El agua.

Agua[i]. Sustancia cuyo nombre proviene del latín “aqua”. Molecularmente está formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno (H₂O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. Su estado más común es líquido, pero también puede encontrarse en la naturaleza en estado Sólido (hielo) y en estado gaseoso (Vapor).

Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales a causar precipitaciones de 119.000 km³ al año. El agua dulce en la naturaleza se renueva gracias a la atmósfera que dispone de 12.900 km de vapor de agua. Sin embargo se trata de un volumen dinámico que constantemente se está incrementando en forma de evaporación y disminuyendo en forma de precipitaciones, estimándose el volumen anual en forma de precipitación o agua de lluvia entre 113.500 y 120.000 km en el mundo. Estos volúmenes suponen la parte clave de la renovación de los recursos naturales de agua dulce. En los países de clima templado y frío la precipitación en forma de nieve supone una parte importante del total.

Según estudios de la FAO en el 2009, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes del 2030; en esos países es urgente un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. En la Tierra, se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares tiene el 1,74%, los depósitos subterráneos en (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, la humedad del suelo, Atmósfera, embalses, ríos y seres vivos.

Aproximadamente el 70% del agua dulce se consume en la Agricultura. El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial, empleándose como medio en la refrigeración, el transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe del orden del 10% restante. El 68,7% del agua dulce existente en el mundo está en los glaciares y mantos de hielo. Sin embargo, en general, no se consideran recursos hídricos por ser inaccesibles (Antártida, Ártico y Groenlandia). En cambio los glaciares continentales son básicos en los recursos hídricos de muchos países.

Las aguas superficiales engloban los lagos, embalses, ríos y humedales suponiendo solamente el 0,3% del agua dulce del planeta, sin embargo representan el 80% de las aguas dulces renovables anualmente de allí su importancia.

También el agua subterránea dulce almacenada, que representa el 96% del agua dulce no congelada de la Tierra, supone un importante recurso. Según Morris los sistemas de aguas subterráneas empleados en abastecimiento de poblaciones suponen entre un 25 y un 40% del agua potable total abastecida. Así la mitad de las grandes megalópolis del mundo dependen de ellas para su consumo. En las zonas donde no se dispone de otra fuente de abastecimiento representa una forma de abastecimiento de calidad a bajo coste.

La mayor fuente de agua dulce del mundo adecuada para su consumo es el Lago Baikal, de Siberia, que tiene un índice muy reducido en sal y calcio y aún no está contaminado.

Nombre del agua según su forma y características:

• Según su estado físico:
• Hielo (estado sólido)
• Agua (estado líquido)
• Vapor (estado gaseoso)
• Según su posición en el ciclo del agua:
• Hidrometeoro
• Precipitación
• Precipitación según desplazamiento
• Precipitación vertical
• Lluvia
• Lluvia congelada
• Llovizna
• Lluvia helada
• Nieve
• Granizo blando
• Gránulos de nieve
• Perdigones de hielo
• Aguanieve
• Pedrisco
• Cristal de hielo
• Precipitación horizontal (asentada)
• Rocío
• Escarcha
• Congelación atmosférica
• Hielo glaseado
• precipitación líquida
• Lluvia
• Lluvia helada
• Llovizna
• Llovizna helada
• Rocío
• precipitación sólida
• Nevasca
• Granizo blando
• Gránulos de nieve
• Perdigones de hielo
• Lluvia helada
• Granizo
• Prismas de hielo
• Escarcha
• Congelación atmosférica
• Hielo glaseado
• Aguanieve
• precipitación mixta
• Con temperaturas cercanas a los 0 °C
• Partículas en suspensión
• Nubes
• Niebla
• Bruma
• Partículas en ascenso (impulsadas por el viento)
• Ventisca
• Nieve revuelta
• Según su circunstancia
• Agua subterránea
• Agua de deshielo
• Agua meteórica
• Agua inherente – la que forma parte de una roca
• Agua fósil
• Agua dulce
• Agua superficial
• Agua mineral – rica en minerales
• Agua salobre ligeramente salada
• Agua muerta – extraño fenómeno que ocurre cuando una masa de agua dulce o ligeramente salada circula sobre una masa de agua más salada, mezclándose ligeramente. Son peligrosas para la navegación.
• Agua de mar
• Salmuera – de elevado contenido en sales, especialmente cloruro de sodio.
• Según sus usos
• Agua embotellada o agua potable – la apropiada para el consumo humano, contiene un valor equilibrado de minerales que no son dañinos para la salud.
• Agua purificada – corregida en laboratorio o enriquecida con algún agente – Son aguas que han sido tratadas para usos específicos en la ciencia o la ingeniería. Lo habitual son tres tipos:

1. Agua destilada
2. Agua de doble destilación
3. Agua desionizada

• Atendiendo a otras propiedades
• Agua blanda – pobre en minerales
• Agua dura – de origen subterráneo, contiene un elevado valor mineral
  o agua de cristalización — es la que se encuentra dentro de las redes cristalinas.
• Hidratos — agua impregnada en otras sustancias químicas
• Agua pesada – es un agua elaborada con átomos pesados de hidrógeno-deuterio. En estado natural, forma parte del agua normal en una concentración muy reducida. Se ha utilizado para la construcción de dispositivos nucleares, como reactores.
• Agua de tritio
• Agua negra
• Aguas grises
• Agua disfórica
• Según la microbiología
• Agua potable
• Agua residual
• Agua lluvia o agua de superficie

Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1781 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la Antigüedad. Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier dando a conocer que el agua estaba formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).

Propiedades físicas del agua.

• El agua es insípida e inodora en condiciones normales de presión y temperatura. El color del agua varía según su estado: como líquido, puede parecer incolora en pequeñas cantidades, aunque en el espectrógrafo se prueba que tiene un ligero tono azul verdoso. El hielo también tiende al azul y en estado gaseoso (vapor de agua) es incolora.
• Se transforma fácilmente en los tres estados de agregación (sólido, líquido y gaseoso).
• A 100º C se produce su ebullición en condiciones normales de presión (es decir, al nivel del mar a 760 mm de Hg).
• Se solidifica a 0º C en forma de hielo.
• Es un compuesto con elevada capacidad calorífica, esto es, requiere mucho calor para elevar su temperatura.
• A 4º C adquiere su mayor densidad, que se considera con valor de 1 (es la base para la densidad). Si su temperatura baja a partir de 4º C su densidad se eleva, pues la solubilidad decrece inversamente con la densidad; ésta es la razón por la que el hielo flota, pues ocupa más volumen.
• Es el disolvente universal por excelencia; todos los gases, así como numerosos sólidos y líquidos se disuelven en ella.
• En estado químicamente puro, es mala conductora del calor y la electricidad.
• Su densidad y fluidez permiten que su energía potencial, al ser almacenada en presas, se aproveche en las caídas de agua para producir energía eléctrica.

Propiedades químicas.

• Reacciona con los óxidos ácidos
• Reacciona con los óxidos básicos
• Reacciona con los metales
• Reacciona con los no metales
• Se une en las sales formando hidratos
• Muchas de estas reacciones que exponemos a continuación ya son existentes en la naturaleza:
• Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos.
• Los óxidos de los metales u óxidos básicos reaccionan con el agua para formar hidróxidos. Muchos óxidos no se disuelven en el agua, pero los óxidos de los metales activos se combinan con gran facilidad.
• Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacían a temperatura elevada.
• El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos, dando los siguientes compuestos: Haciendo pasar carbón al rojo sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de agua):
• El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose hidratos, como son:
• En algunos casos los hidratos pierden agua de cristalización cambiando de aspecto, y se dice que son eflorescentes, como le sucede al sulfato cúprico, que cuando está hidratado es de color azul, pero por pérdida de agua se transforma en sulfato cúprico anhidro de color blanco.
• Por otra parte, hay sustancias que tienden a tomar el vapor de agua de la atmósfera y se llaman hidrófilas y también higroscópicas; la sal se dice entonces que delicuesce, tal es el caso del cloruro cálcico.
• Es un compuesto muy estable; sin embargo, se ha observado que el hidrógeno y oxígeno se descomponen por encima de 1 600º C.
• Su molécula está formada por hidrógeno y oxígeno en proporción de 1:8 en masa y de 2:1 en volumen.
• Su fórmula química es H₂O; es decir, el oxígeno está unido a cada hidrógeno por medio de un enlace covalente sencillo (existe un par de electrones que los unen).
• Su masa molecular es 18.016.
• El agua se descompone con un voltámetro por medio de la corriente eléctrica, empleando un electrólito (disolución que conduce la electricidad y contiene iones positivos y negativos). En el cátodo (electrodo negativo) se desprende hidrógeno y en el ánodo (electrodo positivo) el oxígeno.
• En la síntesis volumétrica del agua (preparación de compuestos químicos a partir de sustancias más sencillas) se observa que el hidrógeno y el oxígeno se combinan siempre en proporción de 2:1.
• Reacciona con algunos metales como el sodio, el potasio (produciendo una reacción violenta) y el calcio dando el hidróxido del metal correspondiente e hidrógeno que se desprende en forma de gas.
• Se combina con los anhídridos formando ácidos (oxiácidos).
• Reacciona con los metales produciendo óxidos (corrosión)

Propiedades físico – químicas del agua

El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:

• Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.
• Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.
• Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.
• Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.
• Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.
• Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos. Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.
• Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada. Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

Funciones del agua

• Disolver: El agua disuelve sustancias. Ej. Azúcar + agua
• Bioquímica: El agua disuelve sustancias dentro del cuerpo.
• Transporte: Transporta sustancias en nuestro cuerpo.
• Estructural: El agua da forma a las células
• Termorregulador: El agua regula y mantiene la temperatura corporal. Homotermios (37 grados Celsius).
• Amortiguadora: líquido amniótico (agua que rodea el embrión). Líquido encefalorraquidio (agua que rodea el cerebro y medulas).

Actualmente se sigue investigando sobre la naturaleza de este compuesto y sus propiedades, a veces traspasando los límites de la ciencia convencional. En este sentido, el investigador John Emsley, divulgador científico, dijo en cierta ocasión del agua que «(Es) una de las sustancias químicas más investigadas, pero sigue siendo la menos entendida».

Purificación del agua^[ii].

Purificación de agua por sedimentación

La sedimentación consiste en dejar el agua de un contenedor en reposo, para que los sólidos que posee se separen y se dirijan al fondo. La mayor parte de las técnicas de sedimentación se fundamentan en la acción de la gravedad.

La sedimentación puede ser simple o secundaria. La sedimentación simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de otro tratamiento especial; mientras mayor sea el tiempo de reposo mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbidez será menor, haciendo el agua más transparente.

• La sedimentación simple (reposo natural prolongado) también ayuda a mejorar la calidad del agua, pues provee oportunidad de la acción directa del aire y los rayos solares, lo cual mejora el sabor y elimina algunas sustancias nocivas del agua.
• La sedimentación secundaria ocurre cuando se aplica un coagulante para producir el asiento de la materia sólida contenida en el agua.

Purificación de agua por filtración

La filtración es el proceso de separar un sólido del líquido en el que está suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso (filtro) que retiene al sólido y por el cual el líquido puede pasar fácilmente. Se emplea para obtener una mayor clarificación, generalmente se aplica después de la sedimentación para eliminar las sustancias que no salieron del agua durante su decantación.

Purificación de agua por desinfección

Se refiere a la destrucción de los microorganismos patógenos del agua ya que su desarrollo es perjudicial para la salud. Se puede realizar por medio de ebullición que consiste en hervir el agua durante 1 minuto y para mejorarle el sabor se pasa de un envase a otro varias veces, proceso conocido como aireación, después se deja reposar por varias horas y se le agrega una pizca de sal por cada litro de agua.

Cuando no se puede hervir el agua se puede hacer por medio de un tratamiento químico comúnmente con cloro o yodo.

Purificación de agua por cloración

Cloración es el procedimiento para desinfectar el agua utilizando el cloro o alguno de sus derivados, como el hipoclorito de sodio o de calcio. En las plantas de tratamiento de agua de gran capacidad, el cloro se aplica después de la filtración. Para obtener una desinfección adecuada, el cloro deberá estar en contacto con el agua por lo menos durante veinte minutos; transcurrido ese tiempo podrá considerarse el agua como sanitariamente segura. Para desinfectar el agua para consumo humano generalmente se utiliza hipoclorito de sodio al 5.1%. Se agrega una gota por cada litro a desinfectar.

Purificación de agua por ozono

Es el desinfectante más potente que se conoce, el único que responde realmente ante los casos difíciles (presencia de amebas, etc.). No comunica ni sabor ni olor al agua; la inversión inicial de una instalación para tratamiento por ozono es superior a la de cloración pero posee la ventaja que no deja ningún residuo.

Purificación de agua por rayos ultravioleta

La desinfección por ultravioleta usa la luz como fuente encerrada en un estuche protector, montado de manera que, cuando pasa el flujo de agua a través del estuche, los rayos ultravioleta son emitidos y absorbidos dentro del compartimiento.

Cuando la energía ultravioleta es absorbida por el mecanismo reproductor de las bacterias y virus, el material genético (ADN/ARN) es modificado, de manera que no puede reproducirse. Los microorganismos se consideran muertos y el riesgo de contraer una enfermedad, es eliminado.

Factores ecológicos que tienden al aumento o la disminución de la microflora presente en el agua.

• Temperatura: Se ha comprobado que los descensos de temperatura son perjudiciales a las bacterias patógenas que pueden encontrarse en las aguas naturales, pero existen otros microorganismos que son psicrófilos (se desarrollan a temperaturas relativamente bajas), cuyo número es mayor en invierno que en verano. Para los patógenos, los aumentos de temperatura por encima de la zona óptima de desarrollo (aproximadamente 30 ºC) son perjudiciales.
• Luz solar: Aunque la luz tiene efecto bactericida, su acción sobre las bacterias del agua no es muy eficiente, pues se efecto se ve contrarrestado por la velocidad de las corrientes de agua, su turbidez y profundidad. La acción de los rayos ultravioletas es inversamente proporcional a la turbidez del agua.
• Provisión de sustancias alimenticias: La cantidad y calidad de la materia orgánica en las aguas influye en la multiplicación de sus bacterias. A mayor contenido de materia orgánica, mayor número de microorganismos, por eso, el agua de las cloacas está densamente poblada de microorganismos.
• Oxidación: En la superficie de las aguas, sobre todo en las cascadas, el oxígeno realiza una acción purificadora, al oxidar las materias orgánicas que impurifican el agua y reduciendo el número de bacterias de ésta.
• Dilución: Cuando las aguas albañales se vierten en un río o lago, quedan diluidas en mayor cantidad de agua más pura, y por tanto la materia orgánica disminuye proporcionalmente, lo mismo que el número de microorganismos por unidad de volumen.
• Sedimentación: El peso específico de las bacterias es mayor que el del agua, por lo que se depositan lentamente en el agua en reposo, además, las bacterias se adhieren a las partículas en suspensión, que al precipitar eliminan mecánicamente a los microorganismos de las capas superiores el agua.

[i] Ecured. [En línea] 12 de Marzo de 2014. [Citado el: 25 de Noviembre de 2016.] https://www.ecured.cu/Agua.

[ii] Urbinato David London’s Historic «Pea-Soupers» [Libro]. – Summer : Environmental Protectión Agency, 1994. – Vol. 1 : 1. – Consultado el 2 de Octubre del 2016.