La polaridad del agua se debe a la redistribución de los electrones en los orbitales moleculares. Esta redistribución se debe a que el átomo de hidrógeno posee un orbital pequeño con respecto al orbital del oxígeno y por eso los electrones pasan más tiempo en el oxígeno que en los hidrógenos. Esa distribución asimétrica, hace que el oxígeno adquiera una carga parcialmente negativa, y los hidrógenos una carga parcialmente positiva, lográndose entonces la polaridad mencionada (polo positivo y negativo). La polaridad explica por qué las cosas se mojan: la respuesta es por que todas ellas tienen cargas superficiales en las que se unen las moléculas de agua. Por ejemplo, el pelo o una chaleca se moja por que ambos tienen cargas eléctricas en su estructura molecular.
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Cohesividad
El agua tiene la capacidad de unirse entre si, debido a los puentes de hidrógeno que se forman por atracción electrostática entre polos positivos y negativos. La cohesividad permite que sea difícil de romper sus interacciones como, por ejemplo, por una bofetada en el líquido.
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Tensión Superficial
Las moléculas internas de un líquido experimentan la atracción de las moléculas vecinas en todas las direcciones posibles, mientras que las moléculas superficiales son atraídas sólo por las moléculas que se encuentran bajo ellas o a su lado. Esta fuerza neta en las moléculas superficiales hace que la capa de la superficie se comprima levemente, tensionándola y haciéndola altamente resistente, lo que permite que algunos objetos o insectos floten sobre la superficie.
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Capilaridad
Muchos líquidos, al igual que el agua, presentan esta propiedad física. Al introducir un tubo de diámetro pequeño abierto en ambos extremos en un vaso de agua, esta subirá por el tubo, pues la fuerza adhesiva entre las moléculas del vidrio y el agua es más fuerte que la fuerza cohesiva entre las moléculas del agua en el recipiente. El agua subirá más alto en un tubo de diámetro pequeño que en uno de mayor diámetro. La capilaridad explica como en parte el agua sube a una planta a través de sus raices.
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Densidad del Agua
La densidad se define como D= m/V. En el caso del agua a 4ºC la masa de 1gr ocupa un volumen de 1,0 ml. Un hecho importante es que el valor de la densidad disminuye por sobre y bajo 4ºC. Así a 4ºC la densidad del agua es 0,998 g/ml (mayor densidad) y la del hielo 0,917 g/ml (menor densidad). A este fenómeno se le denomina "anomalía del agua". Debido a la disminución de la densidad del hielo al llenarse de aire los espacios en el cristal de hielo (con forma hexagonal), este puede flotar en el agua líquida. Ejemplo: un iceberg que flota en el mar o un cubo de hielo que flota en un vaso de bebida.
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Solvente Universal
Al ser el agua una molécula polar atrae al soluto, provocando su disociación. Ejemplo: el NaCl presenta un polo positivo (Na+) y uno negativo (Cl-), siendo atraídos respectivamente por los polos del agua. Como consecuencia de este comportamiento, los iones de la sal son rodeados por las moléculas de agua (hidratación).
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Calor Específico
El calor específico se define como la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 gr de sustancia. Su unidad es cal/gºC . El calor específico del agua es de 1 cal/gºC, lo que significa que necesita 1 caloría para elevar en 1ºC la temperatura de 1 gr de agua. Este valor indica que elevar la temperatura del agua en 1ºC es difícil, pero también enfriarla, razón por la cual se le considera un excelente termoregulador, lo que permite a los animales mantener su temperatura constantes.
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Electrólisis del Agua
Es el método más simple de descomponer la molécula de agua en sus componentes en forma de gas hidrógeno y gas oxígeno, mediante la siguiente ecuación:
2 H20 ==== 2H2 + 02
El artefacto es un recipiente con agua y cloruro de sodio disuelto. Dentro de este recipiente se colocan dos tubos de ensayo invertidos con alambres de cobre en la forma como se indica. Luego estos alambres se conectan a una batería de 9 o 12 V y después de un rato se observa la acumulación de H2 en uno de los tubos y O2 en el otro. Por su estequiometría, el hidrógeno se produce al doble que el oxígeno.
El flujo de electrones rompe los enlaces covalentes O-H, generando H+ (protones) y O-2(ion oxígeno -2). Los protones son atraídos hacia el polo negativo y ahí se le aportan los electrones que necesita para unirse con otro hidrógeno, formando el hidrógeno molecular. Por otro lado, el O-2 se dirige al polo positivo y allí se une con doble enlace con otro O-2, formando el oxígeno molecular.
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Aguas Duras y Blandas
El agua que viene en los rios viene con altas concentraciones de iones calcio (Ca+2), magnesio (Mg+2), y sales como cloruro de sodio (NaCl) y bicarbonato de sodio (NaHCO3). A las aguas duras se les llama calcáreas. La presencia de carbonatos hace que las aguas tengan una dureza temporal ya que es fácil extraerles los iones, mientras que los sulfatos (CaSO4 y MgSO4) dan una dureza permanente, es decir, es más difícil extraerles los iones sulfatos.
Toda agua dura no es adecuada para el uso doméstico e industrial debido a que el exceso de iones impide la acción de los detergentes y puede formar sarro con el agua hirviendo. La dureza temporal se elimina ebulliendo el agua y filtrando los residuos. La dureza permanente se elimina haciendo pasar el agua por un cilindro con resina rica en sodio (Na+) lo que permite el intercambio de los iones Ca+2 y Mg+2 por iones Na+.
La piedra caliza es disuelta por el CO2 y H2O en la siguiente reacción:
CaCO3 + CO2 + H2O ------- Ca+2 + 2HCO3
En el hogar al calentar agua, se invierte la reacción produciendo el sarro:
Ca+2 + 2HCO3 --------CaCO3 (sarro) + CO2 + H2O
Para eliminar el sarro de los hervidores eléctricos y de las cañerías se le agrega un ácido:
CaCO3 + 2HCl ---------- CaCl2 (ac) + H2CO3 (ac)
En Europa las estatuas de mármol (CaCO3) son destruidas rápidamente cuando hay lluvia ácida con ácido sulfúrico diluído:
CaCO3 + H2SO4 -------- CaSO4 (ac) + H2CO3 -------CaSO4 + H2O + CO2.
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Proceso de Purificación
Evaporación: En los liquidos las particulas se mueven con una rapidez aleatoria, unas más rapido otras más lento. Las partículas que se encuentran en la superficie del líquido y que se mueven rápidamente, pueden escapar rompiendo la fuerza de cohesión, provocando la evaporación. A temperatura ambiente de 25ºC y a la altura del mar, el agua hierve a 100ºC, pero se evapora a un rango muy amplio de temperaturas inferiores.
Filtración: Este proceso de separación se basa en las diferencias de tamaño de las partículas. Las partículas de mayor tamaño son atrapadas por un filtro y partículas menores pasan libremente. Como filtro se puede usar arena, tela, papel, rejillas, etc.
Decantación: Proceso de separación basado en la diferencia de densidad entre los componentes y el efecto de la gravedad sobre ellos. Así, al dejar en reposo una mezcla observamos que las partículas más pesadas caerán al fondo del recipiente, dejando el líquido despejado. Para aumentar la rapidez de este proceso se usa la centrifugación.
Destilación: Método que reproduce la evaporación y la condensación sucesiva. La evaporación permite eliminar algún solvente y separarlo de los solutos. La condensación permite volver a transformar el solvente vaporizado a líquido.
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Potabilización del Agua
La potabilización es un proceso para limpiar las aguas y dejarlas aptas para el consumo humano. El no limpiar las aguas puede provocar enfermedades causadas por bacterias, virus y protozoos, tales como: Tifus (Salmonella Thipy), Cólera (Vibrio cholerae), Disentería (Shigellas), Hepatitis (virus), Disentería amébica (Entamoeba histolytica) o Triquinosis (Taenia saginata).
Para que un agua sea de calidad debe presentar ciertos requisitos:
a) Calidad fisica: el agua debe ser traslúcida, es decir de color y turbiedad mínima.
b) Calidad Química: con una concentración mínima de sustancias tóxicas (amoniaco, arsénico, cadmio, cloruros, cobre, cromo hexavalente, detergentes, hierro, magnesio, plomo, nitritos, sulfatos, cinc, etc.c) Calidad biológica: Ausencia de organismos del tipo coliforme (Echerichia coli), otras bacterias, virus, protozoos, algas.
Etapas de la potabilización:
1. Captación: el agua se extrae de los ríos a través de bombas
2. Tamizado: con rejillas metálicas se impide el paso de objetos sólidos de pequeño, mediano y gran tamaño.
3. Precloración: se agrega cloro (Cl2) para eliminar microorganismos
4. Floculación: se adiciona hidróxido de calcio (Ca(OH)2) y sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) que al reaccionar entre sí producen trihidróxido de aluminio (Al(OH)3) que actúa como coagulante sobre materias orgánicas y sedimentos.
5. Sedimentación: los sólidos aglutinados en la etapa anterior se dejan decantar o precipitar, extrayendo el agua por rebalse.
6. Filtración: con filtros de arena y piedras por los cuales se hace pasar el agua, se retienen sólidos no sedimentados.
7. Cloración: se clora para mantenerla libre de bacterias, haciéndola apta para el consumo.
8. Fluoración: se agrega fluor para prevenir caries en la población.
9. Almacenamiento: el agua se almacena en las "copas de agua" para darle presión durante su caida.
10. Distribución: el agua va por acueductos y tuberías hacia los hogares.
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Tratamiento de Aguas
Una vez utilizadas, las aguas se vierten a los ríos con la posterior contaminación de los ríos. Estas aguas servidas llevan excrementos, aceite, detergentes, ácidos, exceso de nutrientes y productos tóxicos. Para evitar la destrucción de la vida en los ríos de nuestro país, se suele hacer un tratamiento previo que consiste en:
1. Tratamiento preliminar:
a) Tamizado: remocion de sólidos de gran tamaño, desarenadores y desengrasadores.
2. Tratamiento primario:
a) Sedimentación: se remueve materia orgánica
b) aireación: se mezcla con aire con oxígeno para matar bacterias anaerobicas
c) separación de lodos y centrifugados y transportados a rellenos sanitarios
3. Tratamiento secundario:
a) Sedimentación: se remueven otras materias organicas
b) Aireación: mezcla de aire con oxigeno para matar bacterias anaerobicas.
c) Adición de bacterias descomponedoras aeróbicas
4. Tratamiento terciario:
a) procedimientos quimicos para eliminar toxinas y metales pesados
b) desinfección: cloración final.
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Contaminación del Agua
Contaminación Natural: son alteraciones en la composición de las aguas como producto de algunos fenómenos naturales, sin intervención humana.
a) Corrientes marinas como "El niño" o "La niña"
b) Marea Roja (protozoos como dinoflagelados, producen toxinas y contaminan los mariscos)c) Volcanes aumentan la temperatura del agua, cambia composición del agua como sales, metales, gases y ácidos.
d) Aluviones y arrastre de sedimentos: desprendimiento de grandes masas de suelo hacia los ríos.
Contaminación Artificial: corresponde a alteraciones en la composición y/o distribución de las aguas por acciones humanas, como desechos industriales y domésticos.
Contaminación Biológica: desechos orgánicos, como material fecal y alimentos, hace crecer el número de bacterias, virus y protozoos.
Contaminación Química: compuestos químicos orgánicos e inorgánicos derivados del petróleo, fertilizantes, aceites, metales pesados, detergentes, plásticos.
Contaminación Fisica: provocada por sólidos inertes, debido a actividad industrial o doméstica.
