Colegio Scole Creare – Química Electivo – 4° Medios – Unidad 2 – Marianet Zerené – 2013.

EL AGUA EN NUESTRA VIDAEl agua en nuestra vida

Aprendizaje(s) Esperado(s): Reconocer la distribución del agua en la Tierra. Identificar la composición, la estructura y las propiedades del agua. Distinguir entre aguas duras y aguas blandas y sus efectos sobre las propiedades del agua. Identificar contaminantes del agua y describir la purificación del agua.

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La importancia de este líquido es enorme, es fundamental para la vida, es indispensable para mantener la higiene, y con ella la salud; en la industria se le utiliza como medio de enfriamiento y de generación de vapor; en el campo es esencial para los cultivos; en las ciudades se emplea también para el riego, el drenaje de desperdicios, el control de incendios y el llenado de lagos, canales y represas.El agua es en muchos aspectos una sustancia única, es el disolvente más frecuente, es líquido a temperaturas ambiente y tiene un intervalo de existencia como líquido relativamente amplio. No es inflamable ni tóxico y, lo que es más importante, disuelve una gran variedad de sustancias.Para poder obtener un conocimiento fundamental de las propiedades del agua, es necesario estar familiarizado con su estructura.Estructura y composición molecular del agua

En 1781, Henry Cavendish, estudiando el hidrogeno comprobó que al arder este gas en presencia de oxigeno o de aire, se formaba agua.

La molécula es angular y dado que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno se generan polos positivos y negativos en su estructura (la molécula presenta un dipolo).Muchos de los hechos discutidos más tarde son consecuencia de esta polaridad.Las moléculas de agua son polares, razón por la cual es un excelente disolvente de múltiples sustancias polares.El ángulo de enlace H-O-H tiene un valor de 104,45º y los enlaces son de tipo covalente polar.Para identificar los elementos constituyentes del agua, se utiliza la Electrolisis, que implica la separación del hidrogeno y el oxígeno del agua por el paso de la corriente eléctrica.

Las uniones que permiten mantener unidas las moléculas de agua son los ENLACES PUENTE DE HIDROGENO. Esta interacción es la responsable de muchas propiedades físicas del agua las cuales no se presentan en otros compuestos de masa molecular similar, que a temperatura ambiente están en estado gaseoso.

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Como se sabe, el agua es la única sustancia que se encuentra naturalmente en los tres estados ( solido, liquido, gaseoso) los que se dan en un rango de temperatura restringido.

¿Qué ocurre con los puentes de hidrogeno en los distintos estados en que se encuentra el agua?

AGUA SOLIDA AGUA LIQUIDA AGUA GASEOSA

En el estado sólido, las moléculas de agua forman una red que las mantiene unidas, con estructura molecular ordenada, gracias a los puentes de hidrogeno. No hay moléculas libres moviéndose, solo vibran.

En estado líquido, la estructura molecular del agua es una red de puentes de hidrogeno con cierta movilidad. Las moléculas se mueven con relativa libertad al interior del líquido y tienen la capacidad de fluir.

En el estado gaseoso cada molécula de agua se sitúa independientemente de la otra; no se forma puentes de hidrogeno. Las moléculas gaseosas se elevan ocupando el mayor espacio disponible.

Propiedades Físicas del agua

A temperatura ambiente, el agua es un líquido insípido ( sin sabor), inodoro(sin olor) e incoloro ( transparente), que tiene unas propiedades muy peculiares. La estructura del agua y el tipo de enlace entre sus moléculas son la clave para comprenderlas.

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Colegio Scole Creare – Química Electivo – 4° Medios – Unidad 2 – Marianet Zerené – 2013.Densidad del agua: Es 1 g/cm3 es decir un gramo de agua ocupa un volumen de 1 cm3. La figura muestra como varía la densidad del agua solida respecto a la del agua líquida.

A nivel del mar el punto de ebullición del agua es de 100°C y el punto de Fusión de 0°C . El agua tiene puntos de ebullición y de Fusión más elevados que los de la mayoría de los líquidos esto se explica por la presencia de puentes de hidrogeno entre las moléculas de agua.

Cuando el agua cambia de estado líquido al solido se comporta en forma inusual: en vez de contraerse o disminuir su volumen, como el resto de los líquidos, se expande; las moléculas de agua solida se organizan ocupando un espacio mayor, es decir, 1 kg de agua solida ocupa un volumen mayor que 1 kg de agua líquida. Esto determina que el hielo sea menos denso que el agua líquida, y por tanto flote en el agua.

Calor especifico del agua: El calor especifico del agua 1 cal/g°C. Para elevar en 1 grado la temperatura de 1 gramo de agua, es necesario aplicar 1 caloría de energía. El calor específico es una propiedad que poseen todas las sustancias y corresponde a la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 °C la temperatura de 1g de sustancias. El calor específico del agua es relativamente alto en comparación con otras sustancias, esto quiere decir que cuesta elevar su temperatura y que demora en enfriarse; al hacerlo, entrega al medio lentamente la cantidad de calor que contiene. Por esta razón se dice que el agua tiene una gran Capacidad Termorreguladora.

Elevada constante dieléctrica (El agua como solvente)

Esta propiedad hace que las sales cristalizadas y otros compuestos iónicos se disocien en sus cationes y aniones, los cuales son atraídos con fuerza por los dipolos del agua.Asimismo, debido a su polaridad, el agua disuelve con facilidad otros compuestos no iónicos, pero que presentan grupos funcionales polares (como los alcoholes, los aldehídos, las cetonas) al establecerse enlaces de hidrógeno entre ellos. El agua también dispersa, formando micelas con muchos compuestos anfipáticos (que poseen simultáneamente grupos polares y no polares)Todo ello la convierte en la sustancia disolvente por excelencia. Esta capacidad es responsable de dos importantes funciones del agua en los seres vivos:a) Es el vehículo de transporte que permite la circulación de sustancias en el interior de los organismos y en su intercambio con el exterior.b) Es el medio donde ocurren todas las reacciones bioquímicas, ya que la mayor parte de las biomolecular se encuentra disuelta en ella y necesita un medio acuoso para interaccionar.

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Tensión superficial del agua: El agua presenta una elevada tensión superficial. La fuerza que mantiene unidas las moléculas de la superficie libre de los líquidos se llama tensión superficial.Mientras las moléculas debajo de la superficie liquida experimentan fuerzas de atracción entre si y en todas las direcciones, las que se encuentran en la superficie están ligadas solo por otras moléculas superficiales y por aquellas inmediatamente debajo. Esto crea una tensión sobre la superficie del líquido, que en el agua es muy alta.

Colegio Scole Creare – Química Electivo – 4° Medios – Unidad 2 – Marianet Zerené – 2013.Algunas propiedades químicaLa casi totalidad de las reacciones asociadas con la vida animal y vegetal necesitan agua para ocurrir; hasta la putrefacción de la materia orgánica requiere la presencia de humedad, por esta razón las frutas y las carnes secas, tardan mucho más en descomponerse y la desecación de los alimentos constituye el método más económico e importante para conservarlos.Algunas reacciones del agua:

Composición iónica del agua

Las aguas continentales o dulces contienen en promedio un 0,1 % de solidos disueltos. Aunque la composición de estas aguas varia en cada región, las sustancias que habitualmente encontramos son sales, como el carbonato de calcio y carbonatos de sodio( CaCO3 y MgCO3), además de cloruro de sodio y bicarbonato de sodio (NaCl, NaHCO3).

En el agua estas sales se hallan en forma de iones solvatados: Ca2+ , Mg2+,CO32-, Na+, Cl- y HCO-, en diferentes concentraciones.

Las aguas oceánicas saladas presentan una alta concentración de sales disueltas; principales cloruro de sodio y cloruro.

Las aguas durasEl agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro se denomina agua dura.Los iones positivos reaccionan con los iones negativos del jabón para formar una sustancia insoluble, impidiendo la acción limpiadora del jabón. Este tipo de agua no puede ser usada para cocinar los alimentos, ni industrialmente porque forma costras en las calderas.Es necesario remover las sales de calcio y magnesio para poder ser utilizadas, ya sea doméstica o industrialmente, mediante un proceso denominado ablandamiento y que consiste en precipitar esas sales o utilizar resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los iones Ca+2, Mg+2,Fe+3 y los cambian por otros cationes que no causen problemas.

Las aguas negrasLos microorganismos patógenos (que causan enfermedades) son un problema que tiene su origen en los desechos humanos que vertimos en nuestras vías de agua. La descomposición bacteriana de la materia orgánica agota el oxígeno disuelto en el agua y enriquece las aguas con nutrientes vegetales. La mayor parte de los materiales orgánicos pueden ser degradados por microorganismos, esta degradación puede ser aeróbica o anaeróbica.

Las aguas ácidas En su caída, las aguas lluvias arrastran por disolución algunos contaminantes atmosféricos, como óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, que se convierten en ácido nítrico y sulfúrico respectivamente.Parte del dióxido de azufre eliminado por combustión reacciona con el oxígeno de aire para formar trióxido de azufre.

SO2 + O2 2 SO3Este anhídrido sulfúrico reacciona con agua posteriormente formando ácido sulfúrico.

SO3 + H2O H2SO4Éstos ácidos caen sobre la Tierra como lluvia, nieve o simplemente niebla ácida. Algo similar ocurre con los óxidos de nitrógeno en la atmósfera.

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Colegio Scole Creare – Química Electivo – 4° Medios – Unidad 2 – Marianet Zerené – 2013.Agua potableSon aquellas aptas para beber y contienen sustancias como sales de Mg, Ca, Na, K y aire, ausencia de microorganismos patógenos, nitritos, nitratos y material orgánico.En muchos casos el agua que bebemos proviene de presas, lagos y ríos .Esta agua podría estar muy contaminada con sustancias químicas y microorganismos patógenos. Lograr que esta agua sea segura y aceptable para el paladar implica varios pasos de tratamiento químico y físico.

ETAPAS DE OBTENCIÓN1. Procesos Físicos: Eliminación de ripios, ramas, papeles, gravillas y arenas.2. Procesos Físico-Químicos: coagulación, floculación, cloración y fluoración.

Esquema de obtención de agua potable

CaptaciónEl agua cruda se obtiene de dos fuentes distintas, aguas superficiales (lagos y ríos) y aguas subterráneas (pozos profundos). En esta etapa se eliminan los sólidos grandes como basura, ramas y hojas que pudiese contener el agua.DesarenaciónEn esta etapa el agua es conducida a estanques desarenadores, en donde se disminuye la velocidad del agua y por efecto de la gravedad, la arena existente decanta, y el agua se aclara.Coagulación y FloculaciónEn esta etapa se agregan al agua coagulantes como cloruro férrico AlCl3 y sulfato de aluminio Al2(SO4)3 que facilitan la aglomeración de partículas pequeñas aún existentes en el agua, haciéndolas más pesadas. La Coagulación es un proceso que consiste en la desestabilización de las partículas coloidales a través de la neutralización de sus cargas, generalmente negativas (-).DecantaciónLas partículas aglomeradas por efecto de la gravedad se depositan en el fondo del estanque, lo que produce la clarificación del agua.FiltraciónA continuación el agua se somete a un filtrado que permite eliminar los flóculos al quedar retenidos en el sistema de filtros.Los filtros están formados con capas de principalmente carbón activo, arena y gravilla.CloraciónAl agua ya filtrada se le incorpora cloro para la eliminación de microorganismos patógenos presentes como bacterias y hongos, además contribuye a la eliminación de olores.Adición de FlúorEl último paso es agregar flúor al agua con medida general para prevenir la formación de caries.Los contenidos óptimos son del orden de 1,5-2,5 mg/L, contenidos mayores provocan aparición de fluorosis dental.

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