Cascada

Cascada
nombre de la IUPAC
agua, oxidar [1]
Nombres alternativos
monóxido de dihidrógeno
Características generales
Fórmula molecular o crudaH2O _ _
Masa molecular ( u )18.0153
Apariencialíquido incoloro [2]
número CAS7732-18-5
Número EINECS231-791-2
PubChem962
Banco de medicamentosDB09145
SONRISASO
Propiedades fisicoquímicas
Densidad (g / cm 3 , en cs )0.99984 (0°C), [3] 0.99705 (25°C) [3]
Índice de refracción1.3330
Temperatura de fusión0,00 °C (273,15 K)
Δ fus H 0 (kJ mol −1 )6 (a 0,00 °C) [4]
Δ fus S 0 (J K ​​​​−1 mol −1 )21,9 (a 0,00 °C) [4]
Temperatura de ebullición100,00 °C (373,15 K)
Δ eb H 0 (kJ mol −1 )40,7 [5]
Triple punto273,16 K (0,01 °C)
611,73 Pa
Punto crítico647 K (374 °C)
2,2064 × 10 7 Pa [3]
Presión de vapor ( Pa ) a 293,15 K.2338.54
sistema cristalinohexagonal (ver cristales de hielo )
Viscosidad cinemática ( m 2 / s a ​​20 ° C)1,1 [6] -1,01x10 -6 [7]
Viscosidad dinámica ( mPa· s a 20 °C)1.002
Propiedades termoquímicas
Δ f H 0 (kJ mol −1 )−285,8
Δ f GRAMO 0 (kJ mol −1 )−237,1
S 0 m (JK −1 mol −1 )70.0
C 0 p, m (J K ​​​​−1 mol −1 )75.3
Información de seguridad
Frases H---
Consejo P--- [8]

El agua es un compuesto químico con la fórmula molecular H 2 O , en la que los dos átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno con un enlace covalente polar . En condiciones normales de temperatura y presión [9] se presenta como un sistema bifásico , formado por un líquido incoloro [2] e insípido (que se denomina “agua” en sentido estricto) y un vapor incoloro (denominado vapor de agua ). Se presenta en estado sólido (llamado hielo ) si la temperatura es igual o inferior a la temperatura de congelación . [10]

Dado que el agua es un excelente solvente , las aguas naturales contienen muchas otras sustancias disueltas, y es por esta razón que el término "agua" comúnmente significa tanto el compuesto químico puro de fórmula H 2 O como la mezcla (líquida) formada a partir del mismo, con otras sustancias disueltas en él.

El agua en la naturaleza es uno de los principales constituyentes de los ecosistemas y es la base de todas las formas de vida conocidas , incluido el ser humano ; también se debe al origen mismo de la vida en nuestro planeta y es también indispensable en el uso civil, agrícola e industrial; el hombre ha reconocido su importancia desde la antigüedad, identificándolo como uno de los principales elementos constitutivos del universo y atribuyéndole un profundo valor simbólico , que se encuentra en las principales religiones .

En el planeta Tierra , el agua cubre el 71% de la superficie del planeta y es el principal constituyente del cuerpo humano .

Etimología

El término "agua" deriva del latín aqua , del protoitaliano akwā , a su vez de una raíz indoeuropea h₂ékʷeh₂ con conexiones en el ámbito germánico ( protogermánico ahwō ) y en la lengua lusitana . El término en griego antiguo : ὕδωρ, ὕδατος , hýdōr, hýdatos está relacionado con el protogermánico watōr (de una raíz indoeuropea wódr̥ ) del que descienden el alemán wasser y el inglés water ; de la misma raíz indoeuropea proviene el latín unda ("ola" en italiano).

Física y química del agua

Los primeros descubrimientos científicos

La creencia de que el agua era un elemento primitivo e indivisible perduró hasta las últimas décadas del siglo XVIII , cuando los científicos Lavoisier y Cavendish descubrieron que esta sustancia en realidad está formada por dos constituyentes: hidrógeno y oxígeno .

En 1742 , Anders Celsius definió la escala de temperatura que lleva su nombre, situando el punto de fusión del agua (a presión atmosférica normal ) en 100 grados y el punto de ebullición en 0 grados; en 1745, sin embargo , Linneo la invirtió, alcanzando la escala tal como la conocemos hoy. [11]

La primera descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno (sus componentes elementales) fue realizada en 1800 por el químico inglés William Nicholson , mediante el proceso de electrólisis . [12] De hecho, el agua se disocia parcialmente en iones H + y OH - , que migran hacia los dos polos de la celda electrolítica, donde tienen lugar las siguientes reacciones:

ánodo (+):4 OH- → O2 + 2 H2O + 4 e-
cátodo (-):2 H+ + 2 e− → H2

el oxígeno y el hidrógeno se producen en forma de burbujas de gas en la superficie de los electrodos, de donde se pueden recoger.

Gilbert Newton Lewis aisló la primera muestra de agua pesada pura (en la que el hidrógeno se reemplaza por su isótopo deuterio ) en 1933 . [13]

Surgió una controversia científica a fines de la década de 1960 con respecto a la existencia de una forma polimérica de agua ("poliagua"). Ahora se acepta que esta "poliagua" no existe. [14] [15] [16]

En 2007 , gracias al uso de superordenadores y de la mecánica cuántica, se desarrolló un modelo numérico del agua que, partiendo de los principios de la mecánica cuántica de las moléculas, extrapola su comportamiento de forma correcta. [17]

Las formas físicas del agua

El agua toma múltiples formas en la naturaleza. En estado sólido se le conoce como hielo , en estado gaseoso se le conoce como vapor de agua . También se conocen otras dos formas sólidas, la del hielo vítreo y la del sólido amorfo , no cristalino, similar al vidrio ( hielo amorfo ). A presiones extremas, el hielo puede asumir varios estados sólidos, numerados con números romanos. La gama de formas sólidas del agua es tan amplia y variada que ni siquiera es comparable con la de cualquier otro material [18] .

El hielo y la nieve que nos ocupan suelen tener una estructura cristalina hexagonal ( hielo I h ). Sólo un poco menos estable ( metaestable ) que la forma hexagonal es la cúbica ( Ice I c ). El enfriamiento del hielo Ih da como resultado la formación de una configuración diferente, la forma del hielo XI , en la que los protones tienen una gran movilidad.

A diferentes temperaturas y presiones pueden existir otros tipos de hielo, que se pueden identificar en el diagrama de fases del hielo . Estos incluyen: II, III, V, VI, VII, VIII, IX y X. La transición de un hielo a otro ocurre a través de una transición isotérmica (como ocurre con todas las transiciones de fase ). En condiciones adecuadas, todos estos tipos pueden existir incluso a temperatura ambiente. Los diversos tipos de hielo difieren en su estructura cristalina , ordenamiento y densidad .

Hay otras dos fases del hielo que son metaestables: la IV y la XII. Ice XII fue descubierto en 1996 por C. Lobban, JL Finney y WF Kuhs. [19] En 2006 se descubrieron las formas XIII y XIV. [20]

Además de las formas cristalinas, el agua puede existir en estados amorfos: agua sólida amorfa, hielo amorfo de baja densidad, hielo amorfo de alta densidad, hielo amorfo de ultra alta densidad y agua vítrea subenfriada.

También hay moléculas de agua formadas por isótopos de hidrógeno en lugar del tío abuelo normal ( 11H), que se utilizan principalmente en el campo nuclear .

Agua pesada ( D 2 O o 21H 2 O) es un agua en la que los átomos de hidrógeno se reemplazan por átomos de deuterio , un isótopo de hidrógeno que tiene un peso atómico de 2 uma . Su comportamiento químico es sustancialmente el mismo que el del agua; encuentra aplicación ya que es un moderador menos efectivo del agua común (hidrógeno + oxígeno) que los neutrones emitidos por la fisión nuclear pero tiene una sección de absorción de neutrones mucho más baja. En el campo nuclear, por lo tanto, el agua ordinaria también se define como agua ligera .

También existe otra forma menos estable, denominada agua superpesada (T 2 O o 31H 2 O), en el que en lugar de átomos de hidrógeno hay átomos de tritio , isótopo de hidrógeno que tiene un peso atómico de 3 uma. [21]

En 2016 se descubrió un segundo estado líquido del agua que se presenta a una temperatura entre 40° y 60° con diferentes valores de constante dieléctrica y relajación spin-lattice al cambiar el régimen de expansión térmica y la velocidad de propagación del sonido [22] .

Cambios en el estado del agua

El agua es una de las poquísimas sustancias existentes (junto con el galio , el bismuto y el antimonio ) en las que el proceso de solidificación se produce con un aumento del volumen específico (igual a unos 0,087 L / kg , a una temperatura de 0 °C (273,15 K ) a una presión de 1 atm ), mientras que su punto de ebullición es de 100 °C (373,15 K). [23] Esto implica que a medida que la temperatura disminuye, la presión correspondiente al paso de estado sólido-líquido aumenta significativamente: hay una pendiente negativa de la línea de paso sólido-líquido en el diagrama de fase de presión-temperatura . En particular, por cada centésima de grado Celsius (0,01 °C) de descenso de la temperatura hay un aumento de la presión de fusión de aproximadamente una atmósfera. Esta relación se verifica hasta una presión de 2070 atm y una temperatura de -22 °C, más allá de la cual ocurren otros estados alotrópicos .

A presión atmosférica (1 atm ) el agua hierve a una temperatura de 100°C. Como ocurre con todas las demás sustancias, durante la transformación es necesario aportar una cierta cantidad de calor (llamado calor latente ), que en el caso del agua es superior a cualquier otra sustancia conocida: en condiciones de 0 °C y 1 atm este calor de vaporización es de hecho igual a 2501 kJ / kg . Entre 90 °C y 250 °C se aplica la regla general de que la presión de vaporización (en bar) es igual a la cuarta potencia de la centésima parte de la temperatura de vaporización (en grados Celsius):

Agua superiónica

En 1999 el SISSA de Trieste y el Centro Internacional de Física Teórica “ Abdus Salam ” (ICTP) de Trieste predijeron teóricamente la existencia de una fase de agua denominada “superiónica” [24] o hielo superiónico . En febrero de 2018 , un estudio publicado en Nature Physics por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore confirma su existencia [24] . Después de cierta presión, los iones de oxígeno toman la forma de una red cristalina , típica de un sólido, mientras que los iones de hidrógeno se encuentran en estado líquido [24] .

Propiedades físico-químicas del agua

el color del agua

El agua es azul porque cuando la luz del sol , que contiene todos los colores , la penetra, algunos colores son absorbidos por sus moléculas, en particular asimilan más los colores naranja y rojo, por lo que cuando la luz llega a nuestros ojos tiene menos naranja y rojo. coloración y se nos aparece como si fuera más azul que lo que llamamos luz blanca. [25] Por
otro lado, en lo que respecta al agua de mar, la razón de la coloración es un poco diferente: el plancton que vive allí, de hecho, absorbe algo de luz azul y roja, mientras que la gran cantidad de materia orgánica disuelta absorbe casi exclusivamente luz azul. . Esto hace que la luz restante tienda a un azul violáceo más profundo que el azul pálido del agua pura. En cambio, el color verde turquesa de las aguas de los mares del sur y de las islas del Caribe se debe a la gran presencia de fitoplancton , un difusor especialmente eficaz de la luz amarilla y verde. [25]

Comparada con otras sustancias con moléculas similares en masa u homólogas a otros elementos del mismo grupo de la tabla periódica (por ejemplo , el sulfuro de hidrógeno ), el agua en estado líquido presenta algunas anomalías:

  • un punto de ebullición muy alto ;
  • un volumen molar bastante bajo ;
  • un alto calor específico con un mínimo de 35 °C;
  • una viscosidad que exhibe un mínimo a altas presiones;
  • un punto máximo en el diagrama densidad-temperatura, en el que por debajo de la temperatura máxima el líquido disminuye en volumen al aumentar la temperatura.

Además, durante el proceso de congelación se produce un aumento de volumen considerable. [26]

Estas anomalías están provocadas por el hecho de que la organización cristalina , debida a los enlaces de hidrógeno en el hielo , aún existe en el agua líquida, constituyendo un edificio macromolecular lacunar con enlaces móviles internos que disminuyen en número al aumentar la temperatura y que forman un conjunto de aglomerados poliméricos en racimo. en equilibrio dinámico , y de moléculas libres o unidas en cadenas o anillos.

A diferencia de la mayoría de las otras sustancias, [27] para las cuales la forma sólida tiene una densidad más alta que la forma líquida, el hielo es menos denso que el agua líquida. [28] La densidad del agua es de hecho máxima a 4 ° C, [29] la temperatura a la que el agua es líquida. Esto se debe precisamente a la naturaleza de los enlaces de hidrógeno, que mantienen las moléculas de agua líquida más apretadas que en estado sólido.

El fenómeno de la expansión del agua a bajas temperaturas es una ventaja para todas las criaturas que viven en ambientes de agua dulce en invierno. El agua, al enfriarse en la superficie, aumenta de densidad y desciende hacia el fondo, desencadenando corrientes convectivas que enfrían uniformemente toda la cuenca. Cuando la temperatura de la superficie desciende por debajo de los 4°C este proceso se detiene, y debido al empuje de Arquímedes el agua más fría permanece en la superficie, donde, con un nuevo descenso de la temperatura, forma una capa de hielo . Si el agua no tuviera esta peculiaridad, los lagos se congelarían por completo y, en consecuencia, todas las formas de vida presentes morirían.

La situación en aguas saladas es diferente: la sal contenida en el agua de hecho reduce tanto el punto de congelación del agua (en unos 2 ° C, debido al fenómeno de descenso crioscópico ) como la temperatura a la que el agua alcanza su máxima densidad. (hasta aproximadamente 0 ° C). Por lo tanto, en aguas marinas los movimientos convectivos que traen agua más fría al fondo no son bloqueados por el gradiente de densidad, como ocurre en aguas dulces. Por ello, las criaturas que viven en el fondo de los océanos árticos se han tenido que adaptar, durante su proceso evolutivo , para sobrevivir a temperaturas cercanas a los 0°C.

En condiciones normales de salinidad del agua de mar, el agua se congela a aproximadamente -1,9 °C. El hielo que se forma está sustancialmente libre de sal (por lo que tiene una densidad casi igual a la del hielo de agua dulce). Este hielo flota en la superficie, mientras que la sal que ha sido “expulsada” aumenta la salinidad y densidad del agua circundante, que desciende por convección al fondo.

Las condiciones de temperatura y presión en las que las fases sólida, líquida y gaseosa de una sustancia coexisten en equilibrio entre sí se denomina punto triple . Para el agua se toma como referencia el punto triple para medir la temperatura, habiéndose establecido por convención que esta se encuentra en 273,16 K (y 0,01 °C); la presión en el punto triple del agua es de 611,2 Pa , valor muy bajo si se tiene en cuenta que a nivel del mar la presión atmosférica es en promedio de 101.300 Pa.

El agua tiene una alta tensión superficial , [30] que se puede observar por la geometría esférica de las gotas de agua y por el hecho de que algunos objetos (como una aguja) o insectos pueden flotar en la superficie del agua. [31] Otra consecuencia directa de la tensión superficial es la capilaridad . Consiste en la capacidad que tiene el agua de ascender (obviamente por distancias cortas) en grietas y conductos muy delgados. Cuanto más delgada es la fisura, mayor es el desplazamiento acrópeto (hacia arriba). [32] La tensión superficial juega un papel fundamental en las funciones de muchos organismos vivos. Un ejemplo es el transporte de agua en el xilema de los tallos de las plantas; la tensión superficial mantiene unida la columna de agua y las fuerzas adhesivas mantienen el agua adherida al xilema. Columnas igualmente altas y delgadas de líquidos menos cohesivos y menos adherentes se romperían, formando bolsas de aire o vapor, haciendo ineficiente (o incluso imposible) el transporte del líquido a través del xilema.

El agua pura ( destilada ) es un buen aislante eléctrico (es decir, un mal conductor ). Pero, siendo también un buen disolvente , en la práctica suele contener trazas de sales disueltas en él, que, con sus iones , lo convierten en un buen conductor de la electricidad. [33]

Dada su buena capacidad disolvente, el agua pura no se encuentra en la naturaleza. [34] Por simple exposición al aire, el agua disuelve su dióxido de carbono , formando una solución muy diluida de ácido carbónico que puede alcanzar un valor de pH de 5,6. [35] Del mismo modo, las gotas de lluvia siempre tienen una acidez mínima. La presencia de óxidos de azufre u nitrógeno en la atmósfera, a través de su disolución en las gotas de lluvia, da lugar a lluvias ácidas con valores de pH inferiores a 5 (en Italia también se han registrado lluvias ácidas con valores de pH en torno a 3.5), [ 36] cuyos efectos sobre el medio ambiente son mucho más graves. El pH del agua de mar está entre 7,7 y 8,4. [37]

La naturaleza dipolar del agua

Una característica importante del agua está dada por la polaridad de su molécula , con un momento dipolar molecular de 1.847 D. [38] La forma de la molécula de agua es similar a un tetraedro [39] con el átomo de oxígeno en el centro, dos átomos de hidrógeno en dos de los vértices y dos dobletes de electrones no compartidos ( pares solitarios ) en los otros dos. Estos últimos, debido a la repulsión electrostática, distorsionan ligeramente la estructura tetraédrica, haciendo que el ángulo formado por los dos enlaces OH sea de 104,45°, inferior a los 109,5° de un tetraedro regular. [40] Los electrones son más atraídos por el átomo de oxígeno, siendo este más electronegativo que el hidrógeno, por lo que los enlaces formados entre los átomos de H y el átomo de O se denominan "covalentes polares", ya que presentan una carga negativa parcial en el átomo de oxígeno ( 2 δ - ), y una carga positiva parcial en los átomos de hidrógeno ( δ + ).

Es sumamente relevante que el agua, al ser un compuesto anfótero , se descomponga, aunque de forma muy limitada, en aniones hidróxido y cationes hidroxonio. De hecho, las mediciones precisas muestran que el agua pura tiene un pH de 7,00 a 25 ° C y presión ambiental.

Una molécula que exhibe este desequilibrio de carga eléctrica se dice que es un dipolo eléctrico . Las cargas hacen que las moléculas de agua se atraigan mutuamente. Esta atracción en el agua es particularmente intensa (incluso si es mucho más débil que los enlaces covalentes dentro de la propia molécula) y se denomina enlace de hidrógeno (o enlace H ) y explica muchas de las propiedades físicas típicas del agua.

La presencia del enlace de hidrógeno explica, por ejemplo, los valores relativamente altos del punto de fusión y del punto de ebullición del agua: de hecho, se necesita más energía (en comparación con sustancias menos polares) para romper los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas. entre sí. Por ejemplo , el sulfuro de hidrógeno , H 2 S (similar en geometría pero incapaz de formar puentes de hidrógeno), es un gas a temperatura ambiente, a pesar de tener un peso molecular casi el doble que el del agua.

La alta capacidad calorífica específica también debe atribuirse al enlace de hidrógeno . El enlace de hidrógeno también explica el comportamiento inusual del agua cuando se congela: debido a este enlace, cuando la temperatura desciende hasta el punto de congelación, las moléculas de agua se organizan en una estructura cristalina con una simetría hexagonal típica del hielo , que resulta ser ser menos denso que el agua líquida.

Del hecho de que el hielo es menos denso que el agua líquida, se deduce que el hielo se puede derretir incluso después de un aumento de la presión. Esta presión resulta ser bastante alta. [42] En el estado sólido, cada molécula de agua se une a otras cuatro moléculas a través de enlaces de hidrógeno en una configuración tetraédrica , dando como resultado una conformación tridimensional de capas formadas por anillos hexagonales.

En estado líquido, la formación y ruptura continua de enlaces de hidrógeno da lugar a agregados fluctuantes muy grandes (llamados "dominios") (del orden de decenas de moléculas), debido a que la formación de un enlace de hidrógeno ( H- enlace ) entre dos moléculas induce la formación de otra, desencadenando una especie de reacción en cadena . Cada dominio tiene una estructura similar a la del hielo; según una investigación estadounidense, a temperaturas entre 0 y 100 °C y presión atmosférica, cada molécula de agua está rodeada en promedio por otras 4,7 moléculas [41] y la distancia entre dos átomos de oxígeno de moléculas adyacentes es de unos 3 Å , lo que hace -Interacciones de rango muy influyentes. En particular, cada molécula de agua establece, en las condiciones antes mencionadas, alrededor de 1,35 enlaces de hidrógeno con moléculas de agua vecinas. [41] La existencia de estos dominios confiere al agua un alto grado de estructuración, lo que determina muchas características peculiares.

La vida media de un dominio es un tema muy controvertido y debatido; Dejando de lado las controversias más o menos recientes sobre la llamada "memoria del agua", comúnmente se cree que la vida media de un dominio es del orden de 0,1 ns , pero existen teorías y evidencias experimentales según las cuales podría ser mucho más tiempo, es decir, unos segundos o incluso más; según otras investigaciones, sin embargo, sería mucho más corto, del orden de 50 fs . Además, recientemente se ha comprobado que los procesos de relajación en el agua tienen lugar siguiendo diferentes escalas de tiempo; esto significa que coexisten diferentes agregados moleculares, cada uno con su propia estructura, que dan lugar a un cuadro sumamente complejo. [43] [44] [45] [46] [47]

Las macromoléculas biológicas y las estructuras supramoleculares interactúan con las moléculas de agua cercanas (agua de hidratación ), modificando algunas de sus características ya su vez experimentando cambios en sus características. Las moléculas de agua de la capa de hidratación , por ejemplo, tienen una orientación preferencial y una libertad limitada de movimiento de rotación y traslación, lo que hace que los tiempos de correlación pasen de 10 −12 s del agua pura a 10 −6 ÷ 10 - 9 s del agua. agua de las conchas de hidratación. [48]

El agua forma clatratos hidratados , que consisten en "jaulas" de moléculas de agua que rodean moléculas o iones extraños. Más allá del interés por su estructura, que ilustra qué organización puede imponer el enlace de hidrógeno, los hidratos de clatrato se toman a menudo como modelo de la forma en que el agua parece organizarse en torno a grupos no polares, como los de las proteínas .

Algunos compuestos iónicos forman hidratos de clatrato en los que el anión se incorpora a la estructura de los enlaces de hidrógeno. Este tipo de clatratos ocurre frecuentemente con aceptores de enlaces de hidrógeno muy fuertes , como F- y OH- . Las moléculas de agua también median en algunas redes de enlaces de hidrógeno intracatenarios e intercatenarios, lo que contribuye a la estabilización y plegamiento del colágeno , que es una de las proteínas más importantes de la naturaleza.

El agua como disolvente

Químicamente, el agua es un buen disolvente . [49] Las propiedades disolventes del agua son esenciales para los seres vivos, ya que permiten que se produzcan las complejas reacciones químicas que constituyen la base de la vida misma (por ejemplo, las que tienen lugar en la sangre o en el citoplasma de la célula ). .

El comportamiento disolvente del agua está determinado por la polaridad de su molécula: cuando un compuesto iónico o polar se disuelve en agua, está rodeado de moléculas de agua, que se insertan entre un ion y otro o entre una molécula y otra de soluto ( gracias a su pequeño tamaño), orientándose de tal manera que presenta a cada ion (o extremo polar) del soluto la parte de sí mismo que lleva la carga opuesta; esto debilita la atracción entre iones (o entre moléculas polares) y rompe la estructura cristalina; cada ion (o cada molécula polar) se encuentra por tanto solvatado (o hidratado), es decir, completamente rodeado de moléculas de agua que interactúan con él. [49] [50]

Un ejemplo de un soluto iónico es la sal de mesa común ( cloruro de sodio ), un ejemplo de un soluto molecular polar es el azúcar .

En general, las sustancias iónicas polares (como ácidos , alcoholes y sales ) son bastante solubles en agua, mientras que las sustancias no polares (como grasas y aceites) no lo son. Las moléculas no polares no se mezclan con el agua, porque para esta última se favorece desde el punto de vista energético la formación de enlaces de hidrógeno en su interior, más que la formación de enlaces de Van der Waals con moléculas no polares.

La naturaleza anfótera del agua

El agua es una sustancia anfótera , es decir, capaz de comportarse tanto como un ácido como como una base .

A pH 7 (condición de neutralidad) la concentración de iones de hidróxido OH - es igual a la de iones de hidrógeno H + (o más bien iones de hidroxonio H 3 O + ). Cuando se altera este equilibrio, la solución se vuelve ácida (mayor concentración de iones de hidrógeno) o básica (mayor concentración de iones de hidróxido).

En presencia de un ácido más fuerte que él, el agua actúa como base, en presencia de un ácido más débil que él, el agua actúa como ácido.

Por ejemplo, en equilibrio :

el agua actúa como base y acepta el ion H + de otro ácido (HCl, en el ejemplo).

En cambio, en la reacción con amoníaco :

es el agua la que actúa como ácido, donando a este último su ion H + .

El ion H 3 O + , siempre presente en pequeñas cantidades junto con la molécula de agua normal, se forma siguiendo la reacción química de "autoprotólisis del agua": [51]

Esta reacción también se conoce como autoionización , [52] "semi- ionización " o "autodisociación" del agua, y explica la naturaleza anfótera del agua. [53]

La importancia biológica del agua

El agua es un componente fundamental de todos los organismos vivos de nuestro planeta . Se encuentra en altos porcentajes en las células (en particular en el citoplasma y las vacuolas , presentes en las células vegetales y en algunos protistas ), dentro de las cuales se transporta a través del proceso de pinocitosis . [55] En el protoplasma de todas las células, tanto procariotas como eucariotas , el agua es el compuesto predominante y actúa como disolvente de todas las biomoléculas (como hidratos de carbono , proteínas , vitaminas hidrosolubles , etc.), otorgándoles la capacidad de reaccionar entre sí, en diversas reacciones bioquímicas . Además de ser un disolvente, el agua participa activamente como reactivo en diversas reacciones metabólicas , especialmente las de hidrólisis , y es, junto con el dióxido de carbono , uno de los principales reactivos de la fotosíntesis de la clorofila ; es también, siempre junto con el CO 2 , el producto final del proceso de respiración celular .

Siendo el principal componente de la mayoría de los seres vivos, el agua también está presente en el organismo humano , en porcentajes variables según la edad , el sexo y el peso. Los fluidos corporales que tienen el mayor contenido de agua son el líquido cefalorraquídeo (99 %), la médula ósea (99 %) y el plasma sanguíneo (85 %). [56] Por lo tanto, es de fundamental importancia para el transporte de nutrientes en todas las partes del cuerpo y para la eliminación y excreción, a través de la orina , de los desechos producidos en las reacciones bioquímicas. El agua también juega un papel decisivo en la regulación de la temperatura corporal (a través del sudor ) y la concentración de sales minerales; también participa en la digestión , favoreciendo el tránsito intestinal y la absorción de nutrientes. Precisamente porque el agua debe estar presente en cantidades muy altas en la nutrición humana, se clasifica como un " macronutriente ". [57]

En las plantas es el principal componente de la linfa , que tiene la función de transportar los nutrientes en todos los tejidos , y de las vacuolas , que regulan la presión osmótica . En el cuerpo humano, el agua constituye el 65% del peso corporal, disminuyendo progresivamente a medida que envejecemos y según el sexo. [58] [59]

Agua corporal total como % del peso
Bebé Hombre Mujer
Flaco 80 sesenta y cinco 55
Normal 70 60 50
Obeso sesenta y cinco 55 45

Agua en el Universo

En las nubes interestelares de nuestra galaxia , la Vía Láctea , se ha constatado la presencia de moléculas de agua. [60] Se supone que el agua también es abundante en otras galaxias, ya que sus componentes elementales (hidrógeno y oxígeno) se encuentran entre los elementos más abundantes del universo .

Gran parte del agua del universo podría ser un subproducto de la fase de formación estelar . [61] Las estrellas , al final de su formación, emiten un viento estelar particularmente intenso , acompañado de la emisión de un gran flujo de gas y polvo; cuando este flujo impacta contra el gas residual de la nube molecular , se generan ondas de choque que comprimen y calientan los gases. El agua que se encuentra dentro de las nebulosas en las que está presente la actividad de formación estelar se originó rápidamente a partir del gas comprimido calentado. [62]

Un "subproducto" de la fase de formación estelar es la formación de sistemas planetarios , también similares al sistema solar . [63] En tales sistemas sería posible rastrear agua en cuerpos celestes no muy calientes, como cometas , planetas y satélites . En nuestro sistema solar, se ha encontrado agua líquida (al igual que en la Tierra) en la Luna . [64] Existe una posibilidad concreta de que el agua líquida también esté presente debajo de la superficie de la luna Encelado de Saturno y la luna Europa de Júpiter .

En forma de hielo, se encontró en:

Es probable que se encuentren rastros de hielo de agua en la superficie lunar, en el planeta enano Ceres y en el satélite Tetis de Saturno . El hielo también estaría contenido en el interior de Urano y Neptuno y en el planetoide Plutón , así como en los cometas.

En estado gaseoso (vapor de agua) se ha encontrado en:

La presencia de agua en el universo es considerada por la exobiología como un factor clave para el desarrollo de la vida en planetas distintos al nuestro . De hecho, muchas teorías sobre el origen de la vida recuerdan la presencia del agua .

El agua y la zona habitable

La presencia de agua líquida (y en menor medida en forma gaseosa y sólida) en la Tierra es una condición esencial para el desarrollo y sustento de la vida tal como la conocemos. La Tierra tiene condiciones tan favorables porque está ubicada en lo que los astrónomos definen como la zona habitable del sistema solar , es decir, un estrecho cinturón orbital en el que la radiación del Sol es tal que mantiene el agua en estado líquido: de hecho, si solo si nuestro planeta hubiera estado más lejos o más cerca de nuestra estrella, incluso en solo un 5% (ocho millones de kilómetros), las condiciones capaces de mantener simultáneamente los tres estados físicos del agua habrían sido menos probables. [68]

Definir la noción de habitabilidad planetaria comienza con el estudio de las estrellas : de hecho, la habitabilidad de un planeta depende en gran medida de las características del sistema planetario, y por tanto de la estrella que lo alberga. [69] Actualmente se estima que el dominio espectral apropiado para estrellas con planetas habitables es desde el comienzo de la clase F o G hasta la mitad de la clase espectral K ; no son estrellas demasiado calientes ni demasiado frías, que permanecen en la secuencia principal el tiempo suficiente para que la vida tenga la posibilidad de aparecer y evolucionar hasta formas incluso complejas. [69] Este tipo de estrellas probablemente constituyen del 5 al 10% de las estrellas de nuestra galaxia.

Los sistemas planetarios alrededor de las enanas rojas , es decir, las estrellas entre la clase K y la clase M, parecen no ser muy favorables para albergar vida [70] [71] Poseen luminosidades tan bajas que, para que las condiciones solares de la superficie del planeta sean ser favorable para la vida, tendría que orbitar a una distancia tal que las fuerzas de las mareas lo constriñeran en una órbita sincrónica ; además, algunas enanas rojas muestran violentos episodios de variabilidad . Sin embargo, la cuestión de la habitabilidad real de los sistemas planetarios de enanas rojas sigue abierta y es de gran importancia, ya que la mayoría de las estrellas (alrededor del 65%) de la Galaxia pertenecen a esta categoría. [72]

Para que pueda albergar condiciones favorables a la presencia de agua líquida, un planeta debe tener una gravedad superficial capaz de retener una envoltura atmosférica conspicua ; no debe ser demasiado grande (ya que podría mantener el agua en estado sólido incluso a altas temperaturas), pero tampoco demasiado pequeño (ya que sólo retendría una atmósfera tenue, provocando excesivas excursiones térmicas y favoreciendo la acumulación de agua sólo en el regiones polares ). La presencia de vapor de agua y dióxido de carbono en la atmósfera provoca un efecto invernadero que permite mantener estable la temperatura superficial. [73]

Se ha sugerido que las mismas formas de vida [74] pueden ayudar a mantener condiciones favorables para la propia existencia. La temperatura superficial de la Tierra ha sido relativamente constante en la sucesión de eras geológicas , a pesar de las variaciones, incluso fuertes, de la insolación superficial media , y esto indicaría que una serie de procesos dinámicos regularían la temperatura del planeta a través de una combinación de gases de efecto invernadero y superficial o atmosféricoalbedo Esta teoría se llama la Hipótesis de Gaia . [75]

Hay varias teorías sobre el origen del agua en la Tierra . Las dos hipótesis más acreditadas creen que el agua llegó a la Tierra o bien tras los impactos con cometas y asteroides, muy frecuentes en los albores del sistema solar , o bien tras la gran actividad volcánica de la Tierra primigenia, que habría liberado a la atmósfera. grandes cantidades de vapor de agua que luego se precipitarían al suelo en forma de fenómenos hidrometeóricos . [76] [77]

Agua en la Tierra

Caracterización físico-química de aguas naturales

El agua en la naturaleza nunca es pura , sino que contiene muchas sustancias disueltas (gracias a su capacidad como disolvente) y partículas en suspensión, la mayoría de las cuales son microscópicas; las sustancias contenidas se subdividen esencialmente según su tamaño: [78]

arcilla , sílice , piedra caliza , hidróxido férrico , algas , grasas , microorganismos , restos vegetales sílice coloidal , ácidos húmicos

Gracias a las técnicas de química analítica es posible identificar las sustancias presentes en el agua. [79] La caracterización químico-física del agua natural generalmente consiste en el siguiente procedimiento: [80]

  1. muestreo (generalmente se toman 2 muestras representativas); [81]
  2. observación: sensaciones organolépticas primarias ;
  3. medición de pH ; [82]
  4. cálculo de la turbidez: método fotométrico ; [83] [84]
  5. cálculo del residuo fijo : medición del peso a diferentes temperaturas; [85] [86] [87]
  6. determinación de la conductividad eléctrica ; [87]
  7. determinación de aniones y cationes (incluidos los iones Ca 2+ , Mg 2+ y HCO 3 - ) [88] y cálculo de la dureza : métodos complexométricos [89] [90] y/u otros; [91]
  8. determinación de TOC : concentración de carbono orgánico total. [noventa y dos]
  9. determinación de compuestos nitrogenados : concentración de amoníaco , nitritos , nitratos .

Caracterización microbiológica de aguas naturales

Todas las aguas naturales contienen una determinada cantidad de microorganismos, tanto autótrofos como heterótrofos , representados por bacterias , algas , hongos y protozoos , que constituyen la microflora autóctona de las aguas, donde cumplen una función fundamental en todos los ciclos biogeoquímicos y son los principales responsables de los fenómenos de autopurificación. El agua subterránea también alberga una microflora específica, representada principalmente por organismos oligotróficos , debido a la baja concentración de nutrientes.

La contaminación de origen antrópico , especialmente la derivada del vertido a las aguas naturales de residuos orgánicos de origen civil, puede introducir en los cuerpos de agua microorganismos no propios del ecosistema acuático, que constituyen una microflora contaminante. Entre estos también pueden encontrarse bacterias patógenas de los géneros Salmonella , Shigella , Vibrio , Clostridium , Pseudomonas , Campylobacter , Mycobacterium , Legionella, etc., así como protozoos , helmintos y virus de origen entérico. La presencia de estos patógenos puede ser peligrosa especialmente para aquellas aguas que son utilizadas por el hombre para beber o con fines recreativos. [93]

El análisis microbiológico de un agua, sin embargo, más que buscar patógenos, tiende a detectar microorganismos que se definen como "indicadores de contaminación fecal", que se alojan en el intestino humano y animal y por tanto se eliminan con las heces. Estos indicadores tienen la característica de tener concentraciones, en los residuos orgánicos, considerablemente superiores a las de cualquier patógeno y, además, requieren técnicas de detección mucho más sencillas, por lo que pueden incluirse fácilmente en los protocolos analíticos de rutina para la caracterización microbiológica del agua. [94]

Los principales organismos indicadores buscados en las aguas son:

En aguas destinadas al consumo humano, las colonias también se cuentan a 22°C.

En el agua de bebida , los microorganismos indicadores de contaminación fecal (Escherichia coli y enterococos) deben estar constantemente ausentes y la carga microbiana total debe ser contenida y constante. La presencia en el agua de uno o más de estos indicadores representa una primera señal de alarma de una probable contaminación fecal y puede orientar hacia la búsqueda de posibles patógenos.

Clasificación de aguas naturales

Según su origen, las aguas naturales se clasifican en: [95]

El agua realiza un ciclo continuo (el llamado ciclo del agua o ciclo hidrológico), consistente en el intercambio continuo de agua en la hidrosfera entre la atmósfera , el suelo , las aguas superficiales, las aguas profundas y los seres vivos. Gracias a la evaporación de las aguas superficiales por la radiación solar y la transpiración de las plantas , se forman nubes en las capas más frías de la atmósfera . Estas son transportadas por los vientos y cuando cambia la temperatura y/o la presión, regresan al suelo en forma de agua de lluvia, enriqueciendo aún más las aguas superficiales y en parte ( filtrándose al suelo) las subterráneas.

Dado que muchas sustancias tienen cierta solubilidad en agua, en la naturaleza prácticamente no existen aguas puras.

El agua de lluvia contiene gases normalmente presentes en la atmósfera (principalmente N 2 , O 2 y CO 2 ), los presentes localmente debido a actividades industriales o centros habitados ( SO 2 , SO 3 , óxidos de nitrógeno , CO ) y los que proceden de la descomposición de sustancias orgánicas naturales ( H 2 S , NH 3 ). El agua de lluvia puede reaccionar con tales sustancias. Un ejemplo lo da el fenómeno de la lluvia ácida :

Las aguas subterráneas , alimentadas por la infiltración del agua de lluvia, de las que el suelo filtra las sustancias en suspensión , son aguas minerales . A veces, el agua subterránea se escapa espontáneamente y se convierte en agua de manantial (notablemente valiosa para beber debido a la falta de organismos patógenos, pero a menudo la calidad se ve amenazada por herbicidas y pesticidas , que son extremadamente dañinos para la salud).

El agua subterránea, al oxidar las sustancias orgánicas presentes en el suelo, se enriquece con dióxido de carbono, lo que facilita la disolución de la piedra caliza según la reacción :

CaCO3 [insoluble] [soluble] + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2 MgCO3 [insoluble] [soluble] + CO2 + H2O ⇌ Mg(HCO3)2

Si la concentración de dióxido de carbono es alta, la cantidad de roca disuelta es alta y se pueden formar cuevas ; este fenómeno en Italia se llama karst (de la región Karst , donde este fenómeno es frecuente). La citada reacción química puede tener lugar en ambos sentidos (de izquierda a derecha o de derecha a izquierda): de la reacción inversa a la anterior, con eliminación del dióxido de carbono, se produce por tanto la formación de estalactitas y estalagmitas .

Las aguas superficiales tienen una composición extremadamente variable dependiendo de las condiciones climáticas y ambientales. [96] Se pueden clasificar en aguas dulces (3 %, por unos 3 ⁄ 4 en estado líquido) y aguas saladas. El Mar Mediterráneo contiene alrededor del 3,5% de sales (77,7% cloruro de sodio , 11% cloruro de magnesio y el resto repartido entre sulfatos de magnesio , calcio , potasio , carbonato de calcio y bromuro de magnesio ).

Recursos hídricos terrestres

El volumen de agua presente en la Tierra se estima en 1 360 000 000 km 3 , aproximadamente una milésima parte del volumen total del planeta; de estos: [97]

El agua dulce representa solo el 2,5% del volumen total presente en la Tierra [99] y más de 2 ⁄ 3 se encuentra en unos pocos glaciares, en particular en la Antártida y Groenlandia , que son por lo tanto la principal reserva de agua dulce de nuestro planeta. . [100]

El derretimiento de los glaciares por el efecto invernadero y el aumento de las temperaturas tiene un fuerte impacto ambiental, tanto por el aumento del nivel del mar como por la desaparición de esta reserva. Durante el derretimiento del hielo, de hecho, el agua dulce se mezcla con el agua salada del mar, quedando inutilizable para el hombre .

Otro 30 % del agua dulce se encuentra en embalses subterráneos y solo menos del 1 % del agua dulce se encuentra en lagos, ríos o embalses y, por lo tanto, es de fácil acceso. [101] En un estudio publicado en 1996 por la revista Science [102] se estimó que:

  • el ciclo del agua genera un total de agua dulce renovable equivalente a aproximadamente 110 300 km3 / año ;
  • unos 69 600 km 3 /año de precipitación se evaporan a su vez (pero permite la vida de importantes formas de vegetación, como los bosques, no irrigados por el hombre);
  • quedan unos 40 700 km 3 /año , regresando a los mares y océanos; de esta agua:
    • 7 774 km 3 /año están en áreas de difícil acceso y, en la práctica, no utilizadas (alrededor del 95% del río Amazonas , la mitad del Congo , la mayoría de los ríos de las tierras más septentrionales);
    • 29 600 km 3 /año acaban en el mar sin ser utilizados por las presas;
    • 12 500 km 3 / año pueden ser utilizados por humanos; De estos:
      • 4 430 km 3 /año se utilizan directamente en la agricultura (2880 km 3 /año), en la industria (975 km 3 /año) y en las ciudades (300 km 3 /año); la cifra también incluye la pérdida de reservas por evaporación (275);
      • 2 350 km 3 /año se utilizan "tal cual", por ejemplo para navegación, pesca y parques;
  • la construcción de represas puede aumentar la disponibilidad de agua dulce para uso humano en aproximadamente un 10 % en 2025 , pero se prevé que la población aumente en aproximadamente un 45 % para ese momento;
  • el aumento estimado en el agua disponible también puede ser optimista, debido a la creciente contaminación y el calentamiento global .

El agua en la meteorología

El agua es también un elemento fundamental en el control de la meteorología y el clima terrestre . El vapor de agua presente en la atmósfera puede, en determinadas circunstancias, sufrir procesos de acreción (coalescencia) que conducen a la formación de nubes y, llegando a la saturación, a la lluvia u otras formas de precipitación atmosférica . Gracias a estos eventos el agua puede redistribuirse en el territorio, acumulándose también en los glaciares polares o en los presentes a gran altura. La abundancia o ausencia de precipitaciones acuosas en las diversas áreas geográficas determina el clima, desde los extremos de aridez hasta los bosques tropicales , y en consecuencia la biodiversidad y los recursos.

El agua y el hombre

Dado que el agua es un bien indispensable para la vida, la propiedad y gestión del agua, la infraestructura y los servicios hídricos es objeto de cuestiones jurídicas y políticas.

El agua en la historia de la civilización y en las religiones

El agua jugó un papel fundamental en el desarrollo de las primeras civilizaciones antiguas , que se ubicaron a lo largo de los grandes ríos de Oriente : el Nilo para la civilización egipcia , [103] el Tigris y el Éufrates para las civilizaciones mesopotámicas ( Sumer , [104] babilonios y asirios ), el Huang He (Río Amarillo) para China , el Indo y el Ganges para India .

Las grandes cuencas hidrográficas brindaron una oportunidad para una mayor fertilidad del suelo y facilidad de transporte , pero determinaron una organización social más compleja necesaria para manejar los conflictos por los recursos y abordar la construcción y mantenimiento de sistemas masivos de riego y protección contra inundaciones .

Menor, pero nada desdeñable, fue también la importancia de los mares interiores, especialmente el mar Mediterráneo , que facilitó el comercio y los contactos culturales entre pueblos lejanos, con la formación de civilizaciones dedicadas principalmente al comercio (sobre todo los fenicios ). [105]

La importancia del agua ha sido reconocida en religiones y sistemas filosóficos desde la antigüedad . [106] Muchas religiones adoran a dioses relacionados con el agua o los propios arroyos (por ejemplo, el Ganges es una diosa para el hinduismo ). [107] Nuevamente, deidades particulares , llamadas ninfas , se colocan en la mitología griega para proteger fuentes particulares de agua. [108] El agua, pues, era considerada un elemento primitivo entre muchos pueblos, incluso muy distantes entre sí; por ejemplo en China se identificaba con el caos, del cual se originó el universo, mientras que en Génesis aparece ya en el segundo verso, ante la luz y las tierras emergidas. Incluso el filósofo griego Tales asoció el agua con el origen de todas las cosas y afirmó que su suavidad también es capaz de explicar los cambios en las cosas mismas. [109] También en Polinesia , el agua se consideraba la materia prima fundamental.

Con el desarrollo de los primeros sistemas filosóficos, el agua se unió a algunos otros elementos primitivos sin perder su importancia. En todas las civilizaciones antiguas estaba muy extendida la creencia de que la multiplicidad de la naturaleza se remontaba a la combinación de muy pocos elementos constitutivos: agua, de hecho, fuego, tierra y aire (o madera) y posiblemente una quinta esencia . Así por ejemplo en el taoísmo chino oriental incluye el agua entre sus cinco elementos junto con la tierra, el fuego, la madera y el metal. [110] En Occidente también Empédocles ( alrededor del 492 a. C. - alrededor del 430 a. C. ) incluyó el agua entre los cuatro elementos fundamentales , a los que Platón en el Timeo añadió el éter . El propio Aristóteles ( 384 a. C. - 322 a. C. ) sostenía que la materia se formaba por la interacción de los cuatro elementos mencionados por Empédocles.

La indispensabilidad del agua para el florecimiento de la vida afectó a muchas civilizaciones. Por ejemplo, en el idioma sumerio "a" significa tanto "agua" como "generación". En la mayoría de las religiones , por tanto, el agua se ha convertido en símbolo de renovación y por tanto de bendición divina. [111] Lógicamente aparece en los ritos de " purificación " y renacimiento de muchos cultos , por ejemplo en los ritos de inmersión del bautismo cristiano y en las abluciones del judaísmo y el Islam . Incluso en el sintoísmo , el agua se utiliza en los rituales de purificación de personas o lugares. [112]

La tradición de sabiduría mística judía de la Cábala judía identifica en el agua el símbolo de la Sefirá Jesed que indica la cualidad divina de la Misericordia , la bondad y la grandeza; hay muchas referencias en la Torá al agua, también su símbolo. Según la exégesis hebrea el mismo término " judío ", en hebreo Yivri , significa "el que viene del otro lado del río" y está presente en la Biblia hebrea , usado por primera vez a propósito de Abraham . El término hebreo que traduce la palabra "agua", maim , cuando se asocia con el término esh , "fuego", forma la palabra shamaim que significa "cielo": se cree que los cielos presentan la unión de agua y fuego.

Mircea Eliade ha estudiado analíticamente los mitos acuáticos en las diversas religiones: "Las aguas simbolizan la totalidad de las virtualidades". Eliade consideró:

La atribución de características negativas al agua es mucho más rara y reciente. En el siglo XVI , durante la epidemia de peste, se pensaba que el agua favorecía el contagio , “abriendo” los poros de la piel por los que se infiltrarían los supuestos patógenos, llamados seminaria , por lo que se creía que lavarse el cuerpo debilitaba la piel. organismo, y por lo tanto no se recomienda. [114]

Usos del agua

El agua juega un papel central en una multitud de campos. Básicamente, los usos del agua se pueden dividir en:

Aunque el agua cubre el 70,8% de la superficie terrestre, la mayor parte de esta no puede ser aprovechada directamente, ya que requiere tratamientos especiales, que se diversifican según el uso al que se destine el agua.

Agua ligera y agua pesada

En ingeniería nuclear se denomina agua ordinaria al agua ligera cuando se utiliza como refrigerante/moderador del núcleo de un LWR , tanto en condiciones de subenfriamiento ( reactores PWR ) como en condiciones de ebullición ( reactores BWR ). El origen de este término deriva del contraste con el término agua pesada , que identifica una sustancia químicamente similar al agua pero en la que se reemplaza el isótopo más común de hidrógeno de peso 1 por el isótopo deuterio de peso 2; El agua pesada se utiliza como moderador/refrigerante en los reactores CANDU .

Tratamientos de agua

El agua puede sufrir varios tratamientos para la eliminación de contaminantes y para la corrección de algunas características físico-químicas ; el diseño de plantas de tratamiento requiere de análisis preliminares del agua cruda que puedan expresar claramente todas las sustancias contenidas en ella (cuyas concentraciones suelen expresarse con unidades de medida en ppm o ppb ) y determinar sus características microbiológicas .

Los tratamientos que se realizan al agua dependen sobre todo de su destino, por ejemplo el agua potable debe tener un determinado contenido de concentración salina , un valor de pH contenido en un rango específico, una conductividad eléctrica límite , ausencia de microorganismos indicadores de contaminación y patógenos , mientras que un tipo de agua para uso agrícola será más rica en minerales .

El tratamiento de aguas residuales implica una serie de operaciones químico-físicas y biológicas , divididas en tratamiento primario , [116] tratamiento secundario y tratamiento terciario , así como una serie de operaciones específicas para el tratamiento de lodos . [117] [118] Las aguas residuales depuradas se vierten generalmente en aguas superficiales y en Italia deben cumplir los valores límite de emisión establecidos por el Decreto Legislativo 152/2006, [119] en relación con los objetivos de calidad de las masas de agua receptoras. El vertido de una depuradora , en efecto, no debe contener contaminantes en concentraciones tales que interfieran con la capacidad natural de autodepuración de la masa de agua [120] ni comprometan la vitalidad y la biodiversidad de las comunidades bióticas de los ecosistemas acuáticos. Las aguas residuales depuradas, después de haber sido sometidas a un adecuado tratamiento terciario, incluyendo filtración en arena , adsorción sobre carbón activo , desinfección con rayos ultravioleta , dióxido de cloro , u otros oxidantes , pueden ser reutilizadas especialmente para riego o uso industrial .

El tratamiento de aguas marinas consiste principalmente en la operación de desalinización . [121]

Los tratamientos de depuración se aplican a las aguas superficiales naturales, oa las provenientes de embalses artificiales, con el objetivo de obtener agua apta para el uso humano, que respete las normas de calidad establecidas en Italia por el decreto legislativo n.31/2001; [122] estos tratamientos incluyen las operaciones de: [123]

Por supuesto, no todas las operaciones enumeradas se aplican al mismo tiempo, pero se pueden ensamblar en diferentes esquemas, según el grado de contaminación del agua cruda. Por ejemplo, un agua ligeramente contaminada puede someterse a un tratamiento más sencillo, consistente en una filtración sobre arena seguida de una desinfección. Un agua dulce superficial medianamente contaminada, en cambio, sufrirá un tratamiento más riguroso que, según un esquema clásico, puede seguir la sucesión de las siguientes operaciones: sedimentación , preoxidación con dióxido de cloro, hipoclorito de sodio u otros oxidantes . , coagulación-floculación-sedimentación, filtración por arena, adsorción sobre carbón activado y desinfección final.

El agua en la industria

El agua ocupa el segundo lugar en capacidad de calor molar específico después de cualquier sustancia conocida, justo después del amoníaco. Debido a esta característica, es muy utilizado como medio de transporte y acumulación de calor. El agua se utiliza en numerosos procesos y equipos industriales , como la máquina de vapor , los generadores de vapor , los intercambiadores de calor y los radiadores , así como en los procesos de la industria química . De hecho, gracias a sus propiedades químicas, el agua constituye el medio de reacción y disolución de muchas sustancias y, por sus características térmicas, es un excelente fluido caloportador. Además, el agua se utiliza para la producción de energía en centrales hidroeléctricas . El vapor de agua se utiliza para algunos procesos en la industria química. Un ejemplo es la producción de ácido acrílico [124] [125] . El posible efecto del agua en estas reacciones incluye la interacción físico-química del agua con el catalizador y la reacción química del agua con los intermedios de reacción.

Las necesidades hídricas de la industria se satisfacen con captaciones de agua de origen superficial (con un reducido contenido en sales y bajo contenido en oxígeno debido a la contaminación), profunda (mayor contenido en dióxido de carbono), o mucho más raramente de origen atmosférico (normalmente corrosiva por a los gases disueltos); el agua de mar se usa solo en casos particulares.

Por ello, se realizan tratamientos mecánicos, físicos o químicos, en función del estado y tamaño de los contaminantes, para que el agua sea utilizable en procesos industriales [126] .

Los tratamientos para aguas industriales son muchos, e incluyen las operaciones de: [127]

Una forma de contaminación está representada por el vertido al medio ambiente de aguas residuales de procesos industriales que no son debidamente tratadas (contaminación química) o de agua de refrigeración ( contaminación térmica ). [137]

Imágenes 3D de la molécula

Notas

  1. ^ El nombre sistemático IUPAC del agua debe ser "monóxido de dihidrógeno", o también "hidróxido de hidrógeno" o "ácido hidroxilado", si desea enfatizar el comportamiento básico o ácido. Estos nombres, sin embargo, nunca han entrado en uso, excepto en parodias del lenguaje de los químicos o en chistes; ver por ejemplo el engaño del monóxido de dihidrógeno . La propia IUPAC recomienda el uso de los nombres " agua ", "acqua" y " oxidano " ( GJ et al. Leigh, Principios de nomenclatura química: una guía para las recomendaciones de la IUPAC ( PDF ), Blackwell Science Ltd, Reino Unido, 1998, Pág. 34, ISBN  0-86542-685-6 . ).
  2. ^ a b En el caso de grandes cuerpos de agua, como lagos y mares , el agua adquiere un color azul debido a la mayor longitud de onda de los rayos de luz que se filtran a grandes profundidades (de manera similar a como ocurre en la atmósfera al amanecer o la puesta del sol cuando la humedad filtra los rayos de luz de longitud de onda más corta) .
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  9. ^ "Condiciones normales" (o "cn") significa las condiciones estándar de temperatura y presión de 20 ° C y 1 atm respectivamente .
  10. ^ En general, esto se denomina "temperatura de congelación" y no "0  ° C ". De hecho, el valor de la temperatura de congelación depende de la presión, y es igual a 0°C solo a presión atmosférica .
  11. ^ centígrados .
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