Estructura y propiedades del agua

1. Estructura y propiedades del agua

2. Estructura del agua • La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. • El  ángulo entre los enlaces H-O-H   es  de 104'5º. • El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

3. El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, • lo que la convierte en una molécula polar • alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan  parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

4. Puentes de hidrógeno • Se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua • Formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

5. Puentes de hidrógeno • Es una unión intermolecular entre el hidrógeno de una molécula de agua con el átomo de oxígeno de otra molécula de agua

6. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

7. Estados del agua

8. Estados del agua a nivel molecular • A=Sólida • B=Líquida • C=Gaseosa

9. Propiedades del agua • Acción disolvente • Elevada fuerza de cohesión. • Gran calor específico • Elevado calor de vaporización. • Tensión superficial • Comportamiento inusual de agua • Punto de ebullición y fusión

10. Acción disolvente • El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. • Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

11. En el caso de las disoluciones iónicas  los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados. • La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.

13. Elevada fuerza de cohesión. • Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. • Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.

14. Gran calor específico. • También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. • El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. • Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante .

15. Elevado calor de vaporización. • Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. • Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. • Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera.

16. Tensión superficial • Es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de la superficie libre de los líquidos • El agua presenta alta tensión superficial

17. Comportamiento inusual de agua • El agua es la única sustancia que al enfriarse se dilata • Es por esto que el hielo flota sobre el agua líquida • 1 kg de agua sólida posee un mayor volumen que 1 kg de agua líquida • D H2O líquida =1 g/ml • D H2O sólida =0.91g/ml

18. Punto de ebullición y fusión del agua • Punto de ebullición: a nivel del mar es de 100°C • Punto de fusión: 0°C • Sus puntos de ebullición y fusión son más elevados que la mayoría de los líquidos • Se debe a los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua Punto de ebullición Punto de fusión

19. Composición iónica del agua • El agua dulce o continentales contienen 0,1% de sólidos disueltos. • Los que se encuentran habitualmente son: CaCO3, MgCO3, NaCl, NaHCO3. • En el agua se encuentran como iones solvatados: Mg2+,Ca2+, Na+, CO32-, Cl-, HCO3-. • Las aguas oceánicas presentan una alta concentración de sales disueltas especialmente: Na+, Cl -

20. Composición iónicas del agua

21. Dureza de las agua • Se clasifican en aguas Duras y aguas blandas según al tipo de sales minerales disueltas. • aguas Duras: Contienen altasconcentraciones de iones calcio y magnesio disueltos (Mg2+ y Ca2+) • aguas blandas: Son las que están libre de los iones anteriores.

22. Aguas duras: • No son peligrosas para la salud del ser humano • Son perjudícales para el lavado de ropa en la casa ya que reaccionan con el jabón e impiden la formación de espuma, esto hace que el lavado no sea óptimo. • Son perjudícales para la industria ya que en las cañerías se forma un precipitado que tapa estas e impide el paso del flujo del agua.

23. Tipos de aguas duras • Temporalmente duras: Son aquellas que tienen iones carbonato de calcio y magnesio disueltas en ella. ( CaCO3, MgCO3) • Permanentemente duras: Son aquellas que tienen iones sulfato de calcio y magnesio disueltas en ella. (CaSO4, MgSO4)

24. Ablandamiento de las aguas duras: • Dureza temporal: Se ablandan mediante la ebullición del agua. • Dureza permanente: Se ablanda haciendo pasar el agua por un cilindro que contiene una resina especial, donde se produce un intercambio iónico, los iones Ca2+ y Mg2+ del agua se intercambian por Na+ de la resina.

25. El agua en la naturaleza

26. Ciclo hidrológico • Mantiene constante la cantidad de agua en el planeta, se recicla una y otra vez. • Se producen los siguientes procesos: - Evaporación: Mares, ríos, lagos se transforman en vapor formando las nubes. - Transpiración: El agua de plantas y animales se evapora y forma parte de las nubes. • Condensación: Con las bajas temperaturas de la atmósfera las nubes se condensan y forman la lluvia. • Infiltración: La lluvia es absorbida por el suelo produciendo las aguas subterráneas. • Precipitaciones: las nubes se condensan y forman las lluvias.

27. Es casi imposible encontrar agua pura en la naturaleza, pues se mezcla fácilmente con otras sustancias. • La lluvia al caer se mezcla con los gases de la atmósfera. • El agua de los ríos disuelve las sales minerales de las rocas. • Todos los cauces naturales de agua son soluciones acuosas.

28. Contaminación del agua: • Contaminación hídrica: Toda alteración que cambia la composición o estado natural del agua. • Se añaden al agua sustancias que producen efectos nocivos a seres vivos y al ambiente. • Tipos de contaminación: a) Natural: sin intervención humana, se produce por el paso del agua por el aire y por sales minerales del suelo b) Artificial: por actividad humana ej. Agrícola, industrial, doméstica.

29. Contaminantes que provienen de la actividad humana: • Sustancias tóxicas • Sustancias que cambian el pH y la salinidad • Nutrientes en exceso • Residuos urbanos

30. Sustancias tóxicas • Son contaminantes derivados de la actividad industrial Ej. Metales pesados.( cadmio y plomo) • Se acumulan en los seres vivos a través de la BIOACUMULACIÓN • Bioacumulación: Proceso en el cual se acumula sustancias tóxicas en los tejidos de los organismos

31. Bioacumulación:

32. Sustancias que cambian el pH y la salinidad • Son contaminantes que provienen de la actividad minera Ej. Sustancias ácidas que cambian el pH del agua por lo cual se pueden formar sales. • La composición del agua se ve alterada por los cambios en la salinidad y esto afecta a los organismos que allí habitan.

33. Nutrientes en exceso • Provienen de los fertilizantes de la agricultura y de los detergentes industriales y domésticos. • Aumenta la cantidad de iones: Ca2+, K+, SO42-, NO3- y PO43-. • Con lo anterior hay nutrientes en exceso lo que aumenta la cantidad de algas en el agua. • EUTROFICACIÓN: Aumento de la cantidad de nutrientes en el agua

34. E U T R O F I C A C I Ó N

35. Residuos urbanos • Contaminantes producidos por la población humana. • Formados por una mezcla de materia orgánica (orina, fecas y restos de comida), materiales sólidos, detergentes, productos de limpieza entre otros. • Lo anterior se denomina aguas servidas que poseen un olor fétido por la liberación de gases CH4, H2S

36. Purificación y tratamiento del agua • El agua a través del ciclo hidrológico se recicla una y otra vez, se limpia por: • Evaporación, condensación • Acción de bacterias que descomponen las sustancias orgánicas en más simples. • Filtración por la arena y piedrecillas del suelo se eliminan la mayor parte de residuos de mayor tamaño.

37. Plantas de purificación de agua • Se han construido con el fin de controlar y reducir el daño ambiental de las descargas de agua contaminada. • En ella el agua se purifica alcanzando la concentración de sustancias aceptadas por la norma. • Se encuentran en diferentes ciudades del país produciendo aguas para uso doméstico, producción industrial y regadío

38. El agua potable • Agua potable: es el agua apta para ser consumida. • En las plantas de potabilización se recibe el agua desde los ríos. • Se somete a un tratamiento y se distribuye a los hogares.

39. Etapas de potabilizar el agua • Tamizado • Precloración • Coagulación o floculación • Sedimetación • Filtración • Cloración • Fluoración

40. Tamizado: • Consiste en impedir el paso de objetos sólidos ( botellas, plásticos etc.) y seres vivos (peces, moluscos), poniendo una malla en la toma de agua

41. Precloración: • Se burbujea cloro gaseoso al agua para matar microorganismos que producen enfermedades tales como tifus, cólera.

42. Coagulación o floculación: • Se le agregan al agua sustancias químicas que retiran del agua partículas sólidas en suspensión. • Lo que se agrega es: Ca(OH)2 y Al2(SO4)3 que en el agua reacciona y se forma Al(OH)3 que es pegajoso, donde quedan atrapadas las partículas.

43. Sedimentación: • Las partículas atrapadas en la coagulación caen al fondo del estanque por gravedad. • Solo se ocupa el agua que está sobre estas partículas

44. Filtración • A través de un filtro de arena y piedras se retiran gran parte de las impurezas que permanecen aún en el agua

45. Cloración: • Se burbujea cloro gaseoso al agua para evitar la contaminación por bacterias patógenas, en el trayecto hacia los hogares

46. Fluoración: • Se burbujea flúor en el agua para prevenir las caries dentales en la población

47. Planta de tratamiento de aguas contaminadas