Unidad 3 el agua
3.1 Tanta agua y nos podemos morir de sed
3.1.1 Distribución del agua en la tierra
3.1.1 Distribución del agua en la tierra
Distribución del agua de la tierra
Estas gráficas de barras muestran en dónde se localiza el agua de la tierra y en qué forma ésta existe. La barra de la izquierda muestra en dónde se encuentra el agua; casi un 97 por ciento de toda el agua se encuentra en los océanos. La barra de en medio representa el 3 por ciento de la "otra" parte de la barra del lado izquierdo (la porción de toda el agua de la Tierra que NO se encuentra en los océanos). La mayoría, un 77 por ciento, se encuentra en glaciares y capas de hielo, principalmente en Groenlandia y la Antártica y en los mares salados que se localizan en partes interiores de los países. Veinte y dos por ciento de esta porción del agua es agua subterránea.
La barra del lado derecho muestra la distribución de la "otra" porción de la barra de en medio (el remanente uno por ciento). Nótese que los ríos comprenden menos de la 4/10ava. del uno por ciento de esta agua remanente -- sin embargo, ¡de este remanente es de donde la gente se surte la mayor parte del agua para su uso diario!
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Esta misma información también se muestra en el siguiente cuadro. Nótese que la cantidad de agua de los ríos comprende únicamente cerca de 300 millas cúbicas -- que representan cerca de la 1/10,000ava. parte de un porciento de toda el agua de la Tierra.
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3.1.2 Calidad del agua en la tierra
FAQ De la Calidad Del Agua
¿Qué factores determinan calidad del agua?
La calidad del agua está determinada por la presencia y la cantidad de contaminantes, factores físico-químicos tales como pH y conductividad, cantidad de sales y de la presencia de fertilizantes.
Los seres humanos tienen una gran influencia en todos estos factores, pues ellos depositan residuos en el agua y añaden toda clases de sustancias y de contaminantes que no están presente de forma natural.
Más información sobre características físicas/químicas del agua.
¿Cuál es la diferencia entre el agua salada y el agua dulce?
El agua salada es el agua que contiene cierta cantidad de sales. Esto significa que su conductividad es más alta y cuando es bebida se detesta que es mucho más salada. El agua salada no satisface las demandas de agua potable, porque la sal extrae el agua de los cuerpos de los seres humanos. Cuando los seres humanos beben el agua salada se arriesgan a sufrir deshidratación.
El agua salada se puede encontrar por todas partes en la superficie de la tierra, en los océanos, en los ríos y en las charcas de agua salada. Cerca del 71% de la tierra está cubierta con agua salada.
El agua dulce es el agua con una concentración de sal disuelta de menos del 1%. Hay dos clases de depósitos de agua dulce: superficies de agua dulce estables tales como lagos, charcas y superficies de agua interiores llamados humedales y el agua que fluye tales como corrientes y ríos.
Estas aguas cubren una parte de la superficie de la tierra muy pequeña, y sus localizaciones están sin relación al clima. Solamente cerca del 1% de la superficie de la tierra se cubre con agua dulce, mientras que el 41% de las especies de peces conocidas habitan en este tipo de aguas. Las zonas del agua dulce generalmente están conectadas o cerca de la tierra; por lo tanto a menudo están amenazadas por una entrada constante de materia orgánica, de nutrientes inorgánicos y de agentes contaminantes.
¿Cómo se determina la calidad del agua?
Para determinar la calidad del agua agencias certificadas toman muestras; toman cantidades pequeñas de agua en un medio que a posteriori se puede analizar en un laboratorio. Los laboratorios analizan estas muestras según varios factores, y ven si está dentro de los estándares de la calidad para el agua.
Uno de estos factores es el número de colonias de bacterias coliformes; éstas son un indicador para la calidad del agua para beber o nadar. Otro factor es la concentración de ciertos contaminantes y de otras sustancias, tales como agentes de la eutrofización.
¿Qué análisis cualitativos definen la calidad del agua?
Para determinar la necesidad de tratamiento y la correcta tecnología de tratamiento, los contaminantes específicos en el agua deben ser identificados y ser medidos.
Los contaminantes del agua se pueden dividir en dos grupos: contaminantes disueltos y sólidos suspendidos.
Los sólidos suspendidos, tales como limo, arena y virus, son generalmente responsables de impurezas visibles.
La materia suspendida consiste en partículas muy pequeñas, que no se pueden quitar por medio de deposición. Pueden ser identificadas con la descripción de características visibles del agua, incluyendo turbidez y claridad, gusto, color y olor del agua:
- la materia suspendida en el agua absorbe la luz, haciendo que el agua tenga un aspecto nublado. Esto se llama turbidez. La turbidez se puede medir con varias diversas técnicas, esto demuestra la resistencia a la transmisión de la luz en el agua.
- el sentido del gusto puede detectar concentraciones de algunas décimas a varios centenares de PPM y el gusto puede indicar que los contaminantes están presentes, pero no puede identificar contaminantes específicos.
- el color puede sugerir que las impurezas orgánicas estén presentes. En algunos casos el color del agua puede ser causado incluso por los iones de metales. El color es medido por la comparación de diversas muestras visualmente o con un espectrómetro. Éste es un dispositivo que mide la transmisión de luz en una sustancia, para calcular concentraciones de ciertos contaminantes. Cuando el agua tiene un color inusual esto generalmente no significa una preocupación para la salud.
- la detección del olor puede ser útil, porque el oler puede detectar generalmente incluso niveles bajos de contaminantes. Sin embargo, en la mayoría de los países la detección de contaminantes con olor está limitada a terminantes regulaciones, pues puede ser un peligro para la salud cuando algunos contaminantes peligrosos están presentes en una muestra.
La cantidad total de materia suspendida puede ser medida filtrando las muestras a través de una membrana y secando y pesando del residuo. La materia suspendida se expresa en PPM (partes por millón), generalmente mg/l.
La identificación y la cuantificación de contaminantes disueltos se hace por medio de métodos muy específicos en laboratorios, porque éstos son los contaminantes que se asocian a riesgos para la salud.
¿Qué análisis cuantitativos definen la calidad del agua?
La calidad del agua se puede también determinar por un número de análisis cuantitativos en el laboratorio, tales como pH, sólidos totales (TS), la conductividad y la contaminación microbiana.
El pH es el valor que determina si una sustancia es ácida, neutra o básica, calculado el número de iones de hidrógeno presentes. Se mide en una escala a partir de 0 a 14, en la cual en el medio, es decir 7 la sustancia es neutra. los valores de pH por debajo de 7 indican que una sustancia es ácida y los valores de pH por encima de 7 indica que es básica.
Cuando una sustancia es neutra el número de los átomos de hidrógeno y de oxhidrilos es igual. Cuando el número de átomos de hidrógeno (H+) excede el número de átomos del oxhidrilo (OH-), la sustancia es ácida.
Esto es lo que la escala de pH parece:
pH
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ácido neutro básico
El nivel de pH tiene un efecto en muchas fases del proceso de tratamiento de las aguas y afecta a la formación de costras de las fuentes de agua. El nivel de pH se puede determinar con varios métodos de análisis, tales como indicadores del color, pH-papel o pH-metros.
Los sólidos totales (ST) son la suma de todos los sólidos disueltos y suspendidos en el agua. Cuando el agua se analiza para los ST se seca la muestra y el residuo se pesa después. ST pueden ser tanto las sustancias orgánicas como inorgánicas, los microorganismos y partículas más grandes como la arena y arcilla.
La conductividad significa la conducción de la energía por los iones. La medida de la conductividad del agua puede proporcionar una visión clara de la concentración de iones en el agua, pues el agua es naturalmente resistente a la conducción de la energía. La conducción se expresa en Siemens y se mide con un conductivimetro o una célula.
La contaminación microbiana es dividida en la contaminación por los organismos que tienen la capacidad de reproducirse y de multiplicarse y los organismos que no pueden hacerlo.
La contaminación microbiana puede ser la contaminación por las bacterias, que es expresada en Unidades Formadoras de Colonias (UFC), una medida de la población bacteriana.
Otra contaminación microbiana es la contaminación por pirogen. Pirogenes son los productos bacterianos que pueden inducir fiebre en animales de sangre caliente.
Después de bacterias y de pirogen las aguas se pueden también contaminar por los virus.
Los análisis se pueden también hacer por medidas del carbón orgánico total (COT) y por la demanda biológica y química de oxígeno.
La DBO es una medida de la materia orgánica en el agua, expresada en mg/l. Es la cantidad de oxígeno disuelto que se requiere para la descomposición de la materia orgánica.
La prueba de la DBO toma un período de cinco días. La DQO es una medida de la materia orgánica e inorgánica en el agua, expresada en mg/l es la cantidad de oxígeno disuelto requerida para la oxidación química completa de contaminantes.
3.2 Importancia del agua para la humanidad
Importancia del agua para los seres vivos
3.2.1 Hemos visto que el agua es necesaria para la vida en el planeta, vamos ahora a estudiar sus propiedades y cómo repercute en los seres vivos, si se agota o desaparece.
¿Qué propiedades del agua hacen de ésta un componente esencial para la vida?
C.3. Los estudiantes indicarán que son las propiedades físicas y químicas del agua las que han permitido a los seres vivos aparecer, sobrevivir y evolucionar en este planeta, ya que el agua por ejemplo debido a su propiedad como solvente y a la tendencia de los átomos de ciertos compuestos de formar iones cuando están en solución desempeña un importante papel en todas las reacciones químicas, incluyendo las que se realizan al interior de los seres vivos en sus funciones metabólicas.
El agua es la fuente a través del metabolismo de las plantas, del oxígeno, del aire. Sus átomos de hidrógenos se incorporan a los compuestos orgánicos presentes en las articulaciones de los huesos y estabilizadora de la temperatura ambiental y corporal.
¿Qué sería de los organismos acuáticos si desaparecieran las fuentes de agua? ¿Corre algún riesgo la vida en la Tierra? Escribe tus conjeturas al respecto y fundaméntalas
Flujo del agua por el ser vivo (funciones vitales)
El agua cumple un importante papel en el desempeño de las funciones metabólicas de los seres vivos. En el siguiente apartado se trata de estudiarlas y ver cómo participa el agua de las mismas.
¿Qué tanta agua tienen en el cuerpo los seres vivos? Presenta los datos en una tabla y grafícalos
C.6. Se expresa sobre la proporción de agua que tienen los seres vivos incluyendo por ejemplo nuestro cuerpo 66%, medusa 98%... Podrían expresar los datos en una tabla porque los mismo son conocidos en cursos anteriores.
¿Qué funciones de los seres vivos necesitan de agua para realizarse?
C.7. Las respuestas podrían ir desde el punto de vista del agua como medio de transporte de las sustancias necesarias para realizar las funciones propias de los seres vivos. Ejemplo:
• Los elementos minerales del suelo a las plantas mediante agua. Sin ella no se realizaría el proceso de fotosíntesis.
• En el interior de los organismos los alimentos son redistribuidos gracias a medios líquidos acuosos (sangre, flujo linfático, savia, etc.)
• El agua constituye el medio para expulsar al exterior los desechos del ser vivo.
Por ejemplo: la orina, el sudor, etc.
¿Cómo se integra el agua del ambiente al interior de los organismos vivos?
C.8. Las respuestas pueden partir de sus experiencias en cuanto a la nutrición y dirían que a través de la ingestión de alimentos pero al reflexionar sobre ¿de dónde se obtienen? ¿cómo se producen? tendrían necesariamente que tocar el proceso de fotosíntesis de las plantas, a partir del cual las plantas verdes elaboran alimento.
Es momento para ventilar los conocimientos que poseen al respecto preguntándoles ¿qué sustancias se hacen necesarias? ¿quiénes las aportan? ¿de dónde proviene la energía? ¿qué se obtiene al final? ¿podrías escribir la ecuación química que se verifica?
Luego los estudiantes dirían que los alimentos son consumidos y asimilados mediante el proceso de digestión de plantas y animales.
También de la nutrición quedan desechos, los cuales son expulsados en medios acuosos como la orina y el sudor de los cuales se evapora el agua y se integra al ambiente e inicia de nuevo la ruta.
¿Cuál es la importancia que le asigna al tema de los recursos hídricos para la población mundial hoy en día?
No cabe duda que el tema de los recursos hídricos desempeña, a nivel mundial, un papel de primera importancia para la vida de las personas y el desarrollo por su relación con la agricultura, la salud, la minería, la industria , el medio ambiente o la energía.
Las enfermedades de origen hídrico, por ejemplo, representan a nivel mundial uno de los problemas de salud más graves, especialmente para la población infantil.
Es así como las diarreas en Latinoamérica aparecen como la principal causa de muerte entre los niños de uno a cuatro años y esto depende estrechamente de la cobertura de abastecimiento de agua potable de los países. Por su parte, a nivel mundial la preocupación por la situación del agua es creciente, ya que se ha constatado que del orden del 20% de la humanidad no tiene las condiciones mínimas de abastecimiento de agua de calidad segura.
Esto significa, ni más ni menos, que la inversión en el tema debiera duplicarse en los próximos años (cerca de 200 billones de dólares) y esos recursos financieros en la actualidad no están.
Este será justamente uno de los temas centrales del próximo Foro Mundial del Agua que se realizará en Japón el año 2003.
¿De qué manera se relaciona el agua con el desarrollo de la agricultura?
La agricultura de riego constituye el principal usuario de agua en el país, con más del 85% de las extracciones.
Lo más importante es que esas superficies regadas permiten el desarrollo de una agricultura altamente competitiva.
En Chile por ejemplo, sólo el 36% de la superficie arable, produce el 100% de la exportación agrícola, la cual, por sí sólo constituye el 15% de las exportaciones totales del país.
En este sentido, es notable el avance tecnológico que se está logrando en la aplicación del agua a las plantas, con el propósito de mejorar la calidad del producto y los rendimientos.
Ahora, desde el punto de vista del empleo, la importancia del riego también es extraordinariamente alta.
En Chile, los estudios muestran que los proyectos de mejoramiento de la seguridad de riego y de ampliación de las superficies regadas generan entre 2 y 3 veces el empleo directo permanente que existía previamente.
Estos recursos también juegan un rol fundamental para el desarrollo industrial. ¿Cómo explica esto?
Los recursos hídricos son decisivos para el desarrollo industrial, en especial por el peso de aquellas industrias intensivas en agua, como las relacionadas con los alimentos, celulosa y papel, entre otros.
Por otra parte, sectores como el minero, por ejemplo, se localizan frecuentemente en zonas extremadamente áridas, de modo que el agua se convierte en una condicionante decisiva para la materialización de los proyectos.
En el caso del norte de Chile, se estima que cada litro por segundo permite la realización de inversiones en nuevos desarrollos mineros por el monto medio de un millón de dólares, y la obtención de dichos recursos hídricos ha tenido, en ocasiones, un costo que alcanza el 10% de las inversiones.
Ahora bien, en el sector turismo, muy importante en algunas zonas por su dinamismo y por su generación de empleos, está con frecuencia muy ligado a los recursos hídricos, ya sea para el desarrollo de las infraestructuras como para la definición de la oferta turística.
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¿Cómo explicaría usted la importancia del agua como fuente de energía?
La hidroelectricidad en la región de América Latina y el Caribe representa el 64 por ciento de la energía eléctrica total, inclusive, en muchos países representa el 80% de sus fuentes de energía.
¿Cómo vislumbra el futuro de la demanda?
A partir del año 1985 se inició un proceso acelerado e ininterrumpido de crecimiento en el país, lo que ha significado en un importante aumento en la demanda.
A partir del año 1985 se inició un proceso acelerado e ininterrumpido de crecimiento en el país, lo que ha significado en un importante aumento en la demanda.
Estas nuevas demandas se han abastecido mediante un mejoramiento en las eficiencias de aprovechamiento, la transacción de derechos de agua que estaban subutilizados y el desarrollo de recursos de agua subterráneas.
Por ejemplo, el incremento de las solicitudes para la explotación de las aguas subterráneas en la zona de Santiago Norte, donde dicha fuente es el único recurso disponible, alcanza a 5 veces los niveles del año 85, y ha permitido abastecer gran parte de los nuevos requerimientos asociados al desarrollo urbano e inmobiliario, al desarrollo de una agricultura intensiva orientada a la exportación y a las necesidades derivadas en el desarrollo minero exportador e industrial.
En el futuro, los nuevos requerimiento de Santiago al norte deberán abastecerse intensificando los mejoramientos de eficiencia, la búsqueda de recursos de aguas subterráneas en áreas no exploradas, e inclusive, en algunos lugares, mediante la desalinización de agua de mar o de fuentes salobres, como ya está ocurriendo.
En otras palabras, el agua tenderá a ser más escasa y, en consecuencia, más cara.
Al sur de Santiago, la situación es claramente más favorable, aún cuando se debe reconocer que el aprovechamiento productivo del agua comienza a ser competitivo con los requerimientos ambientales de los ecosistemas asociados, los cuales muchas veces son de alto valor por su contribución a la biodiversidad, o con los recursos escénicos y turísticos.
Al sur de Santiago, la situación es claramente más favorable, aún cuando se debe reconocer que el aprovechamiento productivo del agua comienza a ser competitivo con los requerimientos ambientales de los ecosistemas asociados, los cuales muchas veces son de alto valor por su contribución a la biodiversidad, o con los recursos escénicos y turísticos.
¿Cuáles son los principales problemas que enfrenta América Latina en relación al uso del agua?
Hoy por hoy los temas pendientes en relación al agua son enormes. En la actualidad 120 millones de habitantes no tienen acceso a servicios sanitarios con el agravante que los costos de provisión son crecientes al igual que la población, la que se espera que crezca en un 30 por ciento durante los próximos 25 años.
En términos de contaminación, los desafíos son aún mayores, ya que los avances actuales son reducidos.
En el caso de las aguas servidas urbanas, éstas constituyen la principal fuente contaminante de la región, donde sólo el 13 por ciento de las aguas colectadas tienen algún tipo de tratamiento.
El por que de las maravilas del agua
El por que de las maravilas del agua
INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
Un liquido está formado por moléculas que están en movimientoconstante y desordenado, y cada una de ellas chocan miles de millones de veces en un lapso muy pequeño.
Pero, las intensas fuerzas de atracción entre cada molécula, o enlaces de hidrogenollamados dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de producir una cercanía menor que en la que existe en un gas entre sus moléculas.
Además de esto, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estadosólido de un liquido (congelado) se le llama ordenado.
Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y liquido.
COMPRESIÓN Y EXPANSIÓN
A los líquidos se les considera incomprensibles debido que dentro de ellos existen fuerzas extremas que entre sus moléculas las cuales se atraen, por otra parte cuando a un liquido se le aplica una presión su volumenno se ve afectado en gran cantidad, ya que sus moléculas tienen poco espacio entre si; por otra parte si aplicamos un cambio de temperaturaa un líquido su volumen no sufrirá cambios considerables.
Cabe señalar que cuando las moléculas de un líquido están en continuo aumento de movimiento es por causa del aumento de alguna temperatura que esté experimentando el mismo lo cual inclina al liquido a aumentar la distancia de sus moléculas, a pesar de esto las fuerzas de atracción que existen en el líquido se oponen a ese distanciamiento de sus moléculas.
DIFUSIÓN
Al realizar la mezcla de dos líquidos, las moléculas de uno de ellos se difunde en todas las moléculas del otro liquido a mucho menor velocidad, cosa que en los gasesno sucede. Sí deseamos ver la difusión de dos líquidos, se puede observar dejando caer una pequeña cantidad de tinta ( china) en un poco de agua. Debido a que las moléculas en ambos líquidos están muy cerca, cada molécula conlleva una inmensidad de choques antes de alejarse, puede decirse que millones de choques. La distancia promedio que se genera en los choques se le llama trayectoria libre media y, en los gases es mas grande que en los líquidos, cabe señalar que esto sucede cuando las moléculas están bastantemente separadas. A pesar de lo que se menciona anteriormente hay constantes interrupciones en sus trayectorias moleculares, por lo que los líquidos se difunden mucho mas lentamente que los gases.
FORMA Y VOLUMEN
En un liquido, las fuerzas de atracción son suficientemente agudas para limitar a las moléculas en su movimiento dentro de un volumen definido, a pesar de esto las moléculas no pueden guardar un estado fijo, es decir que las moléculas del líquido no permanecen en una sola posición. De tal forma que las moléculas, dentro de los limites del volumen del liquido, tienen la libertadde moverse unas alrededor de otras, a causa de esto, permiten que fluyan los líquidos. Aún cuando, los líquidos poseen un volumen definido, pero, debido a su capacidad para fluir, su forma depende del contorno del recipiente que los contiene.
En un liquido, las fuerzas de atracción son suficientemente agudas para limitar a las moléculas en su movimiento dentro de un volumen definido, a pesar de esto las moléculas no pueden guardar un estado fijo, es decir que las moléculas del líquido no permanecen en una sola posición. De tal forma que las moléculas, dentro de los limites del volumen del liquido, tienen la libertadde moverse unas alrededor de otras, a causa de esto, permiten que fluyan los líquidos. Aún cuando, los líquidos poseen un volumen definido, pero, debido a su capacidad para fluir, su forma depende del contorno del recipiente que los contiene.
VISCOSIDAD
Algunos líquidos, literalmente fluyen lentamente, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistenciaa fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Si existe una mayor viscosidad, el liquido fluye mas lentamente.
Algunos líquidos, literalmente fluyen lentamente, mientras que otros fluyen con facilidad, la resistenciaa fluir se conoce con el nombre de viscosidad. Si existe una mayor viscosidad, el liquido fluye mas lentamente.
Los líquidos como la maleza y el aceite de los motores son relativamente viscosos; el agua y los líquidos orgánicos como el tetracloruro de carbonono lo son. La viscosidad puede medirse tomando en cuenta el tiempoque transcurre cuando cierta cantidad de un liquido fluye a través de un delgado tubo, bajo la fuerza de la gravedad. En otro método, se utilizan esferas de aceroque caen a través de un liquido y se mide la velocidad de caída. Las esferas mas lentamente en los líquidos mas viscosos. Si deseamos determinar las viscosidad con respecto al tiempo, es decir el volumen del líquido que fluye con respecto al tiempo tenemos:
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ecuación 1
Donde:
Donde:
---= Velocidad de flujo del liquido a lo largo de un tubo .
• r = Radio del tubo.
• L = Longitud
---• (P1 - P2) = Diferencia de presión
• r = Radio del tubo.
• L = Longitud
---• (P1 - P2) = Diferencia de presión
A pesar de esto la determinación de las variables L y res complicado, para esto empleamos un método de comparación entre un liquido de viscosidad desconocida y el agua como un liquido base, pero si consideramos que D P es en proporción a la densidad r tenemos el siguiente análisis.
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ecuación 2
Donde:
• m 1= Viscosidad del liquido desconocido.
• 2m = Viscosidad del agua. =
Donde:
• m 1= Viscosidad del liquido desconocido.
• 2m = Viscosidad del agua. =
TENSIÓN SUPERFICIAL
En un liquido, cada molécula se desplaza siempre bajo influencia de sus moléculas vecinas. Una molécula cerca del centro del liquido, experimenta el efecto de que sus vecinas la atraen casi en la misma magnitud en todas direcciones.
Sin embargo, una molécula en la superficie del liquido no esta completamente rodeado por otras y, como resultado, solo experimenta la atracción de aquellas moléculas que están por abajo y a los lados. Por lo tanto la tensión superficial actúa en un liquido perpendicular a cualquier línea de 1cm de longitud en la superficie del mismo.
Para la tensión superficial tenemos lo siguiente:
---
---
Donde:
· r = Radio del tubo capilar.
· h = Altura medida desde el nivel del líquido en el tubo de ensaye, hasta el nivel del líquido en el tubo capilar.
· g = Aceleración de la gravedad.
· q = Angulo de contacto en el liquido con las paredes del tubo capilar.
· g = Tensión superficial.
Para los líquidos que mojan el vidrio, su ángulo de contacto se supone a 0°, y sacando el (cos 0°) es 1, por lo que la ecuación anterior se reduce a:
· r = Radio del tubo capilar.
· h = Altura medida desde el nivel del líquido en el tubo de ensaye, hasta el nivel del líquido en el tubo capilar.
· g = Aceleración de la gravedad.
· q = Angulo de contacto en el liquido con las paredes del tubo capilar.
· g = Tensión superficial.
Para los líquidos que mojan el vidrio, su ángulo de contacto se supone a 0°, y sacando el (cos 0°) es 1, por lo que la ecuación anterior se reduce a:
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Donde:
Modelo cinético molecular de los liquidos
Propiedades Físicas Del Agua
1) Estado físico: sólida, liquida y gaseosa
2) Color: incolora
3) Sabor: insípida
4) Olor: inodoro
5) Densidad: 1 g./c.c. a 4°C
6) Punto de congelación: 0°C
7) Punto de ebullición: 100°C
8) Presión critica: 217,5 atm.
9) Temperatura critica: 374°C
El agua químicamente pura es un liquido inodoro e insípido; incoloro y transparente en capas de poco espesor, toma color azul cuando se mira a través de espesores de seis y ocho metros, porque absorbe las radiaciones rojas. Sus constantes físicas sirvieron para marcar los puntos de referencia de la escalatermométrica Centígrada. A la presión atmosférica de 760 milímetros el agua hierve a temperatura de 100°C y el punto de ebullición se eleva a 374°, que es la temperatura critica a que corresponde la presión de 217,5 atmósferas; en todo caso el calor de vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100°.
Mientras que el hielo funde en cuanto se calienta por encima de su punto de fusión, el agua liquida se mantiene sin solidificarse algunos grados por debajo de la temperatura de cristalización (agua subenfriada) y puede conservarse liquida a –20° en tubos capilares o en condiciones extraordinarias de reposo. La solidificación del agua va acompañada de desprendimiento de 79,4 calorías por cada gramo de agua que se solidifica. Cristaliza en el sistema hexagonal y adopta formas diferentes, según las condiciones de cristalización.
A consecuencia de su elevado calor especifico y de la gran cantidad de calor que pone en juegocuando cambia su estado, el agua obra de excelente regulador de temperatura en la superficie de la Tierra y más en las regiones marinas.
El agua se comporta anormalmente; su presión de vapor crece con rapidez a medida que la temperatura se eleva y su volumen ofrece la particularidad de ser mínimo a la de 4°. A dicha temperatura la densidad del agua es máxima, y se ha tomado por unidad. A partir de 4° no sólo se dilata cuando la temperatura se eleva,. sino también cuando se enfría hasta 0°: a esta temperatura su densidad es 0,99980 y al congelarse desciende bruscamente hacia 0,9168, que es la densidad del hielo a 0°, lo que significa que en la cristalización su volumen aumenta en un 9 por 100.
Las propiedades físicas del agua se atribuyen principalmente a los enlaces por puente de hidrógeno, los cuales se presentan en mayor número en el agua sólida, en la red cristalina cada átomo de la molécula de agua está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y así sucesivamente es como se conforma su estructura.
Cuando el agua sólida (hielo) se funde la estructura tetraédrica se destruye y la densidad del agua líquida es mayor que la del agua sólida debido a que sus moléculas quedan más cerca entre sí, pero sigue habiendo enlaces por puente de hidrógeno entre las moléculas del agua líquida.
Cuando se calienta agua sólida, que se encuentra por debajo de la temperatura de fusión, a medida que se incrementa la temperatura por encima de la temperatura de fusión se debilita el enlace por puente de hidrógeno y la densidad aumenta más hasta llegar a un valormáximo a la temperatura de 3.98ºC y una presión de una atmósfera.
A temperaturas mayores de 3.98 ºC la densidad del agua líquida disminuye con el aumento de la temperatura de la misma manera que ocurre con los otros líquidos.
3. 3.2 Propiedades Químicas del Agua
1)Reacciona con los óxidos ácidos
2)Reacciona con los óxidos básicos
3)Reacciona con los metales
4)Reacciona con los no metales
5)Se une en las sales formando hidratos
1)Los anhídridos u óxidos ácidos reaccionan con el agua y forman ácidos oxácidos.
2) 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.
3) Algunos metales descomponen el agua en frío y otros lo hacían a temperatura elevada.
4)El agua reacciona con los no metales, sobre todo con los halógenos, por ej: Haciendo pasar carbón al rojo sobre el agua se descompone y se forma una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de agua).
5)El agua forma combinaciones complejas con algunas sales, denominándose hidratos.
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.
El agua como compuesto quimico:
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 interacciónde 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 6.13x10-30 (coulombs)(angstrom), lo que también indica que la molécula H2O no es lineal, H-O-H.
El agua es un compuesto tan versátil principalmente debido a que el tamaño de su molécula es muy pequeño, a que su molécula es buena donadora de pares de electrones, a que forma puentes de hidrógeno entre sí y con otros compuestos que tengan enlaces como: N-H, O-H y F-H, a que tiene una constante dieléctrica muy grande y a su capacidad para reaccionar con compuestos que forman otros compuestos solubles.
El agua es, quizá el compuesto químico más importante en las actividades del hombre y también más versátil, ya que como reactivo químico funciona como ácido, álcali, ligando, agente oxidante y agente reductor.
Difusión
Proceso mediante el cual ocurre un flujo de partículas (átomos, iones o moléculas) de una región de mayor concentración a una de menor concentración, provocado por un gradiente de concentración. Si se coloca un terrón de azúcar en el fondo de un vaso de agua, el azúcar se disolverá y se difundirá lentamente a través del agua, pero si no se remueve el líquido pueden pasar semanas antes de que la solución se aproxime a la homogeneidad.
Ósmosis
Fenómeno que consiste en el paso del solvente de una solución de menor concentración a otra de mayor concentración que las separe una membrana semipermeable, a temperatura constante. En la ósmosis clásica, se introduce en un recipiente con agua un tubo vertical con el fondo cerrado con una membrana semipermeable y que contiene una disolución de azúcar.
A medida que el agua pasa a través de la membrana hacia el tubo, el nivel de la disolución de azúcar sube visiblemente. Una membrana semipermeable idónea para este experimento es la que existe en el interior de los huevos, entre la clara y la cáscara. En este experimento, el agua pasa en ambos sentidos a través de la membrana.
Pasa más cantidad de agua hacia donde se encuentra la disolución concentrada de azúcar, pues la concentración de agua es mayor en el recipiente con agua pura; o lo que es lo mismo, hay en ésta menos sustancias diluidas que en la disolución de azúcar.
El nivel del líquido en el tubo de la disolución de azúcar se elevará hasta que la presión hidrostática iguale el flujo de moléculas de disolvente a través de la membrana en ambos sentidos.
Esta presión hidrostática recibe el nombre de presión osmótica. Numerosos principios de la física y la química intervienen en el fenómeno de la ósmosis en animales y plantas.
Capilaridad
Es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de pequeño diámetro (tubo capilar), o en un medio poroso (por ej. un suelo), debido a la acción de la tensión superficial del líquido sobre la superficie del sólido. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares, es decir, tubos de diámetro muy pequeño.
La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático. Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidriolimpios.
Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio grasientos (donde la adhesión es pequeña) o con mercurioen tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande).
La absorción de agua por una esponja y la ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares de ascensión capilar.
El agua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan en este principio.
4. Animales De Agua Dulce
La composición de las comunidades de agua dulce depende más del clima que las de agua salada. Los océanos cubren vastas extensiones y se entremezclan entre ellos, esto no ocurre con las masas de agua dulce. Por esta razón, la propagación de las especies de agua dulce está mucho más limitada que la de las especies de agua salada.
La variación en la composición química es mayor en las aguas del interior que en las de los océanos, ya que los mineralesdisueltos en el agua dulce no pueden dispersarse en áreas tan extensas como en aquéllos. Sin embargo, considerando estas limitaciones, existen dos grandes divisiones de las aguas dulces del interior: aguas corrientes y aguas estancadas.
En general, las primeras están en relación con el mar, y una parte importante de la poblaciónanimal proviene del gran número de especies oceánicas que penetran en los ríos.
La rapidez de las corrientes en las aguas libres requiere que los animales sean grandes nadadores (como el salmón), habitantes de las profundidades (como el cangrejo de río), o formas que pueden fijarse a las rocas, plantas acuáticas, o detritos (como la sanguijuela).
Las aguas estancadas experimentan pequeñas fluctuaciones, de modo que las formas sedentarias y de nataciónlenta son abundantes en estas zonas. Las cuencas de agua estancada reúnen una mayor cantidad de detritos orgánicos que las que fluyen, lo que hace posible la existencia de poblaciones vegetales tan grandes como para facilitar un aporte abundante de alimentos a la población animal.
5. Animales De Agua Salada
Se ha descrito un gran número de especies de ballenas y peces depredadores en todos los mares. Sin embargo, la mayoría de los animales acuáticos están limitados a unas áreas climáticas relativamente definidas. En general, los animales no abandonan su zona climática y, cuando una zona está dividida por masas terrestres, evitan el paso a otras masas de agua dentro de la misma zona.
Las condiciones medio ambientales en las aguas profundas son muy diferentes según el nivel de profundidad. La temperatura del agua desciende y la presión aumenta a medida que se avanza hacia el fondo. Las posibilidades de alimentarse, que dependen del número y tipo de plantas y animales que existan, varían también mucho con la profundidad. Un animal acuático que sólo puede sobrevivir en profundidades de 6.000 a 7.000 m, no puede cruzar una cordillera del suelo del océano si su cresta se encuentra sólo a 3.000 m por debajo de la superficie.
3.3.3 Electrolisis del agua
ELECTROLISIS DEL AGUA
POR TEORIA: La electrólisis del agua consiste en un proceso electroquímico en el cual el agua se divide en Hidrógeno y Oxígeno. La electrólisis consiste en pasar corriente eléctrica por medio de dos electrodos, un cátodo que es el negativo y un ánodo que es el positivo. Al someter a la sustancia ala corriente ambos electrodos presentaran desprendimiento de gases, por el cátodo se desprende el gas Hidrógeno, mientras que por el ánodo se desprenderá el gas Oxígeno. Lo expresado anteriormente se puede escribir de la siguiente forma. (Reacciones)
CATODO………… 2H2O + 2electrones PRODUCE H2 + 2OH
ANODO…………. 2HO PRODUCE ½O2 + H2O + 2electrones
H2O PRODUCE H2 + ½O2
Para observar el proceso con claridad es recomendable que en el montaje de la electrólisis ambos gases se desprendan sin juntarse en la superficie del agua ya que no podríamos apreciar los resultados, el ácido sulfúrico o cloruro sádico funcionan como catalizador de la reacción, es decir, acelera el proceso de desprendimiento.
3.3.4 Estructura molecular del agua
Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).
Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.
En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.
Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente
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Moléculas polares y no polares
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Moléculas Polares: Los enlaces formados por átomos distintos con grandes diferencias de electronegatividad, forman moléculas polares. La molécula es eléctricamente neutra en su conjunto por tener igual de partículas positivas y negativas, pero no existe simetría en la distribución de la electricidad.
Moléculas no Polares: Cuando se forman en un enlace covalente entre átomos iguales, la molécula es neutra es decir, tiene carga eléctrica cero; por ejemplo: H2, O2, Cl2.
En este tipo de enlace no hay cambio en el número de oxidación de los átomos debido a que sus electrones compartidos son equidistantes.
Moléculas no Polares: Cuando se forman en un enlace covalente entre átomos iguales, la molécula es neutra es decir, tiene carga eléctrica cero; por ejemplo: H2, O2, Cl2.
En este tipo de enlace no hay cambio en el número de oxidación de los átomos debido a que sus electrones compartidos son equidistantes.
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Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej. Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno
el puente de Hidrógeno es relativamente débil entre -20 y -30 kJ mol-1, la fuerza de enlace aumenta al aumentar la electronegatividad y disminuye con el tamaño de los átomos participantes. Por tanto, el puente de Hidrógeno existe en numerosas moléculas no solo en el agua. Aquí solo se tratará lo referente al agua.
La estructura del agua favorece las interacciones para formar puentes de Hidrógeno, el arreglo siempre es perpendicular entre las moléculas participantes, además, es favorecido por que cada protón unido a un Oxígeno muy electronegativo encuentra un electrón no compartido con el que interactúa uno a uno. De lo anterior se concluye que cada átomo d Oxígeno en el agua interacciona con 4 protones, dos de ellos unidos covalentemente y dos a través de puentes de Hidrógeno.
3.3.5 regulación del clima
En la regulación del clima global participan todos los sistemas de la naturaleza: la atmósfera y la hidrosfera (sobre todo los océanos), la criosfera (hielo, nieve), la litosfera (la corteza terrestre) y la biosfera. En las últimas décadas, también el ser humano (como causante del aumento en la emisión de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano) se ha convertido en un factor que afecta al clima.
En el sistema climático de la Tierra, el mar cumple una función primordial. La elevada capacidad calórica del agua marina y las particularidades de su balance térmico, como la mezcla de las capas superiores, amortiguan las diferencias de temperatura a lo largo del año. Tanto el sistema de circulación general de la atmósfera como el de los océanos contribuyen, en proporciones similares, al equilibrio térmico entre las latitudes altas y bajas.
Además, los océanos influyen sobre el clima no sólo térmicamente, sino también como parte de los grandes ciclos biogeoquímicos, especialmente el ciclo del carbono que, en forma de dióxido de carbono, es fundamental para la futura evolución del clima.
el puente de Hidrógeno es relativamente débil entre -20 y -30 kJ mol-1, la fuerza de enlace aumenta al aumentar la electronegatividad y disminuye con el tamaño de los átomos participantes. Por tanto, el puente de Hidrógeno existe en numerosas moléculas no solo en el agua. Aquí solo se tratará lo referente al agua.
La estructura del agua favorece las interacciones para formar puentes de Hidrógeno, el arreglo siempre es perpendicular entre las moléculas participantes, además, es favorecido por que cada protón unido a un Oxígeno muy electronegativo encuentra un electrón no compartido con el que interactúa uno a uno. De lo anterior se concluye que cada átomo d Oxígeno en el agua interacciona con 4 protones, dos de ellos unidos covalentemente y dos a través de puentes de Hidrógeno.
3.3.5 regulación del clima
En la regulación del clima global participan todos los sistemas de la naturaleza: la atmósfera y la hidrosfera (sobre todo los océanos), la criosfera (hielo, nieve), la litosfera (la corteza terrestre) y la biosfera. En las últimas décadas, también el ser humano (como causante del aumento en la emisión de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano) se ha convertido en un factor que afecta al clima.
En el sistema climático de la Tierra, el mar cumple una función primordial. La elevada capacidad calórica del agua marina y las particularidades de su balance térmico, como la mezcla de las capas superiores, amortiguan las diferencias de temperatura a lo largo del año. Tanto el sistema de circulación general de la atmósfera como el de los océanos contribuyen, en proporciones similares, al equilibrio térmico entre las latitudes altas y bajas.
Además, los océanos influyen sobre el clima no sólo térmicamente, sino también como parte de los grandes ciclos biogeoquímicos, especialmente el ciclo del carbono que, en forma de dióxido de carbono, es fundamental para la futura evolución del clima.
Quien quiera saber hoy cómo será el clima mañana, no puede ignorar los océanos
3.4 ¿ de quien es el agua ?
Uso responsable del agua
3.4 ¿ de quien es el agua ?
Uso responsable del agua
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El agua es un elemento imprescindible para la supervivencia. Sin embargo, en nuestro país la sociedad aún no tiene la conciencia necesaria para racionalizar su uso.
Si bien el planeta tiene alrededor de un 70% de agua, la mayor parte es agua salada de mares y océanos y no apta para el consumo.
Actualmente el proceso de desalinización es muy costoso y no es viable.
De esta cantidad sólo el 2.5% corresponde a agua dulce, y si a esto le descontamos los glaciares y polos, nos queda sólo un 0.5% disponible.
El mayor consumo proviene del sector agropecuario e industrial, por ello los países desarrollados tienen políticas y controles ambientales cada vez más estrictos en todos sus procesos, estableciendo estándares y galardones que determinan la imagen corporativa de las empresas.
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Tomada como una filosofía de vida, los empleados de estas empresas, informados y comprometidos con el medio ambiente, deciden cambiar hábitos simples en sus hogares y adoptar una filosofía verde.
El consumo por habitante es variable según el país. Mientras en Europa, el consumo oscila entre 140 y 170 Litros/habitante. En Argentina llega en algunos casos a 500 L/hab.
Mientras una canilla con un cuerito roto, desperdicia alrededor de 50 litros por día, un inodoro con pérdida continua llega a los 4500 litros diarios. Un lavarropas usa 100 litros en un ciclo completo, mientras un baño de inmersión consume 200 y una ducha rápida 80. Una descarga de inodoro 20 litros. Lavar un auto 500 litros.
Acá te damos algunos consejos simples para aplicar en el hogar.
1.- Reparar instalaciones defectuosas que originan perdidas o fugas de agua. Muchas veces se soluciona cambiando un cuerito de bajo costo.
2.- Cerrar bien las canillas. Una canilla con una abertura pequeña pierde 2000 litros/día.
3.- No dejar la canilla abierta inútilmente por ejemplo. Abrirla al momento de entrar a la ducha. Mantenerla cerrada mientras nos cepillamos los dientes. No dejar correr el agua mientras realizamos otra actividad. Esto muchas veces se produce en la cocina o en el lavadero.
4.- Utilizar el lavarropas con la carga completa de ropa. Si lavamos una prenda sola, podremos hacerlo en un balde o seleccionando la opción "poca carga" que tienen algunos artefactos disminuyendo así el consumo de agua.
5.- No dejar mangueras abiertas en el jardín o mientras hacemos otra tarea como puede ser enjabonar el auto.
6.- Mantener limpia y con los químicos necesarios el agua de piscinas durante el año, para evitar llenarla varias veces al año.
7.- En los sistemas de riegos automáticos, colocar sensores de lluvia que interrumpen el accionamiento, cuando hay precipitaciones.
