El agua como compuesto químico:Habitualmente se piensa que el agua natural que conocemos es un compuesto químico de fórmula H2O, pero no es así, debido a su gran capacidad disolvente toda el agua que se encuentra en la naturaleza contiene diferentes cantidades de diversas sustancias en solución y hasta en suspensión, lo que corresponde a una mezcla.
El agua químicamente pura es un compuesto de fórmula molecular H2O. Como el átomo de oxígeno tiene sólo 2 electrones no apareados, para explicar la formación de la molécula H2O se considera que de la hibridación de los orbitales atómicos 2s y 2p resulta la formación de 2 orbitales híbridos sp3. El traslape de cada uno de los 2 orbitales atómicos híbridos con el orbital 1s1 de un átomo de hidrógeno se forman dos enlaces covalentes que generan la formación de la molécula H2O, y se orientan los 2 orbitales sp3 hacia los vértices de un tetraedro triangular regular y los otros vértices son ocupados por los pares de electrones no compartidos del oxígeno. Esto cumple con el principio de exclusión de Pauli y con la tendencia de los electrones no apareados a separarse lo más posible. Experimentalmente se encontró que el ángulo que forman los 2 enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno es de 105º y la longitud de enlace oxígeno-hidrógeno es de 0.96 angstroms y se requiere de 118 kcal/mol para romper uno de éstos enlaces covalentes de la molécula H2O. Además, el que el ángulo experimental de enlace sea menor que el esperado teóricamente (109º) se explica como resultado del efecto de los 2 pares de electrones no compartidos del oxígeno que son muy voluminosos y comprimen el ángulo de enlace hasta los 105º. Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la misma carga) y cuando no están apareados también se repelen (principio de exclusión de Pauli). Además núcleos atómicos de igual carga se repelen mutuamente. Las fuerzas de atracción se deben a que los electrones y los núcleos se atraen mutuamente porque tienen carga opuesta, el espín opuesto permite que 2 electrones ocupen la misma región pero manteniéndose alejados lo más posible del resto de los electrones. La estructura de una molécula es el resultado neto de la interacción de las fuerzas de atracción y de repulsión (fuerzas intermoleculares), las que se relacionan con las cargas eléctricas y con el espín de los electrones. De acuerdo con la definición de ácido y álcali de Brönsted-Lowry, los 2 pares de electrones no compartidos del oxígeno en la molécula H2O le proporciona características alcalinas. Los 2 enlaces covalentes de la molécula H2O son polares porque el átomo de oxígeno es más electronegativo que el de hidrógeno, por lo que esta molécula tiene un momento dipolar electrostático igual a 6.13×10-30 (coulombs)(angstrom), lo que también indica que la molécula H2O no es lineal, H-O-H.
PROPIEDADES QUÍMICOS DEL HIDRÓGENO
Primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H2. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares.
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL OXIGENO
Elemento químico gaseoso, símbolo O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es de gran interés por ser el elemento esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en volumen) del aire es oxígeno.
Existen equipos capaces de concentrar el oxígeno del aire. Son los llamados generadores o concentradores de oxígeno, que son los utilizados en los bares de oxígeno.
El oxígeno gaseoso no combinado suele existir en forma de moléculas diatómicas, O2, pero también existe en forma triatómica, O3, llamada ozono.
El oxígeno se separa del aire por licuefacción y destilación fraccionada. Las principales aplicaciones del oxígeno en orden de importancia son: 1) fundición, refinación y fabricación de acero y otros metales; 2) manufactura de productos químicos por oxidación controlada; 3) propulsión de cohetes; 4) apoyo a la vida biológica y medicina, y 5) minería, producción y fabricación de productos de piedra y vidrio.
Existen equipos generadores de ozono, los cuales son usados para oxidación de materias, para ozonización de piscinas…
En condiciones normales el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido; se condensa en un líquido azul claro. El oxígeno es parte de un pequeño grupo de gases ligeramente paramagnéticos, y es el más paramagnético de este grupo. El oxígeno líquido es también ligeramente paramagnético.
Casi todos los elementos químicos, menos los gases inertes, forman compuestos con el oxígeno. Entre los compuestos binarios más abundantes de oxígeno están el agua, H2O, y la sílica, SiO2; componente principal de la arena. De los compuestos que contienen más de dos elementos, los más abundantes son los silicatos, que constituyen la mayor parte de las rocas y suelos. Otros compuestos que abundan en la naturaleza son el carbonato de calcio (caliza y mármol), sulfato de calcio (yeso), óxido de aluminio (bauxita) y varios óxidos de hierro, que se utilizan como fuente del metal.
Podemos pensar el ciclo hidrológico como una serie de reservas, o áreas de almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas reservas. Las reservas más grande, de lejos, son los océanos, que contienen aproximadamente un 97% del agua de la Tierra. El 3% restante es el agua dulce, tan importante para nuestra sobrevivencia. De ésta, aproximadamente 78% está almacenada en la Antártica y en Groenlandia. Aproximadamente 21% de agua dulce en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la superficie de la tierra. El agua dulce que vemos en los ríos, arroyos, lagos y en la lluvia constituye menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0.1% de toda el agua de la Tierra.
IMPUREZAS PRESENTES EN EL AGUA
A diferencia de los otros materiales sin depurar, el agua de alimentación sin depurar varía significativamente de una región geográfica a otra y de una estación a otra. El agua derivada de una fuente superficial en tierras altas, por ejemplo, tiene un bajo índice de Sólidos Disueltos Totales y es relativamente blanda, pero tiene una alta concentración de contaminación orgánica, una gran parte de la cual es coloidal. Por el contrario, el agua de una fuente subterránea tiene generalmente un alto índice de Sólidos Disueltos Totales y nivel de dureza, pero un contenido orgánico bajo. Las variaciones estacionales en la calidad de agua son más aparentes en las aguas superficiales. Durante los meses de otoño e invierno, las hojas puertas y plantas en descomposición liberan grandes cantidades de materia orgánica en los arroyos, lagos y embalses. Como consecuencia, el nivel de contaminación orgánica en las aguas superficiales alcanza su máximo en enero y febrero y disminuye a su mínimo en julio y agosto. La calidad y las características del agua de alimentación sin depurar tienen una gran importancia en el régimen de purificación necesario. Por lo tanto, antes de recomendar un equipo de purificación de agua, ELGA siempre se asegura de que los laboratorios tengan un buen conocimiento del suministro de agua local. En muchos casos, se realiza un análisis de agua completo en los laboratorios analíticos de ELGA.
PROCESO DE PURIFICACIÓN DEL AGUA
Las impurezas suspendidas y disueltas en el agua natural impiden que ésta sea adecuada para numerosos fines. Los materiales indeseables, orgánicos e inorgánicos, se extraen por métodos de criba y sedimentación que eliminan los materiales suspendidos. Otro método es el tratamiento con ciertos compuestos, como el carbón activado, que eliminan los sabores y olores desagradables. También se puede purificar el agua por filtración, o por cloración o irradiación que matan los microorganismos infecciosos.
En la ventilación o saturación de agua con aire, se hace entrar el agua en contacto con el aire de forma que se produzca la máxima difusión; esto se lleva a cabo normalmente en fuentes, esparciendo agua en el aire. La ventilación elimina los olores y sabores producidos por la descomposición de la materia orgánica, al igual que los desechos industriales como los fenoles, y gases volátiles como el cloro. También convierte los compuestos de hierro y manganeso disueltos en óxidos hidratados insolubles que luego pueden ser extraídos con facilidad.
La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del agua.
El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable, puede extraerse por medio de la ventilación y sedimentación, o pasando el agua a través de filtros de ceolita. También se puede estabilizar el hierro añadiendo ciertas sales, como los polifosfatos. El agua que se utiliza en los laboratorios, se destila o se desmineraliza pasándola a través de compuestos que absorben los iones.
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL PLANETA
A su vez las características climáticas de nuestro planeta, están determinadas, fundamentalmente, como hemos esbozado, por la interacción de la atmósfera y los océanos, que calentados por el sol, actúan como un inmenso motor térmico. En ello influye la incidencia de la radiación solar, que varía con la hora y la estación del año y la latitud terrestre, además de la disposición de los océanos y los continentes, junto con la altura y morfología de las tierras. El calor solar es mayor en la superficie terrestre que en las capas altas de la atmósfera, lo que produce corrientes ascendentes de convención, localizadas mas en la zona del ecuador que en los polos, impulsando inmensos sistemas de circulación global.
En la zona polar la atmósfera es más fría y forma una capa densa y relativamente pegada a la superficie, donde las presiones a los 5.000 m. son más bajas que en la zona tropical, estas depresiones polares succionan aire tropical. que es desviado por la rotación terrestre en dirección 0., alrededor de la tierra en las latitudes medias, formando grandes corrientes que llegan hasta zonas alejadas al N. y al S. y son responsables de la humedad y los cambios climáticos que caracterizan las zonas templadas de ambos hemisferios.
Estas corrientes atmosféricas principales, se complementan y modifican con otras para producir intercambios térmicos entre los océanos y los continentes, viéndose a su vez afectado el conjunto por las características geográficas, dando lugar a una serie de cinturones climáticos latitudinales, junto con otra variedad de climas locales y microclimas, con unas variaciones típicas a lo largo del año y una periodicidad anual con ligeras oscilaciones en tomo de unas medias, de las que a base de datos estadísticos se disponen mapas de las distintas épocas del año.
De estas características climáticas las precipitaciones atmosféricas junto con las temperaturas, son los elementos fundamentales de los que dependen la vida animal y vegetal y, en gran medida, la economía general de las distintas zonas. Siendo las precipitaciones de tal importancia que muchos autores utilizan solo este elemento en su apreciación del clima, definiendo como desértico el de menos de 120 mm. de precipitación anual, árido entre 120 y 250 mm. semiárido entre 250 y 500 mm., moderadamente húmedo entre 500 y 1.000 mm., húmedo entre 1.000 y 2.000 mm. y muy húmedo por encima de los 2.000 mm. La distribución media de las precipitaciones por la situación latitudinal en la superficie del globo, es sensiblemente la siguiente: Pluviosidad muy fuerte en la zona ecuatorial entre 0 y 20º de latitud, entre 1.500 y 3.000 mm. con reparto en una estación seca y una estación húmeda.
FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE AGUA
La planta AWFUL (o simplemente "la planta de agua", como todos la llaman) utilizaba métodos experimentales que no se habían usado antes. En lugar de cal, cloro y demás sustancias clásicas, aquí se empleaban agentes químicos exclusivos patentados por Alchemy. Los residuos orgánicos eran tratados por cepas bacterianas híbridas que no existían en la naturaleza. A esto hay que añadir las peculiaridades de la ciudad, donde vive gente rara que tira cosas todavía más raras al retrete. Los laboratorios lanzan indolentemente al drenaje sus abortos químicos y biológicos. La lluvia se precipita sobre piedras caídas del cielo y arrastra al desagüe partículas de vida exótica. Restos orgánicos e inorgánicos de todo origen y condición se mezclan en los grandes piletones de la planta de agua, donde son calentados, centrifugados, irradiados, oxigenados, sacudidos y electrolizados. No puede esperarse que todo esto ocurra inocuamente. Quien hoy visite la planta seguramente se sorprenderá con el aspecto que presentan los piletones, cubiertos por un manto perenne de espuma viscosa. Bajo este manto medran formas de vida que no existen en ningún otro sitio del planeta. El profesor Basilio Ivanov, de la Universidad de Urbys, fue el primero en estudiar a fondo este intrigante ecosistema:
Apenas se remueve un poco la espuma superficial saltan a la vista los filamentos. Éstos constituyen la forma de vida más abundante de los piletones, siendo equiparables al plancton. Están conformados por microorganismos que se unen en finas hebras plateadas, las cuales pueden alcanzar cientos de metros de longitud, tejiendo una red anfractuosa bajo el agua. Nadando entre los filamentos se distinguen los parameboides, de los que hasta la fecha se han identificado cerca de veinte especies. Lo más curioso de estas criaturas es que, pese a que su tamaño varía entre los quince y los setenta milímetros, son unicelulares. Cada uno es, en esencia, una sola célula macroscópica multinucleada con orgánulos especialmente adaptados a sus dimensiones. Algunas de las formas más llamativas son el comúnmente llamado "murciélago de piletón" (Paramoeba Chiroptera), que se desplaza con rápidos movimientos de contracción y expansión, y la "luciérnaga de piletón" (P. Lampyris), cuyo citoplasma está recorrido por delgados vasos capilares que conducen un fluido bioluminiscente que oscila de manera continua entre el verde y el azul. Estos vasos, aunque no siempre tan espectaculares, están presentes en la mayoría de los parameboides, conformando un rudimentario sistema circulatorio-nervioso. […] Filamentos y parameboides constituyen la base de la pirámide trófica, pues en ambos grupos hay especies capaces de realizar fotosíntesis. Tales especies están equipadas con orgánulos rellenos de una sustancia análoga a la clorofila, que a diferencia de ésta no capta la luz solar, que aquí es escasa, sino los rayos de las lámparas ultravioletas que se utilizan en el proceso de purificación del agua. […] Entre las formas que podríamos llamar "bentónicas" se destaca el "pescador" (Polypos Pseudofilamens), que vive adherido al fondo de los piletones y proyecta una hebra elástica de hasta dos metros de longitud que flota en el agua. Las especies que se nutren de los filamentos (entre las que se encuentran varias de parameboide) se ven atraídas por estas hebras, que al contacto se contraen velozmente, arrastrando la presa hasta la boca del pescador. Es interesante señalar que los falsos filamentos de los pescadores son distinguibles a simple vista de los filamentos verdaderos; un estudio sobre las similitudes y diferencias entre éstos podría revelar mucho sobre la percepción de las formas de vida de los piletones.
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. Su naturaleza se compone de tres átomos, dos de oxígeno que unidos entre si forman una molécula de agua, H2O, la unidad mínima en que ésta se puede encontrar. La forma en que estas moléculas se unen entre sí determinará la forma en que encontramos el agua en nuestro entorno; como líquidos, en lluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como sólidos en témpanos y nieves o como gas en las nubes.
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.
CICLO DEL AGUA
Cuberos Johan
Lugo Daisy
Yulian Wufeng
Kenya Márquez
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN Y DEPORTE
U.E. "DON ARÍSTIDES ROJAS"
MARACAY EDO. ARAGUA
Maracay, Mayo 2006
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