AGUA Y SOLUCIONES ACUOSAS

Hasta aquí hemos incluido en la red de ideas interconectadas la ley periódica, el principio de singularidad, el efecto diagonal, el efecto del par inerte y la división metal-no metal (ver Figura 9.18). Ahora nos gustaría añadir un sexto componente, un conocimiento de la química acuosa ácido-base de los óxidos y sus correspondientes hidróxidos. Para hacer esto, primero deberemos hablar del agua y de las soluciones acuosas.

El agua es sin duda alguna el compuesto más importante del oxígeno, es decir, el óxido más importante. La comprensión de su estructura y de sus propiedades es fundamental para el entendimiento no sólo de la química, sino Je toda la naturaleza. Cuando tengamos la tentación de pensar que la raza lumana tiene un gran almacén de conocimientos sobre la naturaleza debemos •ecordar con humildad que hasta que los experimentos de Cavendish en torno i 1760 pusieron de manifiesto que^el agua era un compuesto que contenía lidrógeno, todavía se creía que el agua yunto con el familiar fuego, tierra y lire) era uno de los cuatro elementos fundamentales que componían todas las ustancias (inanimadas).

Estructura de la molécula de agua

La Figura 11.1 muestra la estructura de Lewis, la geometría deducida por la teoría de la repulsión de los pares de electrones de i capa de valencia IVSEPR), y la representación del agua por la teoría de nlace de valencia (VBT). Los seis electrones del átomo de oxígeno, junto con >s dos electrones de. los átomos de hidrógeno se organizan para dar la familiar .tructura de Lewis de la Figura 11. lu donde el oxígeno ha conseguido un ctete de electrones.

Todos sabemos que el agua es una molécula angular. (¿Desde hace cuánto etnpo crees que se sabe esto? ¡La respuesta es desde hace sólo setenta y cinco ios!) ¿Cómo nos dimos cuenta de esta estructura angular? No podemos usar estructura de Lewis porque sólo tiene en cuenta los electrones y racionaliza ia fórmula particular, pero no predice su forma. Normalmente se establece ia estimación rápida y fiable de la geometría molecular utilizando la teoría SEPR. Los cuatro pares de electrones (dos enlazantes y los otros dos no

Figura

Representaciones de los enlaces de una molécula de agua. (í¡) La estructura de Lewis que muestra un octete de electro¬nes alrededor del átomo de oxígeno, (b) Representación se¬gún la teoría de VSEPR con cua¬tro pares de electrones alrededor del oxígeno ordenados tetraédri-camente para minimizar las re-pulsiones elecfrón-electrdn. fe) Los pares no enlazantes se repe¬len y obligan a los pares enlazan¬tes a comprimir el ángulo H—O—H de 109,5 a 104,5'. (d) La representación de la teoría de enlace de valencia muestra cua-tro orbitales i'p: alrededor del oxígeno. Dos de éstos contienen los pares de electrones no enla-zantes, mientras que los otros dos contienen pares enlazantes.

Se sitúan en un tetraedro para minimizar las repulsiones electrón-electrón como se muestra en la Figura 11.Ib. El ángulo básico del tetraedro de 109,5° se comprime ligeramente debido a la presencia de los dos pares no enlazantes, así que el ángulo H—O—H del agua es algo menor de 109,5°. Remarcamos que los pares no enlazantes, que sólo están atraídos por un núcleo, tienden a repelerse y ocupar más volumen que los pares enlazantes, que están atraídos tanto por los núcleos del hidrógeno como por el del oxígeno. La organización resultante con un ángulo de enlace H—O—H expe¬rimental de 104,5° se muestra en la Figura C

En una aproximación de la teoría de enlace de valencia (VBT), la Figu¬ra 11.Id muestra el resultado del solapamiento de los orbitales de valencia de los átomos constituyentes de la estructura. Aquí tanto el orbital 2s como los tres 2p del oxígeno sufren una hibridación para formar cuatro orbitales híbridos sp3. Dos de estos híbridos contienen dos pares de electrones sin compartir, y dos contienen a los electrones enlazantes que forman los enlaces con los átomos de hidrógeno. Los dos pares de electrones sin compartir ocupan de nuevo más espacio que los

pares enlazantes resultando un ángulo de enlace H—O—H de 104,5'.

El agua es un compuesto polar. Como la electronegatividad del oxígeno es mayor que la del hidrógeno, cada enlace O—H es covalente polar; es decir, el par de electrones es compartido por los dos átomos, aunque no con la misma intensidad. El par de electrones está más cerca del oxígeno, resultando una carga parcial negativa (<i~) en el átomo de oxigeno, y la correspondiente carga parcial positiva (c> + ) en el átomo de hidrógeno como se muestra en la Figura ll.2a. Recuerda que la polaridad resultante de un enlace se representa por una flecha apuntando hacia el átomo más electronegativo. Se dice que dicho enlace posee un momento dipolar donde los centros de carga positiva

Figura 11.2. (a) Enlace O—H mosirando las electronegativiáades relativas, la posición del par de electrones compartidos, las cargas parciales resultantes, y e) %ector que représenla el momento dipolar. (/T) Los dos momentos individuales diputares O—H se suman vectorialmente para pro¬ducir un momento dipolar no nulo, y como consecuencia, la molécula es polar.

y negativa son dos polos distintos, o puntos en e: espacio. De acuerdo con esto, se dice que el enlace O—H posee un momento dipolar dirigido hacia el átomo de oxígeno como se muestra en ¡a figura. Se ha confirmado que el agua es un compuesto polar: cuando los dos momentos dipolares O—H se suman vectorialmente se obtiene el momento dipolar

neto representado por una doble flecha mostrada en la Figura 11.26. Si la molécula hubiera sido lineal, los dos momentos dipolares se habrían anulado el uno al otro, el momento dipolar neto habría sido cero, y la molécula sería apelar.

Hielo y agua líquida

¿Qué ocurre cuando un gran conjunto (como e¡ número de Avogadro) de moléculas de agua se presentan en fase sólida, líquida o gaseosa? Para res¬ponder a esta pregunta comenzaremos considerando la estructura del hielo, mostrada en la Figura 11.3. Cada molécula de agua en el hielo está unida con el resto mediante enlaces de hidrógeno (dibujados como líneas discontinuas). Ahora vamos a recordar de nuevo una materia que en la mayoría de los cursos introductorios a la química se omite. Recuerda que '3? fuerzas intermoleculares entre moléculas polares se llaman fuerzas dipolo-dipolo. Si la molécula polar tiene un enlace covalente entre el átomo de hidrógeno y un átomo electrone¬gativo como el flúor, oxígeno, nitrógeno e incluso cloro, las fuerzas dipolo-dipolo sobre dichas moléculas son lo suficientemente fuertes para ser designa¬das con un nombre especial: enlaces de hidrógeno. Dado un conjunto de moléculas que contienen enlaces H—X, la intensidad del enlace ¡ntermolecular de hidrógeno entre ellos es mayor cuando X es flúor (F). y disminuye en e! siguiente orden F, O, N hasta el Cl. Para recordar este orden, hay una regla nemotécnica conocida como la «regla FONC1 (se pronuncia foncul)» y se define como sigue: los enlaces de hidrógeno aparecen entre moléculas que contienen enlaces H—X (donde X = F. O, N y Cl) y su intensidad disminuye del F al O, N y por último al Cl.

Fíjate en que la combinación de la estructura angular de cada molécula de agua y de la naturaleza lineal, o casi linea!, de los enlaces de hidrógeno.

Figura 1J.2. (a] Enlace O—H mostrando las e)ectroneg3í;v:¿ides relativas, h posición de! par de electrones compartidos, las cargas parciales resultantes, y t. '.sóror que representa el momento dipolar. (b) Los dos momentos individuales dipolarcs O—H se suman vectoríalmeme para pro¬ducir un momento dipoiar no nulo, y como consecuencia, h ~?'écul2 es polar.

y negativa son dos poios distintos, o puntos en e: espacio. De acuerdo con esto, se dice que el enlace O—H posee un morr.e-:o dipolar dirigido hacia el átomo de oxígeno como se muestra en la figura. Se ha confirmado que el agua es un compuesto polar: cuando los dos momentos dipolares O—H se suman vectorialmente se obtiene el momento dipolar ne;c- representado por una doble flecha mostrada en la Figura 11.26. Si la molécula hubiera sido lineal, los dos momentos dipolares se habrían anulado el uno ai otro, el momento dipolar neto habría sido cero, y la molécula sería apolar.

Hielo y agua líquida

¿Qué ocurre cuando un gran conjunto (como s. número de Avogadro) de moléculas de agua se presentan en fase sólida, h'qjida o gaseosa? Para res¬ponder a esta pregunta comenzaremos considerando la estructura del hielo, mostrada en la Figura 11.3. Cada molécula de agua en el hielo está unida con el resto mediante enlaces de hidrógeno (dibujados como líneas discontinuas). Ahora vamos a recordar de nuevo una materia que ea la mayoría de los cursos introductorios a la química se omite. Recuerda que las fuerzas intermoleculares entre moléculas polares se llaman fuerzas dipolo-dlpolo. Si la molécula polar tiene un enlace covalente entre el átomo de hidrógeno y un átomo electrone¬gativo como el flúor, oxígeno, nitrógeno e incluso cloro, las fuerzas dipolo-dipolo sobre dichas moléculas son lo suficientemente fuertes para ser designa¬das con un nombre especial: enlaces de hidrógeno.

Dado un conjunto de moléculas que contienen enlaces H—X, la intensidad del enlace intermolecular de hidrógeno entre ellos es mayor cuando X es flúor (F). y disminuye en el siguiente orden F, O, N hasta el Cl. Para recordar este orden, hay una regla nemotécnica conocida como la «regla FONC1 (s? pronuncia foncul)» y se define como sigue: los enlaces de hidrógeno aparecen entre moléculas que contienen enlaces H—X (donde X = F. O. N y Cl) y su intensidad disminuye del F al O, N y por último al Cl.

Fíjate en que la combinación de la estructura angular de cada molécula de agua y de la naturaleza lineal, o casi lineal, de los enlaces de hidrógeno.

Figura 11.3. La estructura del hielo. Enlaces de hidrógeno dibujados con líneas discontinuas

HX—H (en el caso del agua X = O), nos lleva a una estructura del hielo

Caracterizada por unas cavidades hexagonales bastante grandes. La forma de los copos de nieve, ejemplo mostrado en la Figura 11.4, refleja la simetría hexagonal a nivel molecular. Cuando el hielo se derrite, algunas moléculas de agua se separan de la estructura del hielo y rellenan las

cavidades hexagonales, lo que conlleva un aumento de densidad (en el punto de fusión) del agua líquida frente al hielo. Este incremento de la densidad en la fusión es muy inusual. (También deberías recordar que esta diferencia de densidad implica una inusual pendiente negativa para la línea de equilibrio sólido-líquido en el diagrama de fases del agua y. no accidentalmente, aumenta la popularidad de algunos deportes como el patinaje artístico, el hockey, y la pesca en hielo.)

El agua líquida se dibuja como una mezcla de moléculas donde hay: 1) «grupos»2 de moléculas unidas por enlace de hidrógeno como en el hielo, y 2) moléculas libres o no unidas por enlace de hidrógeno. En un momento

dado, una mole'cula puede encontrarse en medio de algún «grupo», mientras que en el momento siguiente, la misma molécula puede encontrarse en otro «grupo» distinto. Incluso más tarde podría encontrarse «libre», sin formar parte de ningún «grupo». A este modelo de «grupos» que fluctúan de un sitio a otro del líquido, a veces se le conoce como modelo del racimo grupo fluctitante del agua liquida, que está representado en la Figura 11.5. El número de «grupos», así como el número de moléculas por «grupo» disminuye cuando la temperatura aumenta. Algunos «grupos» permanecen incluso en la fase de vapor del agua.

Figura lf.5. Modelo del grupo fluctuante del agua líquida. Una mole'cula dada (señalada) está (u) en el medio de un grupo en el tiempo tf, (b) en el borde de otro grupo distinto en un tiempo r, y (f) libre en el tiempo t¡. Estas moléculas de agua se muestran relativamente estacionarias en el espacio entre un momento y otro. En realidad, cada una se movería (traslación y rotación) más de lo que se muestra aquí.

Los enlaces de hidrógeno son las fuerzas intermoleculares más fuertes. Es necesaria más energía para romper estos enlaces que para hacerlo en otros tipos de fuerzas intermoleculares, y de ahí que el agua tenga un calor de fusión, calor de evaporización y una capacidad calorífica inusualmente alta. Además ya deberías estar familiarizado con el acusado efecto de los enlaces de hidró¬geno en los puntos de ebullición de varios hidruros mostrados en la Figu¬ra 11.6. Los puntos de ebullición inusualmente altos del agua, amoníaco, y del fluoruro de hidrógeno se deben a la presencia de los enlaces de hidrógeno que necesitan romperse para convertir el líquido en gas. Fíjate en que el punto de ebullición del HCi es también ligeramente más alto, hecho por el que el Cl se incluye en la regla del FONCI. ~

Solubilidad de las sustancias en agua

¿Por qué Priestley tuvo éxito en la obtención de gases que no habían encon¬trado aquellos que le habían precedido? Recuerda de la primera sección

del capítulo que sólo el aire común, dióxido de carbono, y el hidrógeno se co-

Figura 11.6. Puntos de ebullición de los hidruros de ios elementos de los Grupos 4A, 5A, 6A y 7 A. Nota que los puntos de ebullición del HF. H,Ó, NH3 y HCI son más elevados de !o esperado basándonos en su peso molecular.

nocían antes de que Priestley comenzara su trabajo. Por otro lado, él pudo gene¬rar, recoger y caracterizar un número de gases (NH3, HCI, H,S, NO, y SO, entre otros) que, como se vio posteriormente, eran solubles en agua pero insolu-bles en el mercurio líquido que Priestley utilizaba muy a menudo. Esto nos lleva a considerar la cuestión de por qué el agua es tan buen disolvente para tantas sustancias y cómo racionalizar las solubilidades en agua de diferentes solutos. La regla general para predecir la solubilidad de distintos solutos covalentes es la familiar «semejante disuelve a semejante». Los solutos polares se disuel¬ven en disolventes polares (como el agua), .y los solutos apolares se disuelven en disolventes apolares, pero los polares no se disuelven en apolares y vice¬versa. ¿Cuál es el porqué de ésto? (Vimos un avance en el capítulo anterior cuando hablamos sobre la deuterización de varios compuestos.) Los enlaces de hidrógeno son fuerzas intermoleculares fuertes, y las moléculas de agua se asocian entre ellas y excluyen a las moléculas de soluto, a no ser que dicho soluto pueda formar enlaces de hidrógeno o fuertes fuerzas dipolo-dipolo con las moléculas de agua. Esta situación se ha ejemplificado utilizando oxígeno y amoníaco en la Figura 11.7. En la Figura 11.7a las moléculas apolares del oxígeno no pueden formar enlaces de hidrógeno con las moléculas polares de agua, quienes se asocian entre sí mediante enlaces de hidrógeno. Las moléculas de oxígeno son excluidas, y por eso el gas es insoluble. En la Figura 11.7/>, las -moléculas polares de amoníaco (deberías poder verificar la estructura del NH3) son capaces de

participar en los enlaces de hidrógeno con el agua. Debido a esto, el amoníaco se introduce en la estructura del agua, y por eso es soluble.

Figura 11.7. Diagrama que mucura (a) la insolubilidad relativa de las moléculas de O2 y (b} la solubilidad de ias moléculas cíe KH, en acua líquida. El O; no forma enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, mientras que el NH3 sí.

La solubilidad de los sólidos es algo más complicada. Los sólidos apelares, como se esperaba, no se disuelven en agua. Deberíamos esperar que los sólidos polares, incluyendo los sólidos iónicos, fueran umversalmente solubles en agua. Pero éste no es el caso. La solubilidad de un sosuio iónico se determina por un balance bastante difícil depredecir entre la energía necesaria para romper la red de los iones en el sólicfo (energía reticular) y la energía liberada cuando ios iones se asocian, o se hidratan, por las moléculas de agua (energía de hidratación). Mientras que ambas energías dependen de la densidad de carga (ver Capítulo 8, pág. 234, y el Capítulo 9, pág. 270), el balance entre ellas es muy sensible, y sus detalles son más propios de la ñsico-química que de la química inorgánica. Es importante, sin embargo, tener alguna noción de qué sólidos son solubles en agua y cuáles no. La Tabla 11.2 proporciona una pequeña guía para memorizar.

Tabla 11.2. Algunas reglas generales de solubilidad en agua para solutos iónicos comunes.

1. Todos los hidróxidos del Grupo 1A (metales alcalinos) son so!»bles (LiOH. NaOH. KOH.

RbOH y CsOH). De los hidróxidos del Grupo 2A (metales alcalinoíérreos), sólo es soluble el

hidrdxido de bario [BalOHíJ. £1 hidrdxido de calcio es ligeramente soluble [Ca(OH);]. E!

resto de los hidróxidos son insolubles.

2. La mayoría de los compuestos que contienen cloruros íCl'u bromuros (Br") o yoduros (I~j

son solubles. La excepción son aquellos que contienen iones Ag~, Hg;"1" y Pb2 + .

3. La mayoría de los sulfatos son solubles- El sulfato de calcio (CaSOA) y sulfato de piata

(Ag2SO4) son ligeramente solubles. E! sulfato de bario iBuSCh), sulfato de mercurioílli

(HgSOj y sulfato de plomoi'ÍIf (PbSO4) son ¡molubles.

4. Todos los compuestos que condonen nitratos (NOJ), cloratos 'ClO^"t y percloratos (ClOj )

son solubles.

5. Todos los carbonates (COj"). fosfatos (PO^'Í, sulfuros {S2~f y sofitos (SO¡~) son insolubies.

excepto los de amonio (NH^"J y metales alcalinos.

6. Todos los compuestos de amonio (NH4~) son solubles.

7. Todos los compuestos de metales alcalinos son solubles.

Fuen/e; R. Chang, Química general 3.a ed.. McGraw-Hil], Nueva York. 1988, pág. 456.

¿Qué ocurre cuando un sólido iónico se disuelve en agua? Considera 1 disolución de cloruro de sodio como muestra.la Figura 11.8 como ejeniol representativo. El sólido NaCl(s) es una formación regular o una red cristalina de iones sodio y cloruro alternados. (Ver Capítulo 7 para los detalles de las redes cristalinas.) Las moléculas de agua sitúan sus átomos de hidrógeno parcialmente positivos alrededor de un anión cloruro en un extremo de la red y el conjunto de estas interacciones es superior energéticamente al de las interacciones iónicas entre el cloruro y sus vecinos los cationes sodio. El anión cloruro está hidratado, es decir, rodeado de moléculas de agua, y ocupa un lugar en la estructura de ésta. En el otro extremo de la

red, los cationes sodio son análogamente atacados por moléculas de agua que ahora orientan sus oxígenos parcialmente negativos hacia el catión. Una vez hidratados los ca¬tiones sodio, éstos también se incorporan a la estructura del agua. Para el NaCl, la energía de hidratación liberada cuando los iones sodio y cloruro están rodeados por moléculas de agua, debe ser mayor que la energía necesaria para iimerar la enerm'a reticular eme une todo el cristal de cloruro de sodio.

Figura 11.8. Interacción del aj-.;a con una sección de una red cristalina de cloruro de soaio. u?s cationes y los aniones se separan de la red y se incorporan a la estructura del agua. Los iones hidratados sodio y cloruro se representan respectivamente como Na*(agí y C\~(aq).

Autoioni/ación del agua

Antes de abandonar el tema de 3as propiedades del agua y de las soluciones acuosas, deberíamos hablar sobre su autoionización. Recuerda la definición de

Bronsted-Lowry de ácidos y bases en términos de dadores y aceptores de protones respectivamente. El agua es una sustancia anfotera; es decir, puede actuar indistintamente como ácido o base como se muestra en la Ecuación (11.7). Fíjate que el agua puede actuar de ambas maneras: como dador de un protón (ácido) o como aceptor de un protón (base). De la forma en que se muestra en la Figura 11.9, los iones hidronio (H3O+) e hidrófilo (OH~) resultantes están hidratados de un modo.simüar al de los iones sodio y cloruro:

H'

* 1

La Ecuación (11,7) tiene una constante de equilibrio (a menudo llamada KJ de aproximadamente 1,0 x 10"'4 (a 298 K). y un simple cálculo de equilibrio ácido-base nos da el resultado en agua pura [H3O*] = [OH"] = 1,0 x 10~7. De aquí deducimos que el pH ( —log[H30~] = [~log[H~]) del agua es siete a temperatura ambiente. Por tanto, la Ecuación (11.7) es la base de la escala pH tan comúnmente presentada en la química general. Cualquier sustancia que aumente la concentración de iones H3O' produce un pH menor que siete y es un ácido. Cualquier sustancia que disminuya la concentración de iones hidronio o aumente la de iones hidroxilo produce un pH mayor que siete y es una base. Fíjate en que el

pequeño valor de Kw indica que el proceso de autoionización sólo ocurre en cantidades muy pequeñas. Otro modo de ver la baja concentración de iones hidronio que hay en el agua pura es observar que la concentración de moléculas de agua en agua pura es 55,6 M, y de ahí que por cada ion hidronio hay (55,6/1,0 x 10~7 = ) 556 millones de moléculas de agua.

Tal vez has visto la Ecuación (11.7) de una manera ligeramente distinta. A veces la autoionización del agua se representa como indica la Ecuación (11.8)

Esto es una simplificación de lo que ocurre realmente en la solución. Fíjate en que el ion hidrógeno o protón no existe libre en disolución acuosa. Habla¬mos de las razones de esto cuando consideramos los hidruros covalentes en el Capítulo 10. La densidad de carga de un protón libre (y por tanto su poder de polarización) es tan grande que inmediatamente forma un enlace covalente con cualquier otro que esté presente, en este caso con las moléculas de agua. El resultado es el ion H3O" o alguno aún más complejo. De las

soluciones de ácidos fuertes como HBr o el HC1O4. se han aislado los cationes H5OÍ, H7O^ y H9OJ. Estos corresponden a entre 1 y 3 moléculas de agua del tipo etique¬tado como (i) en la Figura 11.9a que se aislan con el ion hidronio. Muy a menudo usaremos H3O+ para representar las especies acidas en solución acuosa, pero es más importante darse cuenta que incluso así es más que una sobresimplificación.

11.3. EL CARÁCTER ACIDO-BASE DE ÓXIDOS E HIDROXIDOS EN SOLUCIÓN ACUOSA

Óxidos: expectativas generales a partir de la red de ideas interrelacionadas

El oxígeno forma compuestos con todos los elementos excepto con el helio, neón, argón y kriptón. Reacciona directamente con todos los elementos excepto con los halógenos, algunos metales nobles como la plata y el oro y con los gases nobles. La Tabla 11.3 muestra los óxidos binarios más importantes de los elementos representativos. Como se supone debido a nuestras anteriores exposiciones de la red de ideas (Capítulo 9) y de los hidruros (Sección 10.5), no nos sorprende encontrar una tremenda variedad de tipos de enlaces en los óxidos. Como indica la Tabla 11.3. los óxidos de los metales son sólidos iónicos, mientras que los óxidos de los no metales forman moléculas discretas, covalentes, líquidas y gasesosas. Los óxidos de los no metales más pesados y de los semimetales tienden a ser sólidos poliméricos covalentes. Los óxidos de los metales de transición a veces son no estequiométricos. (Ver el Capítulo 7. página 216. para obtener más datos de este último tipo de compuestos.)

¿De qué otro modo podemos esperar que la red de ideas sea aplicable a los óxidos? Piensa primero en el principio de singularidad. Incluso con nuestra limitada experiencia podemos anticipar que los compuestos de oxígeno mos¬trarán un

elevado grado de carácter covalente y una marcada tendencia a formar enlaces it (con los orbitales p del oxígeno, pero no con los d). Sobre la base del efecto del par inerte, suponemos que los elementos más pesados de los Grupos 3A, 4A, 5A y 6A tenderán a formar óxidos con un estado de oxidación inferior en dos unidades al número de grupo. Finalmente, no nos sorprenderá encontrar esa variedad en las propiedades de los óxidos', como muestra la Tabla 11.3 ni que las propiedades ácido-base de los óxidos en solución acuosa, estén muy relacionadas con la posición respecto a la división metal-no metal. La mayor parte de los detalles sobre los óxidos se discuten en ios temas de los elementos representativos de cada grupo que encontrarás en los Capítulos del 12 al 19.

Fíjate en que el óxido con carga —2 ataca y forma un enlace con el átomo de hidrógeno, parcialmente positivo, de la molécula de agua. La consiguiente ruptura (representada por í en el enlace) del enlace O — H produce dos iones hidroxilo. La constante de equilibrio de la Ecuación (11.91 es superior a 1022. por eso la reacción se desplaza a la derecha. Tomando como ejemplo el óxido de sodio, la reacción completa de un óxido iónico con el agua se representa en la Ecuación (11.10):

Un modo de pensar en el proceso es como una secuencia desde el óxido metálico hasta el hidróxido metálico, el cual se disocia en iones hidroxilo í iones metálicos acuosos. Por consiguiente, el óxido de sodio que es un óxido básico, produce el hidróxido de sodio básico en disolución acuosa. La Ta¬bla 11.5

muestra algunos de los óxidos básicos más comunes y sus bases correspondientes. Fíjate que cuanto mayor sea el grado del carácter iónico del óxido, más básico es. En la próxima sección veremos la naturaleza de los hidróxidos metálicos y estudiaremos por qué se disocian para producir catio¬nes metálicos y aniones hidroxilo acuosos.

Los óxidos de los no metales reaccionan con el agua para producir los llamados oxiácidos u oxoácidos, que son ácidos que contienen al grupo

NM — O — H, donde NM = no metal. Un óxido no metálico normalmente se caracteriza mejor por un enlace covalente polar que por un enlace iónico como en los óxidos de los metales. Como se representa generalmente en la Ecua¬ción (11.11), un átomo de oxígeno parcialmente negativo de la molécula de agua atacará al átomo del no metal parcialmente positivo al mismo tiempo :

Aguas Duras:

Las aguas duras contienen iones calcio y/o magnesio. Las aguas blandas no. En concreto, los iones calcio se encuentran en el agua por la disolución del carbonato de calcio en presencia de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se encuentra en el suelo superficial debido a la actividad bacteriana. Como el agua de la lluvia se filtra a través del suelo superficial, disuelve y transporta el CO, con ella hasta encontrar un depósito de CaCO3. El CaCO, se disuelve en un proceso de formación de bicarbonato, como.se muestra en la Ecua-- ción (13.17):

Si hay un depósito concentrado de carbonato, se disolverá formando una gruta caliza, o si se derrumba, un socavón como los que han originado tantos problemas en Florida hace pocos años.

Las aguas duras producen grandes problemas en nuestra sociedad por dos razones. La primera es que cuando se calienta, el carbonato de calcio puede precipitar en la tetera, en el calentador de agua, en las cañerías del agua caliente o en el hervidor. La reacción se representa en la Ecuación (13.18):

Observa que el ion bicarbonato acuoso, cuando se calienta, reacciona como un ácido o como una base para producir, bien el ion carbonato, bien

ácido carbónico, que se représenla con más propiedad.como dióxido de car¬bono disuelto en agua. (¿Has observado alguna vez las-pequeñas burbujas de dióxido de carbono que se forman cuando el agua se calienta, antes de hervir?) Los iones carbonato resultantes se combinan con los iones calcio para preci¬pitar carbonato de calcio en forma de escamas o depósitos de! tipo mostrado en la Figura 13.8. El carbonato de magnesio se forma por un proceso similar.

Observa que los iones calcio y magnesio, que pueden precipitar por el proceso calorífico anterior, contribuyen a lo que se conoce como dureza tem¬poral, mientras que los que permanecen después de calentar contribuyen a la dureza permanente.

El segundo inconveniente que presentan los iones calcio y magnesio de las aguas duras, es que reaccionan con el jabón para producir un precipitado gomoso y blanco que se adhiere a la piel, pelo, tuberías y ropas. También obturan los pequeños agujeros de drenaje de los desagües de las lavadoras automáticas. La formación de este precipitado se puede eliminar de dos for¬mas. Una es instalando un ion cambiador para eliminar estos cationes antes de que lleguen al cuerpo o a las lavadoras. La segunda es utilizar un detergente que contenga una molécula de surfactante jabonoso así como un soporte para evitar la interferencia de los iones de las aguas duras. Hace años, los soportes eran agentes quelantes como los tripolifosfatos que se estudiaron en el Capítulo 6. A estos fosfatos, sin embargo, se les ha acusado de favorecer el crecimiento de algas y en general del rápido envejecimiento de la materia acuática. En la década de los años setenta los fosfatos de los detergentes

sustituyeron por carbonato de sodio suspendido que simplemente hace cipitar los iones calcio y magnesio como cristalitos granulados de CaCO

MgCO, que no se adhieren ni al cuerpo ni a la ropa ni a las lavadoras.

13.4. TEMA SELECCIONADO PARA TRATAR EN PROFUNDIDAD:

APLICACIONES COMERCIALES DE LOS COMPUESTOS DE CALCIO

CaCO3 (calizas)

El carbonato de calcio fue una de las piedras angulares de la economía romana, que aún hoy en día perdura. La caliza y e! mármol se siguen utili¬zando como materiales de construcción, aunque se degraden a yeso, más soluble, debido a ia lluvia acida, como se presenta en la Ecuación (13.19)

CaCO3(s)+ H2SO4(«g) + H,O >CaSO4-2H,O(s) + H,O + CO,(0) (13.19)

El daño resultante en edificios y estatuas mostrado en la Figura 13.9 algunas veces se denomina «mal de piedra». Veremos también que los com¬puestos de calcio todavía figuran en formulaciones de argamasa.

vemos que es imprescindible que el suelo sea suficientemente ne' meable para que se puedan efectuar los lavados, y que la capa freát¡c esté a profundidad conveniente, pues de no ser así sera necesario*re currir al drenaje artifical, operación muy costosa.

Para un contenido determinado de sales, la concentración será' tanto menor, cuanto mayor sea el contenido de humedad. Corno el máximo de humedad de un suelo corresponde a la «capacidad

de carn' po», y ésta, generalmente, es tanto inavor cuanto más fina es la textura siendo conveniente el estado estructural, se comprende que las siones osmóticas de los suelos arenosos, sean superiores a la de francos, para un mismo contenido de sal, obligando también por esta" causa a riegos más frecuentes.

De lo expuesto se deduce que ciertas características del suelo, tales como la permeabilidad y la capacidad de campo y del clima, precipj. taciones y evapotranspiración, tienen una imluencia predominante so¬bre la concentración de la disolución del suelo.

Se ha visto también que las prácticas culturales, tales como el. volumen de agua y periodicidad de los riegos, forma de hacer el riego, -etcétera, pueden tener cierta influencia.

SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN

A continuación recojo los dalos más característicos que ligurana este respecto en algunas de las publicaciones de los cincuenta últimos1 años. F.n el encabe/amiento figuran el nombre y año del Científico u Organismo que los da a conocer, v en la Bibliografía, los dalos refe¬rentes al trabajo, en lodos los cuales se hacen extensas citas biblio¬gráficas.

Se reproducen también los crilerios que ulili/an para la clasifica-ción de las aguas, por si se quieren aplicar.

LosjECSUÍUuU»s-^*Kí--í«?"ÍHt4ic"¡H)" putxlcji considerarse como obtenidos cli»J¡Uia. .ojíenme!! lacion sobre el riego con aguas salaclos, a escala mundial, es decir, en condiciones de clima, suelo, cullivo, ele. muy variadas, y pcrnulcn comprobar que se han ulili/.ado a veces satisfac¬toriamente en cultivo normal, aguas que contienen hasta 12 g/1 de sólidos en disolución. Aunque estos resultados no pueden generali¬zarse, han pucsio

de manifieste la posibilidad de utili/ar las aguas en las condiciones a que se refieren los ensayos.

¡gi. , jjgcho muy interesante se deduce del examen de esta documen-:•- ., y es que ni el contenido de sólidos en disolución, ni su casi íl? .va']ente la conductividad eléctrica, son suficientes en general para 4 fi ir la calidad del agua. Por lo menos se necesitan los siguientes

i i ° Composición química del agua, que sirve para deducir el con-

. ¡jo je sales perjudiciales; el porcentaje de calcio; el carbonato

^'dico residual de Eaton; y el contenido de boro y de otras sustancias

I 2° Tipo del suelo, incluida la naturaleza del complejo absorbente.

• 3." Las características climáticas, fundamentalmente las térmicas

íy las pluviometricas.

I 4.° Resistencia de las plantas a la salinidad.

• 5_o Prácticas culturales.

Teniendo en cuenta lodo lo expuesto, llego a la conclusión de que

fén el estado actual de nuestros conocimientos, sólo se pueden csta-

l blecer racionalmente, fundándonos en el análisis, tres clases de agua,

í suponiendo un suelo de permeabilidad normal, «buenas, malas y du-

dosas » .

I Tomo como base para mi clasil icacion ios siguientes elementos; «el contenido tic solidos en disolución; el porcentaje de calcio, referido ; al total

de callones; el contenido de boro v el carbonato sódico resi-I dual.

Como hmilcs pal a los dos últimos, adopto los eslablccidos por el

• Soil Salinilv I .aboi alor\- Slall de H. U. A. (S. S. I.. S.), con las i-cser-

vas que hace reí ci ente a la insuficiencia de los datos de que se dispone.

Como limite del poicenlaje de calcio, lomo el establecido por Kc-lley (1963).

En lo que se lelicic a los solidos en disolución se adoplati paia las aguas «buenas» el lijado por Kcllcv (1^63) que comprende aproxima¬damente las clases Cl y C'2 del S. S. I.. S.. \ para las dutlusas el de Kanwar (IL'M ), que etímprende sus clases C3, ('4 y ('5.

Con arreglo a estas ideas se pueden definir las aguas en la «• guíente forma:

A) Las aguas buenas, han de poseer las siguientes características

1." Sólidos disueltos.—No superior a 0,5 g/1 (apro.\¡madament< 780 micromho.s/cm.),

2.° Elementos tóxicos (boro).—Menos de 0,33 mg/I.

3.° Carbonato sódico residual (Eaton).—Menos de 1,25 m.e./l.

4." Relación de calcio.—Mayor de 0,35.

B) Las aguas malas, tienen «alguna- de las siguientes caracterís¬

ticas:

1.° Sólidos disueltos.—Más de 12 g/1 (aproximadamente 20.000 micro mhos/cm.).

2." Elementos tóxicos. Eniiv ellos el boro con más de 3,75 mg/1 de este último.

3." Carbonato sódico residual (Ealnn).—Más de 2.5 ni.e./I. 4." Relación de calcio.—Menor de 0.35.

C) Las aguas dudosas.—Son las 110 incluidas en los grupos ante¬riores y sus posibilidades de U(I|I/;K ion, deberán ser objeto tic un estudio técnico cuidadoso, en el que se tengan en euenla los laetores mencionados anteriormente v que nía-, adelante se tratan detenida¬mente, lili las aguas de este grupo se deberá leuer siempre presente la necesidad de suministrar a l.i planta el \oluinen de agua que pre¬cise con el grado de salinidad que puedan tolerar, atendiendo además a la eliminación del exceso de sales, v a la preservación del suelo de la alcalini/acióu.

De lóelas formas, cuando los agricultores debidamente asesorados, utilicen estas aguas, deberán remitir periódicamente a los laboratorios agrícolas, muestras de los suelos regados, con el fin de averiguar si se produce en la /roña radicular acumulación de sales, lo cine puede

.. ar a veces a variar la forma de cultivo o a intensificar los drena-antes de que sea demasiado tarde, pues la desalinización es una operación lenta y costosa.

Si las características 3.a y 4.a, no son adecuadas, y el suelo no con-|5 -. yeso pueden corregirse a veces por el enyesado, siempre que la ¿salinidad no sea muy elevada.

Si se presupone la existencia de sustancias tóxicas procedentes de £ 'lalaciones fabriles, la intervención de! técnico es imprescindible y Kmuy delicada, por carecerse en absoluto de datos fundamentales.

S Las características 2.a, 3.a y 4.a, deberán admitirse con ciertas reser-vas, por no existir aún suficiente experimentación a este respecto.

I En muchos de los criterios que se reseñan a continuación, se esta¬blecen diferentes clases, basándose en su composición química, pero ¿"'esto tendría Ínteres, si se concreíase para cada clase, su correspondien-f? te sistema de utilización. Desgraciadamente no es así, pues se limitan lf¡ a indicar, que cuanto más salada es el agua, la permeabilidad del suelo debe de ser mayor y mayor la resistencia de la planta, para que ; sea susceptible de .utilización. En estas condiciones, se pueden esta¬blecer para las «aguas dudosas», todas las clases que se quieran, aun¬que su utilidad real sería únicamente para lines estadísticos, y no para •¿ su empleo en la práctica.

Con el análisis de las aguas para riego, ocurre lo mismo que con el análisis de las tierras para li¡ar el abonado, y es que sólo la expe-rimentación en su lugar de empleo, podrá dar normas en un lutnro. | para que a la vista del análisis, se pueda ¡nlormar con seguridad, sobre la posibilidad tle utili/acion en las mismas condiciones.

Por esto son interesantes las propuestas que hacen d'nV/o/ (1954), Deloyc (1958), Ndi^icln: (19.59) y Kuinrtn- (1961), reíeivnlcs a las cues tiones que deberían ser objeto de investigación en relación con el empleo de las aguas saladas,

En el Apéndice I, se resumen las interpretaciones de varias mues¬tras de agua, con diferentes grados de salinidad, siguiendo los princi¬pales criterios expuestos, y en Apéndice II, se insertan los métodos para el análisis de las características nías corrientes, propuestos por el United States Salinily l.aboralory Stafl (1954), del Departamento de Agricultura. Son relativamente rápidos, suficientemente exactos y están actualmente aceptados por casi todos los países. Cuando para

una misma característica, se proponen diferentes técnicas, he optad0 por la que no precisa de instrumentos costosos, dado la naturaleza de los laboratorios que deben efectuar los trabajos.

Para el análisis de otros elementos, posiblemente tóxicos, se"pue. ¿ den utilizar las técnicas aconsejadas por A. P. H. A. (1946), Rodier (1960), A. O. A. C. (1960), Chapman (1961) y Jolly (1963).

ALGUNOS DATOS DE CARÁCTER TÉCNICO PARA LA APLICACIÓN DE LAS AGUAS SALADAS

El técnico debe tener presente, cuando emplea para el riego aguas saladas, especialmente en los casos dudosos, que se trata de facilitar a la planta el agua que precisa, evitando la acumulación de sales en la zona radicular y la solonetización del suelo. Para esto deberá tener en cuenta entre otros los siguientes factores:

1." ELIMINACIÓN DE LAS SALES

Debe agregarse agua en exceso sobre la necesaria para compensar la pérdida por evapotranspiración, vigilando al mismo tiempo, que la salinidad de la disolución del suelo no exceda de la tolerada por las plañías para una producción aceptable, siendo esto especialmente necesario antes de la siembra.

El lanío por ciento de exceso E puede calenlar.se por la lórmula: E = 100 X Ca/Cs., en la cual Cs es la concentración tolerable en la disolución del suelo y Ca la concentración del agua de riego.

Para aguas muy saladas y plantas muy tolerantes a la salinidad se puede tomar como primera aproximación Cs = 1.5 por 100; para aguas moderadamente salobres v plantas poco tolerantes Cs = 0,50 por 100.

Por ejemplo, si el contenido de sales de mi agua es el 1,25 por 1.000, el exceso de lavado sería: !•'. 100 x 0,125 0.500 : 25. es decir, que si el riego con agua no salada debería ser de 500 me/ha., para producir el lavado, quedando la disolución de suelo con la concen¬tración del 0,5 por 100 se regará con:

500 I- 500 x 0,25 =; 625 me. lia

Es necesario coniptobar que el riego ha rebasado la profundidad necesaria, después-de la primera aplicación, al cabo del tiempo con-

cruente. Según Cray, en los suelos ligeros se hará el examen después I j transcurridas veinticuatro horas de haberse regado, y en los pesa¬dos a las treinta y seis y cuarenta y ocho horas.

Como se comprende, los volúmenes de agua se elevan considera¬blemente, cuando se desea una disminución drástica de la salinidad de la disolución del suelo, por lo que se deberán elegir especies tole¬rantes a las sales.

Si las precipitaciones son especialmente de invierno y exceden de 400-500 milímetros, no se necesita incrementar los volúmenes de agua, pues el lavado se hace automáticamente.

Se pueden así establecer rotaciones de cultivos regados en verano y no regados en invierno, en los que puede intervenir el barbecho.

En casos extremos de salinidad excesiva del suelo y del agua no queda otra solución que suprimir los riegos de verano, quedando el cultivo reducido al invernó.

2.° PERMEABILIDAD DEL SUELO. CAPA FREÁTICA

Sí el suelo no es sulicienlemente permeable o si la capa freática está demasiado próxima a la superficie, el exceso de agua, necesario para producir el lavado, originará el encharcamieiito del

suelo, pro¬duciéndose ademas de la acumulación de sales la asfixia de la planta. Si fuese preciso se deberá proceder a la instalación de un sistema de drenaje para asegurar el descenso de nivel de la capa liválica y el drenaje lateral.

La capa Ireática debe mantenerse a la prolundklad conveniente para evitar la ascensión de las sales, especialmente si las aguas de dicha capa son también salinas.

La profundidad, según dilcrcnlcs autores, varia en ios suelos lige ros de uno v medio a tres metros y en los pesados de dos a cinco metros.

Por lo que se reí ¡ere a la permeabilidad del suelo, en el riego con aguas normales debe de ser superior a los 2,5 milímetros por hora,

1.°) El valor numérico de la relación conductividad eléctrica en micromhos/cm. y el total de cationes o aniones en miliequivalentes por litro debe de ser )00 para la mayoría de las aguas. Esta relación puede descender hasta 80 para las aguas con bicarbonato y sulfato, y en las cuales el contenido de calcio y magnesio es alto, pero para aguas con cloruro y ricas en sodio, la relación puede llegar hasta 110

2.a) El valor numérico de la relación sólidos disueltos en partes por millón, a la conductividad en micromhos/cm., deberá ser apro-ximadamente 0,64.

3.°) Sólidos disueltos, en partes por millón, dividido por el total de cationes en miliequivalentes por litro, tiene un valor aproximado de 64.

Concentración relativa del sodio con respecto al calcio y magnesio.

Se expresa por lo que se denomina SAR (relación de absorción de sodio), que es la siguiente:

SAR= Na

En la cual Na , Ca y Mg representan las concentraciones

en miliequivalentes por litro de los iones respectivos.

Para que SAR sea característico de la disolución del suelo, es indispensable que no se produzcan precipitaciones de sales calcicas o magnésicas como consecuencia de la evapotranspiración, siendo este último aplicable también a la «concentración total de sales so-lubles».

Por no tener en cuenta eslo se aplica a veces incorrectamente este procedimiento cíe clasil icacion de las aguas,

El SAR aumenta proporcionalincnlc a la raí/, cuadrada de la con¬centración total, o sea, que si el valor de la concentración se duplica, SAR resultará multiplicado por I ¡¿ - 14]

En el sistema de representación, a aguas que tienen un valor de SAR constante, se les atribuvc un inavor peligro de alcalini/ación del suelo al alimentar la concentración total. Esto se hace sólo como una

propuesta provisional, pero parece estar bien sostenido en las obser '1 vaciones de campo y laboratorio.

Boro.—Se expresa en partes por millón.

Concentración del bicarbonato en relación con las de calcio y mag¬nesio.—Viene representada por lo que se denomina carbonato sódico residual, que se calcula restando de la suma de los aniones carbo¬nato y bicarbonato la de los cationes, calcio y magnesio, expresados todos los iones y el NaCO en miliequivalentes por litro.

Categorías de aguas

Mediante las dos primeras características se establecen 16 cate-gorías, y para determinar la correspondiente a ur.a determinada se utiliza un gráfico adecuado.

Clases de conductividad

Agua de baja salinidad (Cl).— Puede usarse pjra el riego de la mayor parle de los cultivos, en easi lodos los suelos cun muy poca probabilidad de que se desarrolle salinidad. Se neccMiu algún lavado, pero éste se logra en condiciones normales de riego, excepto en suelos de muy baja permeabilidad.

La conductividad es la comprendida entre 100 •. T^i micromhos/ centímelros a 25" C, que corresponde aproximadamente a r>4 ItiO mili¬gramos/litro, de sólidos disueltos.

Agua de salinidad media (C2).—Puede usarse a condición de que exista un grado moderado de lavado. Se pueden entinaren la mayoría de los casos, las plañías moderadamente loleranbs a las sales sin prácticas especiales de control de la salinidad.

La conductividad está comprendida entre 250 y ~5'.'r micromhos/ centímetros a 25" C, que corresponde aproximadamente n 160-480 mi¬ligramos/litro, de sólidos disueltos.

Agua altamente salina (C3).—No se puede usar en suelqsíc.ojf, dre-

i-tiaje deficiente. Aún con drenaje adecuado se pueden necesitar práe~

• ticas especiales para el control de la salinidad, y se deben seleccionar

I -nlantas muy tolerantes a las sales. ''•-—._.

La conductividad está comprendida entre 750 y 2.250 micromhos/ I centímetros a 25" C, que corresponde aproximadamente a 480-1.440 • jnil'srarnos/''trü' c'e so''ü!üs disueltos.

H Agua muy altamente salina (C4).—No es apropiada para el riego $•• en las condiciones ordinarias, pero puede emplearse ocasionalmente ~. en circunstancias muy especiales. Los suelos deben de ser permeables, I el drenaje adecuado, debiendo aplicarse un exceso de agua para lograr un buen lavado; en este caso se deben seleccionar cultivos altamente i, tolerantes a las sales.

La conductividad es superior a 2.250 micromhos/cm. a 25" C, que corresponde aproximadamente a unos 1.440 miligramos/litro, de sóli-- dos disueltos.

Clases de peligro de alcaünización del suelo

..••

La clasificación de las aguas de riego con respecto al SAR, se funda principalmente en el electo que produce el sodio intercambiable, sobre las características I ¡sicas del suelo. No obstante, las plañías sensibles al sodio, pueden sillín daños a causa de la acumulación de éste en sus tejidos,

cuando los valores de sodio intercambiable son más bajos que lo necesario para dclcnorai las condiciones lísicas de! suelo.

Agua baja cu sodio (SI).—Puede usarse para el riego en la mayoría de los suelos con pucas probabilidades de alcan/ar niveles peligrosos de sodio intercambiable. No obstante, los cultivos sensibles, tales como los Ilútales tic hueso y aguacates, pueden acumular cantidades perjudiciales de sodio.

Agua media en sodio (S2),— Un suelos de textura lina, que tienen una capacidad elevada de cambio caliónico, el MHÜO representa un peli¬gro apreciablv, especialmente en condiciones de lavado delicicnte, a nicnos que el suelo contenga yeso. Usías aguas pueden ser empleadas

en suelos de textura gruesa o en suelos orgánicos con buena permeabi-lidad.

Agua alta en sodio (S3).—Puede producir niveles tóxicos de sodio intercambiable en la mayor parte de los suelos, por lo que éstos nece¬sitarán prácticas especiales de manejo, buen drenaje, intenso lavado y adiciones de materia orgánica.

Los suelos yesíferos pueden no desarrollar niveles perjudiciales • de sodio intercambiable, cuando se rieguen con estas aguas.

Puede necesitarse el empleo de mejoradores químicos para sus-tituir al sodio intercambiable; sin embargo, en las aguas muy salinas, puede no ser factible.

Agua muy alta en sodio (S4).—Es inadecuada para el riego general¬mente, excepto cuando su salinidad es baja o media, siempre que la disolución del calcio del suelo, el empleo de veso o el de otros mejo¬radores, puedan posibilitar el empleo de (ales aguas.

A veces, el agua de riego puede disolver suficiente calcio de Jos suelos cali/os, para disminuir aprcciablcmertle el peligro de alcalini-zación, lo que se debe de Icner en cuenta en el caso de usar aguas de las clases CI-S3 y CI-S4. Tratándose tic suelos cali/os con elevados pH, o de suelos no cali/os, la situación con relación al sodio de las aguas de las clases C1-S3, CI-S4 y C2-S4, pueden mejorarse agregando yeso al agua. De modo similar puede ser beneficioso agregar veso al suelo periódicamente, cuantío se ulili/an aguas de las clases C2-S3 y C3-S2.

lífeclo de la concentración de boro sobre la calidad

líl boro es un elcmenlo necesario para las plantas, pero como ocu¬rre con todos los nn'croclcnicnlos se pasa rápidamente del óptimo a la dosis tóxica, siendo variables ambos límites para las distintas plantas. Por ejemplo, los limoneros acusan daños a vives importantes cuando el agua contiene un miligramo por litro de boro, mientras que el óptimo para el desarrollo de la alfalfa se encuentra en I o 2 miligra¬mos por litro.

SCOFIELD, PROPONE LOS SISGUINETES LIMITES PARA LAS AGUAS DE RIEGO:

Esta conductividad corresponde a 0,480-1,44 gramos/litro.

C4 (de 2.250 a 4.000 micromhos). Agua con salinidad elevada.

Puede usarse solamente en los suelos de buena permeabilidad y se deben dar lavados especiales para quitar el exceso de sal. Sólo se cultivarán cosechas tolerantes a la salinidad.

Esta conductividad corresponde a 1,44-2,56 gramos/litro.

C5 (de 4.000 a 6.000 micromhos). Agua con salinidad muy elevada.

Generalmente es inadecuada para el riego y debe usarse solamente en terreno muy permeable, con

lavados frecuentes y con plantas de tole¬rancia elevada.

Esta conductividad corresponde a 2.56-3,84 gramos/litro.

C6 (más de 6.000 micromhos). Agua con salinidad excesiva.—No debe usarse para el riego.

Esta conductividad corresponde a más de 3,84 gramos/litro.

Ol.ro elemento que se utili/.a es el SAR, cuyas clases permanecen con el mismo significado que en la clasificación del Laboratorio de Salinidad de los Estados Unidos, y su cálculo se elcctúa como se indicó oportunamente.

Teniendo en cucnla la conductividad y el SAR, se clasifica el agua u lili/ando el grálico correspondiente.

i

Por la índole de esle trabajo, csludia conjuntamente las composi- ¡

clones de las aguas Irealicas y de las de riego en relación con la resis¬

tencia de las plantas. ;

Según Miii'cin, se llegan a emplear para el riego en los saladares de Alicante, aguas con 2 gramos/litro de cloruros sin que se produzcan decios dañinos para las plantas.

Pratolongo, lija como límite medio 2 gramos/litro, variables según la planta y el suelo.

cifras (como cloruro sódico):

Nogal, albaricoquero, ciruelo,

Trigo .......

............0,7

...............»

...............»

Trigo

duro .......

............1,0

...............»

...............»

Lino,

forrajes

diversos

............1,2

...............»

...............»

Avena .....

............1,9

...............»

Arroz ......

............2,5

...............»

...............»

Alfalfa .....

............5,0

...............»

...............»

Remolach

a,

altramuz

y plañías

de

huerta 5,0 » »

Palmera daíilílera 10,0 »>

Me. Líitig/ilin, Blüiiey y lltiri'y, utilizando aguas del río l'ecos (Ca-lifornia), enconlraron lo siguieníe:

Menos del 0,32 por 1.000.—No produce oléelos lóxicos sobre las plañías.

De 0,32 a 0,64 por 1.000.—Las plañías sensibles no vegetan. Vive bien ti algodón, alfalfa, remoladla a/ucarcra, coréales v sorgo.

De 0,64 a 1,24 por 1.000.—Todos los

Limonero........................................ 0,2 por mil

gal, albaricoqucro, ciruelo,

culi/vos sulren mucho en su producción.

Mas de 1,24 por 1.000.—No suele vivir ningún;!.

Jci/iiy, señala que regantío 2 veces en oí Valle del Río Salado (California), Icrrcno.s que sólo contenían 0,07 por 100 de sales, se duplico la salinidad.

Según Tilomas, en los riegos del Valle Imperial, conion/.ados en Í90I, con aguas del Río Colorado, cuva composición es la que se indica, se einpexo a lograr una disminución cíe producción, unida a una elevación del nivel I rea (ico, con una gran acumulación do álcali en el suelo, llegándose a una anulación casi lolal de los cultivos

presentándose muy poca proporción de álcali negro, pero muy e da de álcali blanco.

La composición es la siguiente:

m.e./l gjl

Bicarbonato (CO-H)

.. ... 2.99

0,183

Cloruro (Cl)

3.20

0,114

Sulfato (SO)

7.94

0,381

Calcio (Ca) 490

0098

Magnesio (Mg)

2,Só

0,034

Sodio (Na)

6.44

0,148

Este Río lleva al Lago Mead de 6 a 10 millones de toneladas tricas de sal, por lo que los ríos procedenies de este Lago son 1 tantes salinos.

Refiriéndose a los riegos del Valle Irr.:?er¡al, dice Scofield, ¡ sólo van a los desagües el 6 por 100 de la sal aportada por el rh quedando el resto en el sucio.

Según Kelley y colaboradores si la relación Na/Ca no excede 2/1, se lijará poco sodio en el suelo. Dice asi mismo que la relac Na/(Ca + Mg) a lo más debe de ser 1/1, salmi/ando el agua si exa de dicho valor.

Menciona lambicn el criterio de los Laboratorios Rubidoux California.

Utilizando los graíicos de llavmtnt, IL-_v (¡runde a la siguiei clasificación:

Grupo 1 ."

Grupo 2."

Grupo 3."

0 a 0,6 gr./l

0,6 a 4 gr./l

Mas de 4 gr./l

Buena.

Perjudicial.

Inaceptable.

Con menos de 0,6 por 1.000 de sodio soluble, las aguas pueden ! aconsejadas. Si los suelos licúen buena estructura v permeabilidí puede llegarse hasta al 0,75 por 1.000.

Se ocupa después de la clasificación americana en relación o el contenido de boro.

Secreciones de las microbiocenosis.

Microfauna.

Microflora.

Virus.

El origen de estos contaminantes puede ser:

- Urbano.

-

Industrial.

-

Agrario:

•

Agrícola.

•

Ganadero.

-

Accidental (básicamente en el trans¬

porte).

4.4. NORMAS DE CALIDAD

En una sociedad primitiva, un agua es potable si no tiene mal sabor, si es in¬colora y si no huele mal.

Evidentemente, con

estos limitadísi-mos criterios de calidad, que excluyen a la mayoría de los parámetros incidentes, el agua que pase el examen no tiene por qué tener, en absoluto, características de potabilidad.

Las Normas fundamentales existen¬tes en el mundo para aguas potables, son:

- Normas internacionales para aguas de

bebida. OMS.

- Normas europeas aplicables al agua

de bebida. OMS.

- Normas USA:

•

NIPDWR. EPA.

•

NSDWR.EPA.

-

Réglement sur l'eau potable. Ed. off.

du Québec. Canadá. 1984.

NORMAS INTERNACIONALES

APLICABLES AL AGUA DE

CONSUMO HUMANO

Sustancias tóxicas

Sustancia Concentración límite (mg/1)

Plomo ................ 0,05 0,05 0,01 0,05 0,20 0,01 1,0 45Arsénico .

Selenio .CromoCianuros ............Cadmio . . .BarioNitratos ........ . . .

CRITERIOS DE LAS AGUAS SUPERFICIALES PARA EL SUMINISTRO DE AGUA POTABLE (USA)

4.5. TRATAMIENTOS DEL AGUA

PARA EL CONSUMO HUMANO

En principio, el tratamiento básico recomendable es el siguiente:

-

Separación mecánica previa. Se eli¬

minan así los cuerpos gruesos, flotan¬

tes o no, y se suele efectuar mediante

rejas.

-

Sedimentación. Se eliminan así las

partículas presentes que sean más

densas que el agua, pues se deposita¬

rán como lodos en el fondo de los de¬

cantadores, que serán extraídas perió¬

dicamente.

Los lodos deberán ser espesados pos¬teriormente y llevados a vertedero, o, si lo permiten sus características, pue-

den ser utilizados en diversas funcio-nes (agricultura, jardinería, relleno, etc.).

Filtración. Se eliminan así los sólidos restantes presentes en el líquido.

Para mejorar la eficacia de los filtros, se suelen utilizar sistemas previos de co-agulación, que permiten aumentar el tamaño de los flóculos y de este modo facilitan la retención. Los lodos procedentes de la limpieza del filtro deben sufrir el mismo desti¬no que los procedentes de la sedimen¬tación.

Depuración bacteriológica. Es funda¬mental, como proceso final, realizar un tratamiento químico que destruya la mayoría de los gérmenes que pue¬dan quedar en el agua.

LIMITES RECOMENDADOS EN

CANADÁ PARA SUSTANCIAS QUIMICAS PELIGROSAS EN EL AGUA POTABLE

Se suele utilizar la cloración, aunque actualmente existen otros sistemas susti¬tutorios igual de eficaces y que no libe¬ran cloro al agua potable efluente, con lo que se evita este tipo de

contaminación añadida.

En la tabla adjunta se muestran to¬das las posibilidades de tratamiento pa¬ra la potabilización de las aguas, inclui¬das la cloración y las fases anteriores indicadas.

AGUAS RESIDUALES URBANAS I: LA MATERIA PRIMA. CALIDAD DEL AGUA.

SANEAMIENTO

5.1. LA MATERIA PRIMA

Para conocer las posibilidades de uso de las aguas residuales urbanas, su peli¬grosidad potencial, sus posibles aplica¬ciones en recuperación de suelos, en el reciclado de materias, en la recuperación de productos, etc., es preciso conocer con detalle las características de la com¬posición y demás factores que confor- man los efluentes. Verdaderamente éstos varían mucho ante la presencia o ausen¬cia de industrias y ante las costumbres

higiénicas que siga la población objeto de estudio.

Las aguas residuales urbanas presen¬tan tipos de contaminantes muy varia¬dos, hecho que nos impide encasillarlas según los diferentes tipos de tratamiento específico.

Composición de las aguas residuales urbanas

Clasificaremos los componentes se¬gún el aspecto químico o bajo el aspecto biológico.

Composición química

Sólidos

Generalmente, las aguas residuales contienen sólidos disueltos, sólidos en suspensión y sólidos en flotación, que normalmente no pasan de 1.000 ppm del total, aunque su tratamiento en estacio¬nes depuradoras necesita de instalacio¬nes especiales.

Clasificación según su composición

Según su composición los dividire-mos en:

-

Sólidos orgánicos.

-

Sólidos inorgánicos.

a) Sólidos orgánicos

Los sólidos orgánicos presentes en las aguas residuales pueden tener origen vegetal o animal. A veces contienen, además, compuestos orgánicos sintéti¬cos. Los glúcidos, lípidos, proteínas y sus derivados son los grandes grupos de esta clase; son

biodegradables y su eli¬minación por combustión es relativa¬mente sencilla.

b) Sólidos inorgánicos

L

Se incluyen en este grupo todos los sóli¬dos de origen generalmente mineral, como son sales minerales, arcillas, lodos, arenas y gravas no biodegradables, y ciertos com¬puestos como sulfatas, carbonates, etc., que pueden sufrir algunas transformaciones (fe¬nómenos de óxido-reducción y otros).

Clasificación según su presentación

Los clasificaremos en cuatro grupos:

-

Sólidos sedimentables.

-

Sólidos en suspensión.

-

Disoluciones coloidales.

-

Sólidos disueltos.

a) Sólidos sedimentables

Son aquellas partículas más gruesas que se depositarán, por gravedad,

en los fondos de los receptores; su análisis se realiza por volumetría y gravimetría, previa decantación y tamizado.

Se componen de un 70% de sólidos orgánicos y de un 30% de sólidos inor-gánicos.

b) Sólidos en suspensión

Son las partículas flotantes, como tro¬zos de vegetales, animales, basuras, etc., y aquellas otras que también son percep¬tibles a simple vista y tienen posibilida¬des de ser separadas del líquido por me¬dios físicos, como arcillas, arenas, etc.

Generalmente se componen de un 68% de sólidos orgánicos y de un 32% de sólidos inorgánicos.

c) Disoluciones coloidales

Están formadas por partículas de ta¬maño intermedio entre el de las disolu¬ciones verdaderas y el de las partículas de las suspensiones groseras: 1 m(i «j>< 0,2 (J., aunque estos límites son arbitra¬rio

s y se fijan por conveniencia.

NUTRIENTES,

OLIGOELEMENTOS Y AGENTES

CONTAMINANTES DE LAS

AGUAS RESIDUALES DE

MÉXICO D.F.

Una pequeña parte la constituyen ele¬mentos casi sedimentables, pero la

ma¬yoría sólo puede ser detenidos por crisol de Gooch.

Se calcula que están constituidos por un 75% de componentes orgánicos y un 25% de componentes inorgánicos.

Son fácilmente degradables y tienen gran capacidad de absorción, circunstan¬cia a tener en cuenta en las estaciones de tratamiento de aguas residuales.

d) Sólidos disueltos

Se incluyen en este grupo todos aquellos sólidos que pasan por el crisol de Gooch, aunque una pequeña parte es¬tá constituida por coloides (un 10%).

Su proporción es de un 40% de pro-ductos orgánicos y un 60% de sólidos inorgánicos.

Gases

Las aguas residuales urbanas contie¬nen diversos gases con diferente concen¬tración.

a) Oxígeno disuelto

Es el más importante, y es un gas que va siendo consumido por la actividad

química y biológica.

El oxígeno disuelto depende de mu-chos factores como la temperatura, alti¬tud, movimientos del curso receptor, ac¬tividad biológica, actividad química, etc.

b) Ácido sulfhídrico

e) Otros gases

Es un gas que se forma al descomponerse en medio aerobio ciertas sustancias orgánicas e inorgánicas que contienen azufre.

Su presencia, que se manifiesta fundamentalmente por los olores que produce, es un indicativo de la evolución y estado de un agua residual; es poco estable al calor, descomponiéndose en azufre e hidrógeno.

c) Anhídrido carbónico

Se producen además gases malolientes, como ácidos grasos volátiles, indol, escatol y otros derivados del nitrógeno.

Líquidos

A veces, las aguas residuales urbanas próximas a una industria pueden contener líquidos específicos.

Por lo general, las aguas residuales urbanas llevan algunos líquidos volátiles como gasolinas, alcoholes, etc.

El gas que Helmot llamó en 1630 gas silvestre, se produce en las fermentaciones de los compuestos orgánicos de las aguas residuales.

El CO2 del agua residual se presenta libre o como componente de bicarbonatos; la parte libre puede tener una fracción activa que puede destruir car-bonatos y ejercer diversas acciones químico-biológicas en el seno del agua residual.

Composición biológica

Las aguas residuales urbanas contienen gran número de organismos vivos que son los que mantienen la actividad biológica, produciendo fermentaciones y descomposición y degradación de la materia orgánica e inorgánica.

Estos organismos pueden ser vegetales o animales, situándose así entre los seres vivos:

d) Metano

Se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica al reducir ciertas bacterias el CO,, utilizando hidrógeno de fermentaciones butíricas y apareciendo sobre todo en cierto tipo de estaciones depuradoras, dando algunas posibilidades de aprovechamiento como combustible.

Vegetales

- Espermatofitos.

- Micofitos:

• Eumicofitos.• Mixomicofitos.

- Euglenofitos.

- Ficofitos.