COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos por un enlace covalente. Es decir, los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno se unen compartiendo electrones. Su fórmula es H₂O.

Mediante análisis espectroscópico y de rayos X se ha determinado el ángulo de enlace entre el hidrógeno y el oxígeno, que es de 104.5°, y la distancia media entre los átomos de hidrógeno y oxígeno, que es de 96.5 pm o, lo que es lo mismo, 9.65·10^{-8 milímetros.}

La disposición de los electrones en la molécula de agua le comunica asimetría eléctrica por la diferente electronegatividad del hidrógeno y del oxígeno. La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer los electrones compartidos en un enlace covalente.

Como el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, es más probable que los electrones, que poseen carga negativa, estén más cerca del átomo de oxígeno que del de hidrógeno, lo cual provoca que cada átomo de hidrógeno tenga una cierta carga positiva que se denomina carga parcial positiva, y el de oxígeno, una negativa, ya que tiene los electrones más cerca. Esto significa que el agua es una molécula polar, pues tiene una parte o polo negativa y otra positiva, aunque el conjunto de la molécula es neutro. De este carácter polar derivan casi todas sus propiedades fisicoquímicas y biológicas.

Cuando dos moléculas de agua están muy cerca entre sí se establece una atracción entre el oxígeno de una de las moléculas, que tiene carga parcial negativa, y uno de los hidrógenos de la otra molécula, que tiene carga parcial positiva. Una interacción de este tipo se denomina enlace o puente de hidrógeno, y las moléculas de agua se ordenan de tal modo que cada molécula puede asociarse con otras cuatro. Esta interacción es la que se da con el hielo.

Estos enlaces de hidrógeno se forman entre un átomo con carga parcial negativa y un hidrógeno con carga parcial positiva, por lo que no son exclusivos del agua. Se da también entre el nitrógeno, o el flúor, y el hidrógeno en otras moléculas como proteínas o el ADN.

En cuanto a las propiedades fisicoquímicas del agua podemos destacar la gran capacidad disolvente, su elevado calor específico y elevado calor de vaporización, gran cohesión y adhesión, densidad anómala y reactivo químico.

El agua es capaz de dispersar a un elevado número de compuestos en su seno debido a su carácter polar. Así, con las sales, que son sustancias iónicas, la molécula de agua orienta sus polos en función de las cargas de los iones, oponiendo el polo negativo a los iones positivos (cationes de la sal) y el polo positivo a los iones negativos (aniones de la sal). Con sustancias polares, como el etanol, el agua actúa de modo parecido, oponiendo un polo frente al polo de signo contrario de la sustancia.

El calor específico es la cantidad de calor que hay que administrar a un gramo de agua para elevar 1ºC su temperatura, mientras que el calor de vaporización es la cantidad de calor que hay que aplicar a un gramo de líquido para que pase a un gramo de vapor. El agua tiene elevado calor específico y de vaporización debido a los puentes de hidrógeno, ya que para elevar su temperatura, las moléculas de agua tienen que aumentar su vibración y, para ello, romper enlaces de hidrógeno, mientras que para pasar un gramo de líquido a vapor también hay que romper puentes de hidrógeno.

La cohesión es la tendencia de dos moléculas a estar unidas, y el agua tiene alta cohesión debido a sus puentes de hidrógeno. La adhesión es la tendencia de dos moléculas distintas a unirse, y el agua tiene elevada adhesión hacia compuestos iónicos y polares.

El hielo tiene una densidad menor que el agua líquida y, por ello, flota, lo que implica importantes consecuencias biológicas en la ecología de los organismos acuáticos. El agua puede reaccionar con otros compuestos mediante reacciones de hidrólisis, hidratación, etc.

Además, el agua en disolución se ioniza en pequeña proporción, produciéndose el siguiente equilibrio:

Este equilibrio constituirá la base para la escala de pH.

La idoneidad del entorno acuoso para los seres vivos es consecuencia de estas propiedades fisicoquímicas. Por ejemplo, los compuestos reaccionan mejor cuanto más disgregados estén, lo que se favorece en medio acuoso para compuestos iónicos y polares.

El agua, por su elevado calor específico, permite que la temperatura del organismo permanezca relativamente constante aunque varíe la temperatura ambiente, mientras que por su elevado calor de vaporización permite que los vertebrados tengan un medio eficaz para perder calor mediante la evaporación del sudor.

El agua presenta también una elevada cohesión y adhesión. Esta propiedad del agua es explotada por las plantas superiores para el transporte de los elementos nutritivos en disolución desde las raíces hasta las hojas.

El agua interviene entre otras en reacciones de hidrólisis, características de la proteína en los procesos digestivos como la rotura del enlace peptídico entre aminoácidos:

Propiedades físicas y organolépticas

En este apartado nos centraremos en las propiedades físicas y organolépticas del agua. Para ello, desarrollaremos a continuación la temperatura, el olor, el sabor y el color, la turbidez y la materia en suspensión, la conductividad eléctrica y, por último, la radioactividad.

La temperatura es una de las constantes físicas que adquiere gran importancia en el desarrollo de los fenómenos que ocurren en el agua, ya que puede determinar la variación de sus propiedades físicas, químicas o biológicas. Así, una variación de temperatura afecta a parámetros tales como la solubilidad de los gases en agua, tensión superficial, viscosidad, densidad, solubilidad de sales, etc.

En las aguas superficiales, la temperatura se produce como consecuencia de la absorción de las radiaciones caloríficas por las capas de agua más superficiales y, en estas capas, la temperatura varía en función de la temperatura del aire, con variaciones muy altas según la época del año. Cuando el agua circula las capas superficiales se mezclan con las demás haciendo que la temperatura sea uniforme, sobre todo en cauces no muy profundos. Esto es lo que suele ocurrir en los ríos, pero en el caso de lagos o embalses en los que el agua está en reposo se producen diferencias importantes de temperatura y, por tanto, de densidad entre las capas superiores e inferiores.

En cuanto a las aguas subterráneas su temperatura depende fundamentalmente del terreno que drena, pero puede influir, además, la naturaleza de las rocas, la profundidad o los aportes extraños que pudieran ocurrir. La variación de su temperatura generalmente no es tan grande como en aguas superficiales, y puede ser constante a una cierta profundidad y a partir de ahí, creciendo según se profundiza.

La temperatura puede indicarnos el estado y los antecedentes de un agua residual o industrial. La temperatura normal de estas aguas es ligeramente superior a la de abastecimiento y, en algunos casos, como centrales nucleares o destilerías, muy superior, lo que origina alteraciones en los equilibrios ecológicos.

Las aguas naturales presentan tonalidad variable, pudiendo presentarse un color aparente, que es el que presenta el agua bruta, y un color verdadero, que presenta el agua cuando se le ha separado el material en suspensión.

La eliminación o reducción del color se hace normalmente mediante coagulación, sedimentación y filtración. En algunos casos, también se emplean la cloración y el carbón activo. El color debe eliminarse en las aguas de bebida y en las de uso industrial. El color, a veces aumenta entre la planta de tratamiento y el consumidor, debiéndose probablemente a la existencia de corrosiones en el sistema de distribución.

Por otra parte, el olor y el sabor están relacionados desde el punto de vista fisiológico, por lo que los trataremos a la vez. Son muchas las fuentes de olores y sabores en el agua, pudiendo clasificarse de modo general del siguiente modo: Fuentes naturales, compuestos inorgánicos y orgánicos, organismos acuáticos, ya sean porque emiten adorantes o por putrefacción y fuentes artificiales, aguas residuales urbanas, aguas residuales industriales y desagües agrícolas.

Entre los compuestos inorgánicos vemos que la mayoría son inodoros. Una excepción es el sulfuro de hidrógeno y sus compuestos, que tienen un característico olor a huevos podridos. Sin embargo, hay muchos minerales y sales que comunican sabor al agua. De los elementos o compuestos añadidos al agua durante su tratamiento, es el cloro y sus compuestos los que pueden ser causa de olores y sabores, pero sin problemas de gravedad. Sin embargo, los compuestos orgánicos sí suelen ser fuente de problemas.

El agua transporta la materia de tres modos: por arrastre, por suspensión o por disolución. Como materias en suspensión se denominan a las partículas insolubles presentes en el agua. Las partículas que están en suspensión según su tamaño pueden formar suspensiones estables, llamadas soluciones coloidales, o bien, estar en suspensión sólo cuando el agua está en movimiento. Se pueden determinar filtrando un volumen determinado de agua y pesando lo que queda en el filtro. Por otro lado, la turbidez es un fenómeno óptico producido por partículas en suspensión que absorben la luz que incide sobre el agua.

El concepto de turbidez está relacionado con el de materia en suspensión aunque, en principio, no puede relacionarse directamente con la cantidad de materia, ya que depende del tipo de partícula que se trate y la medida de turbidez, debe hacerse después de haber dejado sedimentar la materia en suspensión.

Al disolver un ácido, una base o una sal en el agua, éstos de disocian en cationes, con carga positiva, y en aniones, con carga negativa. La disolución que se forma tiene la propiedad de conducir la corriente eléctrica o, lo que es lo mismo, posee conductividad eléctrica.

El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy débil, mientras que el agua natural será más conductora cuanto mayor cantidad de cationes y aniones tenga disueltos, hasta llegar a una cantidad límite en la que por más que aumenten la conductividad no varía. El valor de la conductividad varía con la temperatura, de tal modo que al subir la temperatura la conductividad aumenta.

La radioactividad en las aguas limpias y residuales se puede originar a partir de fuentes naturales y a partir de fuentes artificiales, incluyendo entre estas últimas a las operaciones realizadas durante el ciclo de combustibles nucleares, el empleo de la radioactividad en medicina, los usos industriales y los residuos derivados de las pruebas nucleares que existen en la atmósfera.

En este apartado nos centraremos en las características físicas y organolépticas del agua. Para ello, desarrollaremos a continuación el olor, el sabor, el color, la turbidez, la conductividad eléctrica y, por último, el pH. En su estado puro, el agua es tanto inodora cono insípida, sin embargo, cuando sustancias orgánicas o inorgánicas se disuelven en el agua, comienza a adquirir un color característico y, algunas veces, olor.

Tal y como hemos señalado anteriormente, las aguas carecen de olor, es decir, son inodoras. El agua potable no debe tener olor, ni en el momento de toma de muestra ni después de un período de diez días a 26ºC en recipiente cerrado. Se puede dar el caso que el agua pueda oler, en tal caso, esto se puede deber a una serie de posibles motivos que, a continuación, detallamos:

• Productos químicos inestables.
• Materia orgánica en descomposición.
• Plancton: algas y protozoos.
• Bacterias.

Igualmente, el olor de un agua puede ser indicador de contaminación de la misma, bien sea por algún producto químico, o bien, por sufrir ésta un proceso de eutrofización.

El olor desagradable puede deberse a la presencia simultánea de varios elementos productores de olor, ya que tienen una acción sinérgica aditiva.

Un agua potable debe tener un sabor débil y agradable. Las aguas muy puras tienen un sabor menos agradable, debido a que contienen una cantidad menor de sales minerales. Esto hace que su sabor sea más soso.

Salvo el sabor debido a la mineralización del agua, que es fácilmente apreciable, el resto de los sabores son indicadores de contaminación o de la existencia de algas u hongos. Así, ciertos actinomicetos producen un sabor terroso, las algas verde-azuladas producen un sabor podrido y las algas verdes producen sabor a hierba. Los cloruros dan sabor salobre, el magnesio amargo y el aluminio a terroso.

Para el agua, la apreciación sensitiva del sabor sólo deberá hacerse en los casos en que se conozca por su origen, que son seguras para bebidas. Nunca debe probarse un agua de la que se desconoce su origen.

Otra de las características físicas y organolépticas del agua es el color, que es incolora. El color aparente del agua se debe a las partículas en suspensión y disueltas, aunque el verdadero color se debe a las partículas disueltas.

Las algas provocan al agua un color verdoso, mientras que la presencia de formas solubles de hierro y manganeso le dan un tono de amarillo a pardo. Los desechos de cromato le dan color amarillento.

La presencia de color es, por tanto, indicador de calidad deficiente.

Toda agua potable debe ser transparente y, por consiguiente, no poseer partículas insolubles en suspensión como limo, arcilla, materia mineral, algas, etc.

Las aguas turbias son rechazadas por el consumidor y, por tanto, no recomendables para el consumo humano, a pesar de que fuesen potables a nivel químico y microbiológico. La medida de la turbidez es fundamental para el control de los tratamientos del agua en las plantas potabilizadoras o estaciones de tratamiento de agua potable.

Las aguas de pozo o manantial suelen ser transparentes, mientras que las aguas superficiales como ríos o gargantas, suelen ser turbias debido al arrastre de partículas insolubles. Para las aguas turbias, la eficacia de la desinfección mediante cloro es menor que en las transparentes, ya que las partículas en suspensión, inorgánicas y orgánicas del plancton, engloban bacterias y virus que el cloro no puede destruir.

La legislación española establece la determinación de la conductividad dentro del análisis mínimo porque es un parámetro que nos permite conocer de una forma global y rápida la mineralización de un agua. En el control de calidad, tanto del agua bruta como distribuida para el consumo público, la medida de la conductividad, que depende de la actividad y del tipo de iones del agua, proporciona la información necesaria para poder detectar infiltraciones de aguas superficiales de mineralización diferente o detectar las infiltraciones de aguas contaminadas.

El pH de un agua mide su acidez o alcalinidad. La escala de valores es de 0 a 14 unidades de pH. Las aguas que tienen un pH inferior a 7 son ácidas y las superiores a 7 son básicas.

Las aguas naturales rara vez tienen un valor de pH superior o inferior a los márgenes de potabilidad. El pH de las aguas naturales se debe a los caracteres de los suelos que atraviesa. Las aguas calcáreas tienen un pH elevado, las que discurren por terrenos pobres en caliza o silicatos tienen un pH próximo a 7 o inferior, y las aguas de ciertas regiones volcánicas suelen ser ácidas.

El conocimiento del valor de pH es importante, ya que influye en los procesos de potabilización, cloración, coagulación, ablandamiento y control de corrosión.

Grupo de Tratamiento de Aguas Residuales. Escuela Universitaria Politécnica. Universidad de Sevilla.

FUENTE: http://www.bonatura.com/

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