EL AGUA, RESPONSABILIDAD DE VIDA

ESCUELA SECUNDARIA

DRA. ALICIA MOREAU DE JUSTO

INFORME CIENTÍFICO

PROFESORAS RESPONSABLES

LELIA LEGUIZAMÓN

KARINA CORONEL

“La vida sobre la tierra depende de manera directa del agua”

Civilizaciones enteras desaparecieron y muchos ecosistemas fueron profundamente afectados por cambios en la cantidad y calidad del agua disponible

INTRODUCCIÓN:

El agua es un componente de nuestra naturaleza que ha estado presente en la Tierra desde hace más de 3.000 millones de años, ocupando tres cuartas partes de la superficie del planeta.

Desde el punto de vista cuantitativo el agua es el constituyente

más abundante del cuerpo humano, contiene una proporción del 60%. Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del 98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está constituida por aguas subterráneas y una cantidad no superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y lagos. También en la mayor parte de nuestros alimentos es el constituyente más importante en estado natural.

ESTADO NATURAL

El agua es la sustancia más abundante de la biosfera, en la que se presenta en sus tres estados

SÓLIDO

LÍQUIDO

GASEOSO

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE

0102030405060708090

100

Océano

CasquetespolaresAguasubterránea

El océano representa el 97,2% de la hidrosfera, mientras que el hielo de los casquetes polares constituye un 2,1% del total.

El agua subterránea y la contenida en lagos y los ríos representa un 0,6%.

El 0,1% restante es agua salobre, que se encuentra

en lagos o como agua subterránea

Se encuentra en océanos, mares, ríos, suelos, en los casquetes polares y en la atmósfera como vapor de agua

Ciclo hidrológico del agua

ESTRUCTURA

La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) unidos a un átomo de oxígeno (O) por medio de dos enlaces covalentes.

La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces aproximadamente de 104'5, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Por eso en la práctica la molécula de agua (H2O) se comporta como un dipolo.

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

Ionización del agua

Disociación del agua

El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de:

agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+ ) iones hidroxilo (OH-)

En realidad esta disociación es muy débil en el agua pura, y así el producto iónico del agua a 25 ºC: es:

Este producto iónico es constante. Como en el agua pura la concentración de hidrogeniones y de hidroxilos es la misma, significa que la concentración de hidrogeniones es de 1 x 10 -7. Para simplificar los cálculos Sorensen ideó expresar dichas concentraciones utilizando logaritmos, y así definió el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de hidrogeniones. Según esto:

disolución neutra   pH = 7 disolución ácida    pH < 7 disolución básica    pH > 7

En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad.

En la figura se señala el pH de algunas soluciones.

Metabolismo del agua

Papel del agua: Dijimos que el agua es el constituyente más abundante del organismo y el medio universal en que tienen lugar los procesos vitales. Sirve de vehículo en los procesos de absorción, transporte, intercambio, secreción y excreción del organismo. Su papel biológico depende de sus notables propiedades físicas y químicas. Es el líquido capaz de s disolver mayor número de sustancias, las cuales según el tamaño de sus partículas están en estado de micelas (coloides), moléculas o iones. La existencia de estas últimas partículas con carga eléctrica, de tanta importancia biológica, es posible debido a que la constante dieléctrica del agua es elevada y mayor que la de cualquier otro líquido.

El papel del agua en la termorregulación es muy importante debido a varias de sus propiedades:

Su calor específico elevado permite al organismo almacenar mucho calor sin que se eleve demasiado la temperatura corporal.

Su conductibilidad ayuda a la distribución del calor y a hacer uniforme la temperatura corporal, lo que se debe a la circulación.

Su elevado calor de evaporación hace que un litro de agua absorba 600 calorías para evaporarse lo que permite al organismo luchar contra el aumento térmico.

Otros datos importantes son que el agua tiene la más alta tensión superficial y su densidad menor a 0 ºC que a 4 ºC permite que el hielo sobrenade, que no se acumule en el fondo de los mares, lo que extinguiría en ellos la vida.

Propiedades físicas del agua

Propiedades misceláneas del agua

Viscosidad relativamente baja, fluye con facilidad. Incompresible, relaciones presión - densidad no son importantes. Disuelve muchas y variadas sustancias. Las relaciones bioquímicas requieren de agua para su ocurrencia (no requieren de aire), el agua es rica en vida, el aire es pobre en organismos vivientes.

Dependencia de la solubilidad con la temperatura

.

Propiedades térmicas del agua

El agua tiene elevados puntos de ebullición y de fusión para ser una sustancia de peso molécula tan bajo.

El agua tiene una de las más altas capacidades caloríficas, lo que la transforma en un somnífero de calor, consecuentemente, grandes masas de aguas tienen un efecto regulador de la temperatura ambiente.  

El agua tiene un calor de vaporización alto (539 Cal/g a 100ºC) - Calor requerido para aumentar 1 g a 100ºC = 100

Calorías. - Calor requerido para evaporar 1 g = 539 Calorías.   Comportamiento de una masa de aire al enfriarse: Al condensarse, el vapor de agua entrega una gran cantidad

de calor. Esta entrega de calor disminuye el enfriamiento del aire en el punto de rocío, el aire es muy resistente a disminuciones de temperatura.

El calor de difusión del agua (79,71 Cal/g a 0ºC) es una cifra común para sustancias similares.

La conductividad térmica del agua (capacidad para conducir calor) supera a la de todas las otras sustancias liquidas naturales, exceptuando el mercurio.

 Efectos de la temperatura en la viscosidad: Aumenta al disminuir la temperatura. Esto afecta la velocidad

de sedimentación de las partículas. Las aguas frías retienen sedimentos por periodos más largos que cursos de agua más calientes.

Propiedades físico-químicas del agua

Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso

decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:1. Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

2. Sistemas de transporte.

Este efecto puede verse en la siguiente animación, donde vemos a las moléculas de agua separando los iones, e impidiendo que estos vuelvan a unirse.

Elevada fuerza de cohesión

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

Elevada fuerza de adhesión

Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad.

Gran calor específico También esta propiedad está en relación con los puentes de

hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los p. de h. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante.

Elevado calor de vaporización Sirve el mismo razonamiento, también los p. de h. son los

responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C.

Alteraciones físicas del agua

Color El agua no contaminada suele tener ligeros colores rojizos, pardos, amarillentos o verdosos. Las aguas contaminadas pueden tener muy diversos colores pero, en general, no se pueden establecer relaciones claras entre el color y el tipo de contaminación.

Olor y sabor Compuestos químicos presentes en el agua como los fenoles, diversos hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición o esencias liberadas por diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, aunque estén en muy pequeñas concentraciones. Las sales o los minerales dan sabores salados o metálicos, en ocasiones sin ningún olor.

Temperatura El aumento de temperatura disminuye la solubilidad de gases (oxígeno) y aumenta, en general, la de las sales. Aumenta la velocidad de las reacciones del metabolismo, acelerando la putrefacción. La temperatura óptima del agua industrias contribuyen a la contaminación térmica de las aguas, a veces de forma importante.

Materiales en suspensiónPartículas como arcillas, limo y otras, aunque no lleguen a estar disueltas, son arrastradas por el agua.RadiactividadLas aguas naturales tienen unos valores de radiactividad, debidos sobre todo a isótopos del K. Algunas actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos.

EspumasLos detergentes producen espumas y añaden fosfato al agua. (eutrofización)..Disminuyen mucho el poder autodepurador de los ríos al dificultar la actividad bacteriana. También interfieren en los procesos de floculación y sedimentación en las estaciones depuradoras.Conductividad El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. El agua natural tiene iones en disolución y su conductividad es mayor y proporcional a la cantidad y características de esos electrolitos. Por esto se usan los valores de conductividad como índice aproximado de concentración de solutos. Como la temperatura modifica la conductividad las medidas se deben hacer a 20ºC.

Alteraciones químicas del agua

pHLas aguas naturales pueden tener pH ácidos por el CO2 disuelto

desde la atmósfera o proveniente de los seres vivos. Las aguas contaminadas con vertidos mineros o industriales pueden tener pH muy ácido. Oxígeno disuelto ODLas aguas superficiales limpias suelen estar saturadas de oxígeno, lo que es fundamental para la vida. Si el nivel de oxígeno disuelto es bajo indica contaminación con materia orgánica, septicización, mala calidad del agua e incapacidad para mantener determinadas formas de vida. 

Alteraciones químicas del agua

Materia orgánica biodegradable: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)

Es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua. Permite prever cuanto oxígeno será necesario para la depuración de esas aguas e ir comprobando cual está siendo la eficacia del tratamiento depurador en una planta.Materiales oxidables: Demanda Química de Oxígeno (DQO)Es la cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar los materiales contenidos en el agua con un oxidante químico. La DQO no diferencia entre materia biodegradable y el resto y no suministra información sobre la velocidad de degradación en condiciones naturales.Nitrógeno totalVarios compuestos de nitrógeno son nutrientes esenciales. Su presencia en las aguas en exceso es causa de eutrofización.

Fósforo totalEl fósforo, como el nitrógenos, es nutriente esencial para la vida. Su exceso en el agua provoca eutrofización.

Aniones: cloruros  discutida. Indican salinidad.práctica muy nitratos Indican contaminación agrícolanitritos Indican actividad bacteriológicafosfatos Indican detergentes y fertilizantessulfuros Indican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.) cianuros Indican contaminación de origen industrialfluorurosEn algunos casos se añaden al agua para la prevención de las caries

Cationes: sodio Indica salinidadcalcio y magnesio Están relacionados con la dureza del agua.amonio Contaminación con fertilizantes y heces.metales pesados De efectos muy nocivos

Compuestos orgánicos

Los aceites y grasas procedentes de restos de alimentos o de procesos industriales (automóviles, lubricantes, etc.) son difíciles de metabolizar por las bacterias y flotan formando películas en el agua que dañan a los seres vivos.

Los fenoles pueden estar en el agua como resultado de contaminación industrial y cuando reaccionan con el cloro que se añade como desinfectante forman clorofenoles que son un serio problema porque dan al agua muy mal olor y sabor.

Alteraciones biológicas del agua

Bacterias coliformes Desechos fecales.

Virus Desechos fecales y restos orgánicos.

Animales, plantas, Eutrofización.microorganismos diversos

Análisis físico del agua

El examen físico está dado por el olor, color, sabor, turbiedad y temperatura.

Color: Se determina por comparación visual de la muestra con soluciones

coloreadas de concentraciones conocidas.

Olor y Sabor: Los órganos del gusto y olfato son notablemente sensibles pero

no precisos y pueden variar en la misma persona y en el mismo día. Las pruebas deben efectuarse inmediatamente después del muestreo.

Para las pruebas no se ingiere alimentos ni fuma , no se usan jabones aromáticos, desodorantes ni perfumes.

Se olfatea su olor y se registra su descripción en un cuadro general de olores.

Se prueba el sabor tomando en la boca 15 cc de agua manteniéndola unos segundos y luego arrojarla (no es necesario ingerirla). Se registra el sabor tanto cuando estaba en la boca como después de arrojado la muestra. Se debe probar únicamente si son inocuas para su ingestión.

Turbiedad: Se debe a la presencia de sólidos en suspensión como arcilla,

limo, materia orgánica finamente dividida, plancton y otros organismos microscópicos.

Su determinación se basa en el paso de la luz a través de una suspensión que haga desaparecer la flama de una vela, es decir que la haga indistinguible contra el fondo de iluminación general cuando se observa la flama a través de la suspensión. A mayor trayectoria de luz menor valor de turbiedad.

Temperatura: Se determina con cualquier termómetro de mercurio con escala

centígrada de buena calidad. Se registra la temperatura en un cuadro.

Análisis químico

Investigación de amoníaco: El amoníaco forma con el reactivo de Nessler un precipitado amarillo naranja de oxiyoduro amiduro de mercurio. Si hay presencia de amoníaco el agua tomar color amarillo naranja.

Investigación de nitritos: Está basada en la coloración que se obtiene en el agua que contiene ácido nitroso cuando se le agrega una solución de agua almidonada de yoduro de cinc o de cadmio. Si hay presencia de nitritos aparecer una coloración azul más o menos intensa.

Investigación de cloruros: Se añade una gota de ácido nítrico y luego unas gotas de nitrato de plata. Si se enturbia o se forma un precipitado blanco lechoso estamos en presencia de cloruros, este precipitado es soluble en amoníaco.

Investigación de sulfatos: Se añade una solución de ácido clorhídrico diluído y luego una solución de cloruro de bario al 10%, si se enturbia o aparece un precipitado blanco cristalino estamos en presencia de sulfatos.

Investigación de fosfatos: Se coloca la muestra problema en una cápsula de porcelana y se agrega ácido nítrico, luego se evapora hasta que quedan 25cc de líquido y se agrega reactivo molibdico. Si hay presencia de fosfatos se producirá una coloración amarilla.

Dureza de agua: Agitando unos ml de agua destilada con unas gotas de solución alcohólica de jabón se produce una espuma persistente. Si en lugar de agua destilada repetimos la operación con una solución de sales alcalinas terreas veremos que en lugar de espuma se forman abundantes grumos y cuando continuamos agregando solución de jabón tendremos espuma fina y persistente.

Técnicas de Laboratorio

ANÁLISIS QUÍMICO DEL AGUA Investigación de cloruros. En 1 tubo de ensayo colocar el agua problema y añadir 1 gota de

ácido nítrico para evitar la precipitación de los carbonatos, agregar unas gotas de la solución de nitrato de plata, si aparece enturbiamiento o se forma un precipitado blanco lechosos denota la presencia de cloruros, el precipitado es soluble en amoníaco.

Rtvos: Acido nítrico, nitrato de plata y amoníaco Investigación de sulfatos: Colocar 10 a 20 ml del agua problema en un tubo de ensayo. Se

añade cloruro de bario al 10% y unas gotas de solución de ácido clorhídrico diluido. Un enturbiamiento o precipitado blanco cristalino indica la presencia de sulfatos.

Rtvos: Cloruro de bario al 10%, ácido clorhídrico diluído.

Determinación de cloro libre: Utilizando el kit para cloro libre se colocan a la muestra de

agua 3 gotas de rtvo 1 y luego 3 gotas de rtvo 2. Se compara el color con la tira rectiva y se determina la concentración de cloro libre.

Rtvos: Kit para cloro libre Determinación de dureza total: Utilizando el kit para determinación de dureza se coloca a la

muestra 2 gotas de GH1 y luego GH2 gota a gota hasta coloración verde.

Rtvo: Kit para determinación de dureza de agua.

Determinación de Temperatura: Se coloca el termómetro de 0 a 100ºC en un vaso de

precipitación o directamente en el agua y se espera que la temperatura se estabilice 3 o 4 minutos para recién hacer la lectura. Si se trata del agua de grifo la temperatura será alrededor de 18 a 20 ºC.

Determinación de pH Se utiliza pH para determinar acidez o alcalinidad del agua

para ello se utiliza un pHchímetro digital. Se saca el capuchón del electrodo del pHchímetro y se coloca dentro del vaso de precipitación con el agua problema, se enciende el phchímetro y se espera hasta que estabilice el valor y se hace la lectura

Potabilización de agua

Los tratamientos de potabilización de agua constan de varios procesos:

1) Aereación: Consiste en dispersar el agua en laminas o chorros para obtener una gran superficie de contacto con el aire atmosférico. Se hace por saltos o cascadas. Su efecto principal es la eliminación de gases y sustancias orgánicas volátiles de la descomposición de las algas de las aguas.

2) Sedimentación simple: Se hace en los sedimentadores, que son piletas de gran tamaño, donde las materias en suspensión se depositan en el fondo por gravedad, de esta forma se elimina la materia más gruesa.

3) Coagulación química: Para acelerar la sedimentación, se procede a la coagulación que es la precipitación o aglomeración de sólidos fina mente divididos en suspensión. Se usan varios productos químicos como el sulfato de aluminio que actua por formación de hidróxido de aluminio insoluble y gelatinoso, que arrastra impurezas, engloba germenes y forma con la materia orgánica disuelta que colorea el agua, lacas insolubles. También se usa sulfato ferroso que forma hidróxido férrico que actua de igual forma que el aluminio.

4) Decantación: Tiene por objeto la clarificación del agua mediante la sedimentación de la materia coagulada. Hay diversos tipos de decantadores en los que el agua debe entrar a baja velocidad para dar lugar a la retención y desde allí pasa a los filtros.

5) Filtración: Se utilizan los filtros rápidos de arena y requieren para su buen funcionamiento algún residuo de floculante para formar en la superficie del filtro una fina película. Tiene más o menos 2m. de alto y está formado por una capa de arena fina de 1,5m de espesor y luego se disponen capas de grava y ladrillo poroso que contienen el filtro.

Allí se logra un 99% de depuración. Tiene el inconveniente de ensuciarse con cierta frecuencia con lo que pierde rendimiento, por lo que debe ser lavado con agua en contracorriente.

6) Desinfección del agua: Las aguas de consumo deben ser químicamente aptas y físicamente agradables pero especialmente debe cuidarse su calidad bacteriológica. No se busca la esterilización total del agua, sino la reducción del contenido bacteriano con un proceso llamado desinfección , para evitar la propagación de las enfermedades hídricas, mediante la destrucción de los organismos patógenos que las originan.

Puede hacerse por: A- Agentes Químicos como el Cloro, Hipoclorito de Sodio, Ozono, Permanganato de Potasio, Etc. B- Agentes Físicos: Calor, Rayos Ultravioleta.

Desinfección del agua por acción de calor y de hipoclorito de sodio: Una vez aereada el agua se proceder a decantar y filtrar. Luego se hará hervir durante 10 minutos, una vez fria se agregar 2 gotas de hipoclorito de sodio (lavandina) por cada litro de agua tratado, al cavo de 30 minutos puede ser ingerida.