3. El Agua Propiedades

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    24-Sep-2015

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EL AGUA PROPIEDADES

IA-5037 INGENIERIA DEL AGUAIng. Mg.Sc. Ricardo Apaclla Nalvarte1PROPIEDADES FSICO-QUMICAS DE LA MOLCULA DE AGUALa molcula de agua est formada por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno. La unin de cada uno de los tomos de hidrgeno al de oxgeno es mediante un enlace covalente. La estructura tetradrica de los orbitales sp3 del oxgeno implica que los enlaces 0-H formen entre s un ngulo de unos 105, lo que lleva consigo que, aunque se trata de una molcula elctricamente neutra, la distribucin de sus cargas sea asimtrica, dando como resultado un dipolo.2

Como consecuencia de la atraccin electrosttica entre dipolos, las molculas de agua tienden a unirse entre s mediante lo que se llama un enlace de puente de hidrgeno. Puesto que la estructura de la molcula de agua es tetradrica, cada una de ellas puede unirse a otras cuatro mediante puente de hidrgeno. 3La gran diferencia en electronegatividad de los tomos de oxgeno e hidrgeno hace que el agua posea una constante dielctrica muy elevada y que los compuestos formados por enlace inico tiendan a disociarse en ella en aniones y cationes. Estos elementos cargados negativa o positivamente tienden a formar enlaces de puente de hidrgeno con las molculas de agua y a permanecer en solucin. El agua es conocida con el nombre de disolvente universal. El agua es el nico elemento que se presenta en sus tres estados en el rango de variacin de la temperatura ambiental.4En estado lquido el agua est formada por un aglomerado de molculas unidas entre s por enlaces de puente de hidrgeno. El agua en estado slido cristaliza en el sistema cbico y aumenta su volumen con respecto al estado lquido. Como consecuencia, el hielo es menos denso que el agua lquida y flota.Este hecho es muy importante puesto que condiciona que las masas de agua en la naturaleza comiencen a congelarse en superficie permaneciendo lquidas en profundidad, permitiendo as la continuidad de la vida durante los perodos fros. 5DEFINICION DE CONTAMINACION Y CONTAMINANTES DEL AGUA Es una modificacin, generalmente provocada por el hombre, de la calidad del agua, hacindola impropia o peligrosa para el consumo humano, la industria, la agricultura, la pesca y las actividades recreativas, as como para los animales domsticos y la vida natural.Carta del Agua, Consejo de Europa, 1968.6El agua es uno de los compuestos qumicos ms importantes para los seres humanos y la vida en general, tal como se desarrolla en nuestro planeta.El agua cubre aproximadamente el 72% de la superficie terrestre, y que la materia viva incluye en su composicin altsimos porcentajes de esta sustancia. DEFINICION DE AGUAMedusa98%Embriones humanos >95%Recin nacido70%Hombre adulto60%rboles50%7Es la nica sustancia qumica que en nuestro planeta se presenta en los tres estados de agregacin: slido, lquido y gaseoso, en estado natural.Todas las formas de vida, aun en el desierto, requieren una entrada importante de agua y casi todas las funciones de nutricin y excrecin en los seres vivos se basan en el agua.La funcin fotosinttica es la base de toda la vida en la Tierra y el agua interviene en ella de dos formas:Transitoria: ya que como parte de la corriente de transpiracin se devuelve en cierta medida.Permanente: aporta el hidrgeno que est combinado en la planta.8El porcentaje ms elevado es agua salada de mares y ocanos, en principio no til para la mayor parte de las actividades humanas, lo que hace necesario el tratamiento de la misma antes de su uso.ABUNDANCIA CICLO Y USOS DEL AGUA

9Solamente algo menos del 0,7% (que supone unos 4.1010 kg/persona) es agua dulce, que resulta imprescindible y de gran importancia, por lo tanto tambin es necesario el mantenimiento de su calidad.

10Adems, del total de agua dulce, menos del 0,01% es agua superficial, que es la que en principio resulta ms fcilmente accesible.

11Sin embargo, estas cantidades de agua dulce son suficientes para las actividades humanas incluso para un futuro todava lejano. Se calculan del orden de unos 46.000 km3 de recursos hdricos de agua dulce, disponibles a nivel mundial, que suponen ms de 5.000 m3/habitante-ao. Se entiende por recursos hdricos como la cantidad de agua que circula por los ros de una zona y las reservas acumuladas superficial y subterrneamente en un ao medio. 12Hay que tener en cuenta dos hechos importantes, por un lado el gran problema de la distribucin irregular de las aguas a nivel mundial y por otro, los problemas de contaminacin grave localizada, que ocasionan, en zonas con suficiente abundancia de agua, que sta no sea utilizable por su baja calidad.

13En el ciclo hidrolgico del agua se observa que la cantidad total de agua permanece prcticamente en constante equilibrio por compensacin de los procesos de evaporacin y transpiracin con los de precipitacin y escorrenta. El balance hdrico sera el siguiente equilibrio:Precipitaciones = Escorrenta (Superficial+Subterrnea)+ Evapotranspiracin.Se calcula que circulan aproximadamente unos 500000 km3 de agua al ao, a travs de los procesos implicados en la ecuacin anterior.14

15Es importante tener en cuenta los diferentes usos del agua por el hombre, por el inters que tiene para comparar recursos de agua y necesidades en el aspecto cuantitativo y tambin porque tendr una gran importancia a la hora de valorar la contaminacin del agua y los tratamientos que hagan posible su utilizacin.Usos consuntivos: Consumo de agua como tal, con modificacin de la calidad. Se consideran esencialmente:1. Urbano, domstico, o de abastecimiento.2. Industrial. 3. Agropecuario.16Otros usos: 4. Generacin de energa elctrica. 5. Medio de vida acutico (acuicultura). 6. Recreativo y esttico. 7. Navegacin.17 A nivel mundial se considera un consumo total de agua del orden de 3000 km3/ao, repartidos en los siguientes porcentajes aproximados: uso agrario (75%), uso industrial (20%) y uso domstico (5%).

18PROPIEDADES DEL AGUA Y CONSECUENCIAS MEDIO AMBIENTALES

19Altos valores de capacidad calorfica y de los calores latentes de fusin y vaporizacin lo que se traduce en que los mantos acuferos tengan un gran efecto estabilizador del clima. Los pares agua lquida/agua slida y agua lquida/vapor de agua van a actuar como autnticos reguladores trmicos tanto del clima como de los seres vivos.En los seres vivos las prdidas de calor por respiracin y sudor son grandes, un adulto elimina por da de 300 a 400 g de agua mediante respiracin y de 600 a 800 g por evaporacin cutnea, representando una prdida de calor de un 20% del total producido en un da. 20La radiacin solar no absorbida (zona visible) calienta la superficie terrestre y es emitida por las noches en forma de radiacin de onda larga, zona de infrarrojo, que en buena parte es absorbida por el CO2, y el agua atmosfricos; esta absorcin es la responsable del mantenimiento de la temperatura en las horas nocturnas.En la regulacin del clima: la importancia del efecto combinado del vapor de agua y del dixido de carbono (CO2,) en el mantenimiento, ms o menos constante y ordenado, de la temperatura sobre la superficie de la tierra.21Temperaturas de fusin y ebullicin altas, Si no fuera por este hecho, el agua debera fundir entre -100 y -150C y hervir hacia -70 -80C, con lo cual sera un gas que se habra evaporado hacia el espacio interestelar en las edades geolgicas precedentes y no podra existir la vida tal y como la conocemos.Alta conductividad trmica, la ms alta de los lquidos no metlicos, es casi el doble de la mayora, esto permite que en los intercambios calorficos en poco tiempo entre en juego toda la masa de agua disponible, hecho que puede ser muy importante en los seres vivos para poder trasladar calor en caso de circulacin impedida.22Variacin anmala de la densidad, siendo mayor el valor como lquido que como slido, lo que da lugar a que el hielo flote en la superficie de las aguas y sirva como aislante contra el aire fro exterior, evitndose la congelacin demasiado profunda del manto de agua, lo que significa un gran beneficio para la vida acutica e incluso para determinadas actividades humanasEste hecho tambin reporta algunos efectos negativos, tales como el dao que se produce en los tejidos de plantas y animales debido al expansionamiento del agua al helarse, lo que ocasiona la ruptura de las clulas. Este mismo efecto cuando tiene lugar en la superficie de la Tierra, causa la descomposicin de materiales rocosos para producir suelos frtiles.23Alto valor de la tensin superficial, lo que implica que en el suelo se pueda retener una mayor cantidad de lquido; en general -no siempre- constituye una ventaja para el crecimiento vegetal.Gran capacidad disolvente, El agua es un disolvente extremadamente verstil. Es adems el medio en el que se desarrollan numerosos equilibrios y reacciones de distinto tipo cido-base solubilizacin-precipitacin, oxidacin-reduccin. Su elevada capacidad disolvente se debe a:24