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Agua

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Composición del agua y estructura molecular

La molécula de H2O es un dipolo porque hay una diferencia de potencial entre el átomo O (carga negativa) y los 2 átomos H (carga positiva) que hacen un enlace covalente entre ellos (los 2 núcleos comparten sus electrones). De hecho, la energía fluye de un polo a otro y su camino se visualiza en la estructura del agua. La molécula de agua también hace enlaces no covalentes a través de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y enlaces moleculares entre el H2O y los minerales, los contaminantes … .

Mientras esté líquida, la molécula de agua gira alrededor de su centro de masa (spin).

El diámetro de la molécula de H2O (entre los 2 átomos de hidrógeno) es de 1,38 Angstrom = 0,138 nm (nanómetros).

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Polaridad y puentes de hidrógeno

Polaridad de la molécula de agua

Aunque la molécula de agua es neutra, esto es carece de carga eléctrica, se pueden distinguir dos zonas en la molécula con cierta carga eléctrica: una de ellas positiva y la otra negativa. Estas dos cargas eléctricas se compensan y hacen que la molécula de forma global no tenga carga.

El fenómeno de cargas parciales dentro de la molécula recibe el nombre de polaridad y las moléculas que presentan esta distribución de su carga eléctrica se conocen como dipolos.

En el caso de la molécula de agua, la carga negativa la presenta el átomo de oxígeno y la carga positiva, los dos átomos de hidrógeno.

El hecho de que el agua sea un dipolo se debe a que el hidrógeno y el oxígeno son átomos muy distintos desde el punto de vista de la electronegatividad: propiedad que indica la forma en que un átomo atrae hacia si los electrones que comparte con otro en un enlace.

En el caso del agua, el oxígeno es un átomo muy electronegativo. El hidrógeno es un átomo muy poco electronegativo. Los electrones que comparten los dos enlaces que presenta la molécula de agua están desplazados hacia la región ocupada por el oxígeno.

La polaridad de la molécula es la responsable de su unión con otras moléculas de agua a través de lo que se conoce como puentes de hidrógeno que vamos a ver a continuación.

Enlaces entre moléculas de agua: puentes de hidrógeno

Entre las moléculas de agua se establece un tipo de enlace intermolecular débil: el enlace por puentes de hidrógeno. Un enlace por puentes de hidrógeno se establece necesariamente entre un átomo con una ligera carga negativa (en este caso el oxígeno) y otro con una ligera carga positiva (en este caso un átomo de hidrógeno).

Puentes de hidrógeno

Una molécula de agua puede unirse con hasta otras cuatro moléculas diferentes de agua, aunque los enlaces de hidrógeno se forman y destruyen de manera muy rápida: la duración de cada enlace en el agua líquida viene a ser del orden de 10^-21s .

Pueden formarse grupos de 3, 4 y hasta 9 moléculas de agua. Con ello se alcanzan pesos moleculares relativamente altos que son la causa de que el agua sea líquida a temperatura ambiente y tenga todas las propiedades típicas de un fluido.

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Propiedades físicas: puntos de ebullición y de fusión, capacidad calorífica específica

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Propiedades químicas: tipo de enlace, capacidad (poder) disolvente del agua

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Ácidos y bases

 ácido

Se llaman ácidos a aquellas sustancias que liberan iones de hidrógeno positivos (H+) en una solución. Esta definición fue introducida por el científico Svante Arrhenius.

Otro concepto, desarrollado por el científico Gilbert Newton Lewis, define los ácidos como sustancias que pueden recibir o absorber un par de electrones de la solución.

Como ejemplos de ácidos en la vida cotidiana podemos mencionar los siguientes:

• 1.Ácido acético o CH₃COOH (vinagre);
• 2.ácido ascórbico o C₆H₈O₆ (vitamina C);
• 3.ácido fosfórico o H₃PO₄ (presente en las bebidas gaseosas);
• 4.ácido láctico o C₃H₆O₃ (producido durante el ejercicio físico);
• 5.ácido cítrico o C₆H₈O₇ (naranjas, toronjas, limones, mandarinas, etc.).
  

   

• Características de los ácidos

• Entre las características o propiedades de los ácidos podemos mencionar las siguientes:
  • Tienen capacidad para destruir tejidos orgánicos.
  • Producen reacciones al interactuar con ciertos metales.
  • Actúan como conductores de corriente eléctrica.
  • Al mezclarse con bases producen agua y sal.
  • Son agrios al gusto.
  • El pH de los ácidos oscila entre 0 y 7 (donde 7 es neutro).
  • Suelen ser solubles al agua.

Tipos de ácidos

• 1.Ácido fuerte: es aquel que se cede la mayor parte de sus iones de hidrógeno en solución, lo que quiere decir que se ioniza con gran facilidad. Por ejemplo, el HCl o ácido clorhídrico.
• 2.Ácido débil: al contrario del anterior, el ácido débil en solución acuosa libera iones H+ en menor proporción. Por ejemplo, el ácido acético.

base

De acuerdo a Svante Arrhenius, se llaman bases a aquellas sustancias que pueden captar iones de hidrógeno en solución o liberan iones negativos, llamados hidroxilos (OH-).

También se definen las bases como aquellas sustancias que aportan dos electrones a la solución, siguiendo la teoría de Gilbert Newton Lewis.

Como ejemplo de bases en la vida cotidiana podemos mencionar los siguientes:

• 1.Hidróxido de sodio o NaOH (soda cáustica);
• 2.hidróxido de potasio o KOH (jabón);
• 3.hidróxido de aluminio o Al(OH)₃ (antiácido estomacal);
• 4.hidróxido de magnesio o Mg(OH)₂ (leche de magnesia);
• 5.hidróxido de calcio o CaOH (cal).

Características de las bases

Entre las características o propiedades de las bases podemos mencionar:

• Deslizan al tacto cuando se presentan en disolución, es decir, son jabonosos (como la lejía).
• No reaccionan ante el contacto con metales.
• Son conductores de corriente eléctrica en disolución.
• Al mezclarse con ácidos producen agua y sal.
• Son amargos al gusto.
• El pH de las bases oscila entre 7 y 14 (donde 7 es neutro).
• Algunas bases son insolubles.

Tipos de bases

En el ámbito de las bases, se conocen al menos dos tipos elementales:

• 1.Base fuerte: se refiere a una variedad de electrolito al que se le atribuye un carácter fuerte y que, por lo tanto, puede ionizarse totalmente en una solución acuosa. Por ejemplo, la soda cáustica.
• 2.Base débil: se refiere a aquellas bases que no se disocian totalmente en la solución acuosa, de lo que resulta la presencia de un ion OH más el radical básico. Por ejemplo, el amoníaco o hidróxido de amonio.

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Clasificación por su conductividad: fuertes y débiles

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Diferenciación de las sustancias de acuerdo con su pH

Según la escala de pH en la que se encuentre el suelo, los elementos nutritivos pueden estar o no en condiciones de disponibilidad por la planta, e incluso afectar a su grado de toxicidad.

Para exponer de forma sencilla la incidencia del pH en la definición del suelo y su incidencia en los nutrientes, realizamos la siguiente clasificación:

• 1.Cuando el pH es inferior a 4,5, decimos que es extremadamente ácido y las condiciones del suelo son muy desfavorables.
• 2.De 4,5 a 5 es muy fuertemente ácido y existe una posible toxicidad por efecto del aluminio.
• 3.De 5,1 a 5,5 es fuertemente ácido y suele ir acompañado de deficiencia de Ca, K, Mg, N, P, S, Mo… exceso de Cu, Fe, Mn, Zn, Co y la actividad bacteriana en el suelo es escasa.
• 4.De 5,6 a 6 es medianamente ácido y es un suelo adecuado para la mayoría de los cultivos.
• 5.De 6,1 a 6,6 es ligeramente ácido y es donde se encuentra la disponibilidad máxima de nutrientes.
• 6.De 6,6 a 7,3 es neutro y los efectos tóxicos de los elementos son mínimos.
• 7.De 7,4 a 7,8 se denomina medianamente básico y por lo general hay carbonato cálcico en el suelo.
• 8.De 7,9 a 8,4 es básico y disminuye la disponibilidad de P y Bo, además de una deficiencia creciente de Cu, Fe, Mn, Zn. Co. Aparece la clorosis férrica.
• 9.De 8,5 a 9 es ligeramente alcalino y aparecen los problemas mayores de clorosis férrica.
• 10.De 9,1 a 10 es alcalino y existe la presencia de carbonato sódico en grandes cantidades.
• 11.Por encima 10 es fuertemente alcalino y conlleva un elevado porcentaje de Na intercambiable. La actividad microbiana escasa y hay poca disponibilidad de micronutrientes, excepto del Mo.

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Indicadores y pH

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Soluciones o disoluciones

En términos de química, no hay ninguna diferencia entre las disoluciones y soluciones, ya que en realidad son lo mismo. De hecho, suele llamarse solución, pero en los últimos años se ha aceptado la palabra ‘disolución’ como el más correcto lingüísticamente hablando.

Por un lado tenemos a la palabra ‘soluciones’, que es una traducción directa de la palabra ‘solutions’ en inglés, que es la acción de mezclar.  Y por el otro la palabra ‘disolución’, que es la acción de disolver dos sustancias para crear una nueva.

Así que la diferencia se encuentra en la lengua y no en las características de la acción en el área de la química. Por lo que, cuando emplee la palabra disolución o solución, se referirá al mismo concepto sin cambiar nada importante. Algunos libros prefieren optar por una acción en vez de la otra, pero sigue siendo lo mismo.

Características de las disoluciones y soluciones

A continuación, hablaremos sobre las características más importantes de esta acción importante:

• 1.La solución o disolución ocurre a nivel líquido de mezclas homogéneas, por lo que, alguna combinación de otros elementos que se presenten en estado sólido –como los minerales– o en fase gaseosa –como el humo– no recibirán este nombre. Solo algunos gases, como los que se encuentran en la atmosfera, recibirán dicha denominación.
• 2.Las soluciones es una mezcla que se encuentra bastante presente en la naturaleza, pero gracias a la intervención del humano, ha conseguido formar parte de experimentos químicos tanto a nivel profesional, como a nivel educativo.
• 3.En química, y la práctica común, para lograr hacer alguna solución, es necesario que se utilicen métodos como la filtración de los líquidos, la decantación y hasta la centrifugación. Sobre todo con las sustancias que son difíciles de tratar. Mientras que otras son fáciles, como es el caso del café en las panaderías o cafetería.

• 4.Los componentes de una disolución son conocidos como soluto –una sustancia que se encuentra en menor cantidad en la mezcla y se suele disolver por el solvente– y solvente –una sustancia que se encuentra en mayor cantidad en la mezcla y es la que disuelve al soluto–.
• 5.Dependiendo del grado de concentración, esta puede ser diluida –menor cantidad de soluto respecto a la solvente–, concentradas –mayor cantidad de soluto en relación al solvente–, y saturada – cuando la temperatura no permite más cantidad de soluto disuelto–.
• 6.Cuando se realiza la solución, todos los componentes se unen entre sí, incluyendo las moléculas y los iones.

Ejemplos de las soluciones y las disoluciones

Como bien hemos nombrado, gran parte de las soluciones y las disoluciones se encuentran presente en nuestro día a día. Algunos ejemplos de ellos son el agua de mar, agua de río, sustancias comerciales, el café y las gaseosas.

Concepto soluto y disolvente

Soluto

El soluto es la sustancia que se disuelve en una solución. Por lo general, el soluto es un sólido (pero también puede ser una sustancia gaseosa u otro líquido) que se disuelve en una sustancia líquida, lo que origina una solución líquida.

En la solución, el soluto suele encontrarse en menor proporción que el solvente. Una característica importante del soluto es su solubilidad, es decir, la capacidad que este tiene para disolverse en otra sustancia.

Ejemplos de solutos

Ejemplos comunes de solutos sólidos son el azúcar o la sal que, al mezclarse con agua, forman una solución azucarada o salina respectivamente.

También hay solutos gaseosos, como el gas carbónico, que, al juntarse con agua, forma una solución de agua carbonatada.

Asimismo, hay solutos líquidos como, por ejemplo, el ácido acético que, mezclado con agua, produce vinagre.

Disolvente

El solvente, también conocido como disolvente, es la sustancia en que se disuelve un soluto, generando como resultado una solución química. Generalmente, el solvente es el componente que se encuentra en mayor proporción en la solución.

Ejemplos de solventes

El solvente más común es el agua, pues actúa en gran cantidad de sustancias como disolvente.

Así, en una solución de agua azucarada, el agua es la sustancia que disuelve el azúcar.

Un ejemplo de solvente distinto del agua sería el hierro fundido que, al ser mezclado con carbón, da como resultado, al solidificarse, una sustancia conocida como acero.

Un caso de solución gaseosa, por otro lado, sería el aire, en cuyo solvente predomina principalmente el nitrógeno, y en el que se encuentran otras sustancias como el oxígeno y, en menor proporción, el argón.

Contaminación del agua

La contaminación hídrica es la presencia de componentes químicos o de otra naturaleza en una densidad superior a la situación natural, de modo que no reúna las condiciones para el uso que se le hubiera destinado en su estado natural.

Esta alteración en la calidad del agua, que se traduce en la existencia de sustancias como los microbios, los metales pesados o los sedimentos, hace que su consumo tenga efectos dañinos sobre la salud y el medio.

Principales contaminantes: físicos, químicos y biológicos

• 1.Contaminantes físicos: ruido, luz y vibraciones.
• 2.Contaminantes químicos: cualquier producto químico sólido, líquido o gaseoso presente en la organización y que pueda tener efecto sobre la salud de los empleados.
• 3.Contaminantes biológicos: cualquier organismo de origen biológico presente en la organización y que pueda tener efecto sobre la salud de los empleados.

Fuentes generadoras: industrial, urbana y agrícola

En los últimos años, por el contrario, se ha hecho más hincapié en mejorar los medios de eliminación de los residuos sólidos producidos por los procesos de depuración. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración, el molido, la floculación (agregación de los sólidos) y la cimentación; el tratamiento secundario, que implica la oxidación de la materia orgánica disuelta por medio de lodo biológica mente activo, que seguidamente es filtrado; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos biológicos avanzados para la eliminación del nitrógeno, y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la absorción por carbono activado.

Importancia y aplicaciones del agua para la humanidad

Uso responsable y preservación del agua

• Si tienes una empresa, puedes aprovechar el agua de lluvia instalando uno de los sistemas de recogida de agua pluvial que existen en el mercado. Este tipo de agua no es potable, pero podrás reutilizarla sin problemas para limpiar objetos como los sanitarios o los vehículos de tu empresa. Se trata de un método con el que cada vez más compañías y organizaciones se suman a las acciones responsables para el cuidado de los recursos y el medio ambiente.
• Revisa periódicamente tus instalaciones en búsqueda de posibles fugas y repáralas cuanto antes. Además de un ahorro de agua, esto supondrá un ahorro económico. Los inodoros más modernos disponen de un sistema de ahorro de agua en cada descarga, así que opta por ellos si estás pensando en actualizar tu establecimiento. Si no es así, puedes introducir una botella de agua dentro de la cisterna y reducirás el consumo en cada uso.
• En los hogares también se produce un elevado consumo de agua. Prueba a cerrar el grifo cuando laves los platos y no abuses del detergente, además de limpiar bien los restos de comida. Nada de afeitarse, lavarse las manos o los dientes con el grifo abierto. Son hábitos que, aunque nos parezcan normales, constituyen un gasto innecesario de agua.
• Si dispones de terraza o jardín en casa, no uses la manguera como escoba para retirar objetos que hayan caído desde el exterior. Y olvídate de dejar los grifos abiertos cuando se haya cortado el suministro por cualquier motivo con la excusa de saber, así, si vuelves a disponer de agua. ¡Todo gesto cuenta cuando hablamos del uso responsable del agua.