jueves, 1 de marzo de 2012

3.1. Tanta agua y nos podemos morir de sed


¡El agua es el compuesto más importante del que depende la vida en la tierra!

A pesar de encontrarse en extrema abundancia, solamente un porcentaje muy pequeño de ella es agua dulce o potable, aproximadamente un 3% del agua total del planeta es apta para consumo humano, el restante ósea el 97% corresponde al agua salada que se encuentra en los mares y océanos. Esta ultima no es potable, por lo cual tomando en cuenta factores demográficos, contaminantes y naturales; la escasees del agua en algunos años (incluso en el presente) es y será un problema muy serio, al cual ha de buscarse una solución a todos plazos posibles, ya que incluso hay lugares en el mundo como Kenya, en el que se asegura que el precio por litro de agua es incluso mas caro que el del famoso refresco “Coca-Cola”.




3.1.1 Distribución actual del agua en la tierra

El total del agua presente en el planeta, en todas sus formas, se denomina hidrosfera. El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie 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.

 El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1 por ciento está en estado líquido. El 2% restante se encuentra en estado sólido en capas, campos y plataformas de hielo o banquisas en las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulce se encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos.



El agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje ronda el 90%).

En la superficie de la Tierra hay unos 1.386.000.000 km3 de agua que se distribuyen de la siguiente forma:


3.1.2 Calidad del agua

Éste término es relativo a la composición del agua en la medida en que ésta es afectada por la concentración de sustancias ya sea tóxicas o producidas por procesos naturales. De acuerdo con lo anterior, tanto los criterios como los estándares y objetivos de calidad de agua variarán dependiendo de si se trata de agua para consumo humano (agua potable), para uso agrícola o industrial, para recreación, para mantener la calidad ambiental, etc.

Efecto de algunas sustancias peligrosas

Arsénico

La presencia de arsénico en el agua potable puede ser el resultado de la disolución del mineral presente en el suelo por donde fluye el agua antes de su captación para uso humano, por contaminación industrial o por pesticidas. La ingestión de pequeñas cantidades de arsénico puede causar efectos crónicos por su acumulación en el organismo. Envenenamientos graves pueden ocurrir cuando la cantidad tomada es de 100 mg. Se ha atribuido al arsénico propiedades cancerígenas.

Zinc

La presencia del zinc en el agua potable puede deberse al deterioro de las tuberías de hierro galvanizado y a la pérdida del zinc del latón. En tales casos puede sospecharse también la presencia de plomo y cadmio por ser impurezas del zinc, usadas en la galvanización. También pude deberse a la contaminación con agua de desechos industriales.

Cromo

El cromo hexavalente (raramente se presenta en el agua potable el cromo en su forma trivalente) es cancerígeno, y en el agua potable debe determinarse para estar seguros de que no está contaminada con este metal. La presencia del cromo en las redes de agua potable puede producirse por desechos de industrias que utilizan sales de cromo, en efecto para el control de la corrosión de los equipos, se agregan cromatos a las aguas, de refrigeración.



3.1.3 Fuentes de contaminación del agua


Las principales fuentes contaminantes que afectan al agua son:

1.  Agentes patógenos.- Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua provenientes de desechos orgánicos.

2.  Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos.

3.  Sustancias químicas inorgánicas.- Ácidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua.

4.  Sustancias químicas orgánicas.- Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.

5.  Sedimentos o materia suspendida.- Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.

6.  Sustancias radiactivas que pueden causar defectos congénitos y cáncer.

7.  Calor.- Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.

Estos afectan al agua haciendo que deje de ser potable, y en ovaciones, al mismo tiempo pasa a ser un contaminante.




3.2. Importancia del agua para la humanidad



El agua es la base de la vida en la tierra y tiene miles de usos, es totalmente indispensable. Podemos mencionar varios usos tales como Aseo, Industria, Agricultura, Consumo entre otros, tomando a este ultimo como el mas importante para prevalecer la vida en la Tierra.





3.2.1 Agua para la agricultura,la industria y la comunidad


El agua es un factor de producción clave para la agricultura. La producción de biomasa está íntimamente ligada a la necesidad de agua dulce y el ganado depende del agua para beber.
El cambio climático tendrá un impacto significativo en la agricultura, en lo relativo a la cantidad y a la calidad del agua. Ello se pondrá de relevancia a través del aumento de la demanda mundial de alimentos, conforme aumente la población y la renta real.

El agua es esencial para aprovechar el potencial de la tierra y para permitir que las variedades mejoradas tanto de plantas como de animales utilicen plenamente los demás factores de producción que elevan los rendimientos. Al incrementar la productividad, la gestión sostenible del agua (especialmente si va unida a una gestión adecuada del suelo) contribuye a asegurar una producción mejor tanto para el consumo directo como para el comercio, favoreciendo así la producción de los excedentes económicos necesarios para elevar las economías rurales.
 
La mejora en la utilización del agua tanto en la agricultura de secano como en la de regadío será fundamental para afrontar las situaciones previstas de escasez de agua. La mejora de la utilización o de la productividad del agua se entiende frecuentemente en términos de obtener la mayor cantidad de cultivos posible por volumen de agua: "más cultivos por gota". 



La industria en general requiere agua de purificada de alta calidad en los equipos como energía de vapor, o dentro de los procesos de manufactura.
El principal problema está en los contaminantes inorgánicos que se incrustan en su costosa maquinaria, o que alteran el proceso productivo donde se utilizan.
La industria de los semiconductores, maquinaria de corte por agua, torres de enfriamiento, agua para alimentar calderas, la industria alimentaria, elaboración de cosméticos, procesos químicos, procesos de fotografía, procesos de impresión, etc., requieren de agua libre de sales y minerales.
El agua utilizada en la industria no solo forma parte del producto final, sino también el proceso, como el agua de enfriamiento, agua de limpieza, etc. 
Según el referido censo, el 70% de las industrias se asientan en el área metropolitana de Asunción, lo cual demuestra la dependencia de las industrias del agua superficial y del agua subterránea.
La mayor parte del consumo se centra sobre el agua subterránea, ocasionado una presión sobre los acuíferos. Es necesario determinar entonces el consumo industrial del agua a nivel nacional y en la zona del acuífero Patiño en particular, atendiendo que es un acuífero con alta dependencia del agua de lluvia.

También se tiene una presión sobre los cauces hídricos por la contaminación ocasionada por los efluentes industriales y el bajo nivel de tratamiento de dichos efluentes.

El agua destinada a la producción industrial está asociada con: 
 
     * El nivel del desarrollo industrial del país.
     * El uso irrestricto de las fuentes de agua subterráneas para los procesos industriales.
     * La disponibilidad del agua en diversas regiones del país.
     * La calidad de agua para uso industrial.



 
Además de precisar los seres humanos el agua para su existencia precisan del agua para su propio aseo y la limpieza. Se ha estimado que los humanos consumen «directamente o indirectamente» alrededor de un 54% del agua dulce superficial disponible en el mundo. Este porcentaje se desglosa en:
-Un 20%, utilizado para mantener la fauna y la flora, para el transporte de bienes (barcos) y para la pesca.
-El 34% restante, utilizado de la siguiente manera; El 70% en irrigación, un 20% en la industria y un 10% en las ciudades y los hogares.
 El consumo humano representa un porcentaje reducido del volumen de agua consumido a diario en el mundo. Se estima que un habitante de un país desarrollado consume alrededor de 5 litros diarios en forma de alimentos y bebidas. Estas cifras se elevan dramáticamente si consideramos el consumo industrial doméstico.



3.2.2 Purificación del Agua


El agua es esencial para la vida. Sin embargo, es escasa para millones de personas en todo el mundo. En esta nota podremos encontrar alternativas para un mejor aprovechamiento del agua. Además revisamos diferentes alternativas para purificarla, en especial el método de desinfección solar llamado SODIS.
Existen diferentes formas de purificar el agua, la forma más popular de obtener agua pura es hervirla. El hervir el agua durante al menos cinco minutos bastara para matar a todos los organismos que causan enfermedades. Sin embargo, hervir el agua no es fácil. Usa mucho combustible que es a menudo caro o difícil de encontrar. Este proceso cambia el sabor del agua y  necesita un tiempo para enfriarse antes de que pueda beberse. Existen otras formas para purificar el agua, las más utilizadas son:
Desinfección solar (método SODIS)
Una forma de desinfectar el agua de drenaje es el uso de radiación UV. La radiación ultra violeta es un proceso demostrado para la desinfección del agua, aire y superficies sólidas contaminadas microbiológicamente (1).
Es importante no usar botellas de vidrio, ya que no permiten que entre suficiente luz solar en el agua. Las botellas de plástico tienen costados muy finos que permiten que la luz solar llegue al agua. El agua turbia debe dejarse decantar antes del uso y debe filtrarse mediante una tela filtro de arena si todavía está turbia.
El método:
Llenar una botella limpia aproximadamente tres cuartos de su capacidad, taparla y agitarla vigorosamente durante aproximadamente 20 segundos. Esto asegura que haya suficiente aire en el agua, el que reacciona con la luz del sol para ayudar al proceso de purificación.
Llenar luego la botella hasta el tope y ponerla acostada en un lugar donde reciba luz solar directa durante varias horas y donde el viento no enfríe la  botella. Un tejado es ideal si está hecho de planchas metálicas, tejas o concreto.
La técnica SODIS puede ser practicada por personas que no tienen acceso al agua potable en cualquier lugar del mundo. Es un método muy sencillo de aplicar por las siguientes razones:
Desinfección por calor
Cuando se aplica un tratamiento por calor, una solución se calienta durante 30 segundos a una temperatura de 95 grados centígrados. Esta temperatura es suficiente para matar a todos los agentes patógenos. Una desventaja del tratamiento por calor es el consumo de gas.





3.3. El por que de las maravillas del agua


Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida, el agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la humana. El agua es un elemento crítico para la proliferación de la vida. El agua desempeña este papel permitiendo a los compuestos orgánicos diversas reacciones que, en último término, posibilitan la replicación de ADN. De un modo u otro, todas las formas de vida conocidas dependen del agua. Sus propiedades la convierten en un activo agente, esencial en muchos de los procesos metabólicos que los seres vivos realizan. 
 
Desde esta perspectiva metabólica, podemos distinguir dos tipos de funciones del agua: anabólicamente, la extracción de agua de moléculas (mediante reacciones químicas enzimáticas que consumen energía) permite el crecimiento de moléculas mayores, como los triglicéridos o las proteínas; en cuanto al catabolismo, el agua actúa como un disolvente de los enlaces entre átomos, reduciendo el tamaño de las moléculas (como glucosas, ácidos grasos y aminoácidos), suministrando energía en el proceso. El agua es por tanto un medio irremplazable a nivel molecular para numerosos organismos vivos. Estos procesos metabólicos no podrían realizarse en un entorno sin agua, por lo que algunos científicos se han planteado la hipótesis de qué tipo de mecanismos como la absorción de gas, asimilación de minerales, podrían mantener la vida sobre el planeta.
El cuerpo humano está compuesto de entre un 55% y un 78% de agua, dependiendo de sus medidas y complexión. Para evitar desórdenes, el cuerpo necesita alrededor de siete litros diarios de agua; la cantidad exacta variará en función del nivel de actividad, la temperatura, la humedad y otros factores. La mayor parte de esta agua se absorbe con la comida o bebidas. 



3.3.1 Estructura y popiedades de los liquidos: Modelo cinético molecular de los líquidos. Propiedades


Viscosidad. La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido.

Fluidez. La fluidez es una característica de los líquidos y/o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren.

Presión de vapor. Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, sólo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos. En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición, también es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación.

-Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales.
-Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes.

Modelo cinético molecular.

En el ESTADO LÍQUIDO las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son manos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse.

Propiedades de los líquidos:
FORMA: Adoptan la forma del recipiente que los contiene.
VOLUMEN: No varía.
COMPRESIBILIDAD: Son incompresibles.
FUERZAS INTERMOLECULARES: En un líquido las fuerzas intermoleculares de ATRACCIÓN y REPULSIÓN se encuentran igualadas.

Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante movimiento de desplazamiento y que se deslizan unas sobre las otras.
La disposición de estas moléculas le da un aspecto de fluidez con la que frecuentemente se les asocia.

Los líquidos son incompresibles porque las moléculas que los constituyen están tan unidas que no pueden acercarse más; sólo pueden deslizarse las unas sobre las otras.
Los líquidos, AL igual que los sólidos, presentan propiedades específicas entre las cuales señalaremos:

• Volatilidad: Es decir, facilidad para evaporarse.
• Viscosidad: Es decir, dificultad al escurrimiento.






3.3.2 Propiedades del Agua: Puntos de fusión y ebullición. Densidad. Capacidad calorífica. Calores latentes de fusión y de evaporación. Tensión superficial. Poder disolvente.


Punto de Fusión

Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 °C (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 °C, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca.

Punto de Ebullición

La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 °C.
Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 °C, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor.

Capacidad Calorífica

El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 °K. Para los sistemas biológicos esto es muy importante pues la temperatura celular se modifica muy poco como respuesta al metabolismo. De la misma forma, los organismos acuáticos, si el agua no poseyera esa cualidad, se verían muy afectados o no existirían

Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ºC es necesario aportar una cantidad de calor igual a una caloría. Por tanto, la capacidad calorífica de 1 g de agua es igual a 1 cal/K.

Calor Latente

El calor latente es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura; por tanto al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.
Agua:

De fusión: 334,4 kJ/kg (79,9 kcal/kg) a 0 ºC;
De ebullición: 2257 kJ/kg (539 kcal/kg) a 100 ºC.

3.3.3 Composición del agua: Electrolisis y Síntesis







Electrólisis del agua 

Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es el puro H2O, sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendría conductividad.)
Es importante hacer varias consideraciones:

Nunca deben unirse dos electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la batería se sobrecalentará y quemará. Debe utilizarse siempre corriente continua.

La electrólisis debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario producirían una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxígeno y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiométrica).

Una manera de producir agua otra vez, es mediante la exposición a un catalizador. El más común es el calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en presencia de oxígeno y el catalizador, de manera que el hidrógeno se queme suavemente, produciendo una llama tenue. Lo contrario nunca debe hacerse.










 
Síntesis del agua

De acuerdo con la ley de Avogadro, la reacción de síntesis del agua necesitaría que dos moléculas de hidrógeno reaccionaran con una molécula de oxígeno para obtener dos moléculas de agua. La molécula de oxígeno tiene que estar formada al menos por dos átomos, para que por lo menos uno de ellos entre a formar parte de cada molécula de agua. Si suponemos que en un volumen de gas hay seis moléculas, tenemos como reactivos 24 átomos de hidrógeno y 12 átomos de oxígeno. Si obtenemos dos volúmenes de agua (12 moléculas), cada molécula de agua debe tener de fórmula H2O y no HO como creía Dalton.




3.3.4 Estructura molecular del agua: Enlaces covalentes. Moléculas polares y no polares. Puentes de Hidrogeno


Estructuralmente, la moléculas de agua está constituida por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxigeno. El en lace entre esto átomos es covalente polar (presentan dos polos: + y -), pues cada átomo de Hidrógeno tiene necesidad de compartir un electrón y el de oxígeno do electrones, formando enlaces covalentes entre los átomos, y siendo polar porque el átomo más electronegativo atrae el par electrónico con más fuerza y queda desplazado hacia él; se produce así una cierta asimetría en la distribución de las cargas.
  
Enlace Covalente

El enlace covalente ocurre porque los átomos en el compuesto tienen una tendencia similar hacia los electrones (generalmente para ganar electrones). Esto ocurre comúnmente cuando dos no metales se enlazan. Ya que ninguno de los no elementos que participan en el enlace querrán ganar electrones, estos elementos compartirán electrones para poder llenar sus envolturas de valencia. Un buen ejemplo de un enlace covalente es ese que ocurre entre dos átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno (H) tiene un electrón de valencia en su primera envoltura. Puesto que la capacidad de esta envoltura es de dos electrones, cada átomo hidrógeno 'querrá' recoger un segundo electrón



Enlaces Polares y No-Polares 

En realidad, hay dos subtipos de enlaces covalente. La molécula H2 es un buen ejemplo del primer tipo de enlace covalente el enlace no polar. Ya que ambos átomos en la molécula H2 tienen una igual atracción (o afinidad) hacia los electrones, los electrones que se enlazan son igualmente compartidos por los dos átomos, y se forma un enlace covalente no polar. Siempre que dos átomos del mismo elemento se enlazan, se forma un enlace no polar.
Un enlace polar se forma cuando los electrones son desigualmente compartidos entre dos átomos. Los enlaces polares covalentes ocurren porque un átomo tiene una mayor afinidad hacia los electrones que el otro (sin embargo, no tanta como para empujar completamente los electrones y formar un ión). En un enlace polar covalente, los electrones que se enlazan pasarán un mayor tiempo alrededor del átomo que tiene la mayor afinidad hacia los electrones. Un buen ejemplo del enlace polar covalente es el enlace hidrógeno - oxígeno en la molécula de agua.

 

Puente de Hidrogeno

Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej.  Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno.






3.3.5 Regulación del clima



En la regulación del clima global participan todos los sistemas de la naturaleza: la atmósfera y la hidrosfera (sobre todo los océanos), la criosfera (hielo, nieve), la litosfera (la corteza terrestre) y la biosfera.

En las últimas décadas, también el ser humano (como causante del aumento en la emisión de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano) se ha convertido en un factor que afecta al clima.
 
En el sistema climático de la Tierra, el mar cumple una función primordial. La elevada capacidad calórica del agua marina y las particularidades de su balance térmico, como la mezcla de las capas superiores, amortiguan las diferencias de temperatura a lo largo del año. Tanto el sistema de circulación general de la atmósfera como el de los océanos contribuyen, en proporciones similares, al equilibrio térmico entre las latitudes altas y bajas.
 
Además, los océanos influyen sobre el clima no sólo térmicamente, sino también como parte de los grandes ciclos biogeoquímicos, especialmente el ciclo del carbono que, en forma de dióxido de carbono, es fundamental para la futura evolución del clima. Quien quiera saber hoy cómo será el clima mañana, no puede ignorar los océanos

El ciclo hidrológico es un proceso continuo pero irregular en el espacio y en el tiempo. Una gota de lluvia puede recorrer todo el ciclo o una parte de él. Cualquier acción del hombre en una parte del ciclo, alterará el ciclo entero para una determinada región. El hombre actúa introduciendo cambios importantes en el ciclo hidrológico de algunas regiones de manera progresiva al desecar zonas pantanosas, modificar el régimen de los ríos, construir embalses, etc.