua que desafía la humedad? Por definición el agua se mezcla fácilmente con otra de su clase; brazos abiertos (puentes) de hidrógeno se enlazan con el oxígeno de otros radicales hidroxilos (OH). Esta es la propia definición de “humedad”. Pero científicos del PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) han observado una primicia: una monocapa de agua (hielo que ha crecido en una oblea de platino) que repele capas subsecuentes de hielo que entran en contacto con ella.

Las interacciones del agua con superficies son ubicuas en la naturaleza y desempeñan un papel importante en muchas aplicaciones tecnológicas tales como la catálisis y la corrosión.

Se había asumido que un extremo de la molécula de agua se enlazaría con el metal, y al otro extremo estarían estos conocidos puntos para la formación de puentes de hidrógeno con los átomos en la próxima capa de agua.

Los investigadores usaron una técnica que utiliza criptón para sondear superficies metálicas y capas de agua en esas superficies. Encontraron que la primera capa de agua, o monocapa, humedecía la superficie de platino como habían esperado, pero las capas subsecuentes no mojaron la primera. En otras palabras, la primera capa de agua es hidrofóbica.

Esta agua que rechaza al agua en el metal es más que una curiosidad, y constituirá una sorpresa para muchos especialistas que han asumido que las películas de agua cubren uniformemente las superficies.

Se han hecho cientos de experimentos en películas delgadas de agua formadas en superficies de metal para aprender cosas acerca de cómo estas películas afectan a las moléculas con las que entran en contacto, y qué papel tienen en estas interacciones el calor, la luz y la radiación de alta energía. [3]


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