Importancia biológica del agua
El agua es la sustancia química más abundante en la naturaleza, y constituye el componente principal de la estructura celular de los seres vivos.
Del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos está constituida por agua. Así por ejemplo, constituye el 98% en un melón, el 80% en un pez y el 65% en un ser humano.
El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución en agua, de sustancias grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares.
Asimismo, el agua es el vehículo mediante el cual, a través de los procesos de disolución, de ósmosis y de capilaridad, circulan en los seres vivos los elementos nutrientes y se eliminan los desechos de los procesos vitales.
El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, y es por ellas que se transportan los alimentos digeridos hacia los niveles de aprovechamiento; y se recogen y transportan para ser finalmente expulsados del cuerpo los materiales de desecho (toxinas) resultantes de los procesos biológicos.
El agua desempeña también un papel importante en la digestión y absorción de los alimentos ingeridos, y una vez conducidos a los niveles de los tejidos, en la descomposición metabólica de moléculas nutrientes, tan esenciales para el mantenimiento de lo seres vivos, como las proteínas y los carbohidratos; lo que permite su incorporación al cuerpo o su utilización como elementos energéticos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.
En los seres humanos y otros organismos biológicamente superiores, el agua está presente en numerosos procesos fisiológicos.
- Si los pulmones no estuvieran siempre húmedos, no sería posible la respiración.
- En el proceso digestivo, la saliva comienza mojando el alimento, lo que permite ingerirlo; al tiempo que contiene enzimas que comienzan su digestión.
- En el mismo proceso digestivo, el agua presente en la masa alimenticia - proveniente de los propios alimentos o ingerida en adición a ellos - disuelve los jugos digestivos, permite la acción mecánica para facilitar su mezcla por los movimientos estomacales y peristálticos; y facilita su circulación a lo largo del tracto estomacal e intestinal a efectos de su digestión y ulterior absorción.
- La humedad de la boca y la lengua, permite captar las sensaciones gustativas.
- Las lágrimas humedecen los ojos, evitando el resecamiento de sus tejidos.
- La humedad de la nariz facilita el filtrado del polvo que se respira y el calentamiento del aire; así como permite captar los olores.
- La transpiración y su consiguiente evaporación, conjuntamente con el vapor de agua eliminado en la respiración, contribuye a mantener regulada la temperatura del cuerpo evitando en ciertos casos que alcance valores excesivos.
En materia de eliminación, además de los elementos residuales de la combustión fisiológica, como las ureas - fundamentalmente eliminadas en la orina - también se producen eliminaciones mediante la transpiración.
Por otra parte, al constituir una sustancia ambiental para la vida, el agua es el hábitat de una parte fundamental de la flora y fauna del planeta.
En ese sentido, el mar es el que encierra las formas más variadas de vida; desde las formas microscópicas, como las bacterias y otros microbios, hasta una gran variedad de especies vegetales y animales; entre los que existen algunos tan simples que están formados por una sola célula, como los protozoarios, hasta las gigantescas ballenas.
La cadena de vida marina, tiene su origen en los seres más pequeños que, nutriéndose fundamentalmente de sustancias presentes en el agua, constituyen la fuente de alimento para otros mayores, hasta llegar a los más evolucionados.
Algunas especies como los atunes y tiburones nadan libremente entre la superficie y el fondo. Otros viven adheridos a las rocas, como los corales o las esponjas. A éstos se les conoce como sésiles porque permanecen fijos, no se desplazan. Otros, en cambio habitan en las oscuras profundidades del océano; son las especies abisales.
Las aguas dulces poseen también gran diversidad de organismos vivos. Numerosas plantas crecen en los ríos, y sirven de alimento a los peces herbívoros. Algunas especies animales viven debajo de las piedras o troncos caídos, tales como larvas de insectos, caracoles, pequeños crustáceos y anélidos que constituyen la principal comida de los peces carnívoros. En este hábitat existen también enormes cocodrilos y numerosos anfibios que necesitan del agua en sus primeros estadios de vida, desde insectos como los mosquitos hasta los batracios.
________________________________________________________
Es corriente mencionar, en relación al agua, diversos tipos o clases.
Agua pura
Es la sustancia químicamente pura compuesta por moléculas integradas por dos átomos de hidrógeno de número másico A=1 y un átomo de oxígeno de número másico A=16: H²O, con esta forma: H—O—H.
En realidad, el agua nunca se obtiene en la naturaleza en estado de pureza total; sino que debe purificarse mediante diversos procedimientos.
Agua mineral
Se denomina así al agua que surge naturalmente de ciertos manantiales, y que contiene ciertas sales minerales, y otras sustancias; a las que se atribuyen efectos benéficos sobre el cuerpo humano.
El origen de la designación como “mineral” tanto puede deberse a la naturaleza de los componentes, como a que generalmente mana de zonas rocosas.
Agua pesada
Es una forma de agua, que está compuesta por moléculas integradas por la forma de hidrógeno denominada deuterio, con cualquier isótopo natural del oxígeno; y que tiene ciertas propiedades especiales.
Entre ellas, la más apreciada es su efecto de desaceleración de los electrones en los reactores atómicos, por lo cual está considerada un material de uso estratégico y su elaboración - que es muy costosa - y comercialización, está severamente controlada.
Agua destilada
Es el agua purificada, resultante de someter agua de origen natural, a un proceso de evaporación y ulterior condensación (destilación), generalmente mediante un aparato llamado “alambique”; lo que permite separarla de todas las impurezas que contenía el líquido originario. Para mejorar la purificación, se eliminan generalmente los volúmenes iniciales; y también se somete a un proceso de bidestilación.
No debe confundirse la bidestilación con la destilación fraccionada; proceso éste que se utiliza para separar en un líquido diversas sustancias que se encuentran mezcladas en él, y tienen distintos puntos de ebullición, como se realiza principalmente para la obtención de los diversos componentes del petróleo.
Agua potable
Es aquella que, aún teniendo sustancias en solución, igualmente es apta para el consumo humano o animal, por no ser nocivas las sustancias disueltas. Es el resultado de un proceso de depuración, filtrado y otras operaciones; pero que no conducen a obtener un agua químicamente pura.
Agua dura
Es agua que contiene disueltas cantidades importantes de sales de calcio y magnesio, que se combinan con el jabón formando sustancias insolubles y no permiten que el jabón forme espuma. Existen procedimientos para depurar el agua de esos componentes, dando lugar a las “aguas ablandadas”.
Agua desionizada
Es agua que, para retirarle los iones libres, se ha sometido al proceso de purificación mediante un proceso de intercambio de iones mediante una sustancia insoluble, a fin de que los iones sueltos se combinen con moléculas de agua. Generalmente es agua previamente destilada, que se utiliza en algunos dispositivos, tales como los radiadores de los automóviles.
_____________________________________________________________________________
Agua y soluciones
En general, lo que corrientemente se designa como agua, solo excepcionalmente lo es en estado puro; por lo general se trata de soluciones de diversa índole.
Pero en todo caso, las impurezas o sustancias disueltas, no tienen la misma estructura química, y por tanto no son agua. Por lo general, por más procedimientos de depuración que se apliquen, difícilmente puede decirse que el agua resultante sea totalmente pura; es una cuestión de límite.
Químicamente, las llamadas “agua potable”, “agua mineral”, “agua dura”, no son diferentes tipos de agua. El agua, como sustancia, es químicamente la misma; lo distinto son las sustancias que contienen disueltas. Solamente el “agua pesada” tiene una estructura química diversa. A veces, las categorías se superponen; por ejemplo, por regla general el agua mineral también es potable.
______________________________________________________________________________
El agua en la naturaleza.
A pesar de su abundancia, en realidad no existe en la naturaleza el agua químicamente pura. Toda el agua existente en la naturaleza está constantemente en contacto con otras sustancias que se le incorporan en disolución.
El agua que existe en la naturaleza, es en su mayor parte agua marina, que contiene disuelta gran cantidad de sustancias, especialmente cloruro de sodio o sal marina.
Las aguas pluviales, en principio habrían de ser muy puras; porque resultan de un proceso de destilación natural a través de la previa evaporación y ulterior condensación en la atmósfera. Sin embargo no lo son tanto; ya que en la formación de las gotas de lluvia, o durante su caída al suelo, suelen mezclarse con sustancias sólidas flotantes en la atmósfera - como el polvo - y también disolver otras sustancias presentes en el aire.
Una vez caídas, esas aguas se desplazan por la superficie y también penetran en la tierra, proceso en el cual encuentran muchas sustancias solubles que se le incorporan; aunque también ocurre a veces que atravesando áreas pulverulentas (como capas arenosas) se produce un proceso natural de filtrado de sustancias sólidas, aunque no de las disueltas.
________________________________________________________________________
La molécula de agua - Polaridad - Enlaces
Básicamente, el agua está constítuida por la unión de dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno, que se unen formando un ángulo de 105º.
El enlace, se produce por la atracción electrónica predominante del átomo de oxígeno, que es un elemento fuertemente electronegativo; lo cual determina que el par de electrones del enlace sea fuertemente atraído por el átomo de oxígeno.
Esto da por resultado, en cuanto a la polaridad, que en la parte de la molécula donde se encuentra el oxígeno la densidad electrónica sea mayor que en la parte donde se encuentra el hidrógeno; pero el predominio de la carga negativa hace que de toda la molécula se polarice. De cualquier manera, la molécula es dipolar, es decir que presenta un polo positivo y otro negativo.
La circunstancia de que la molécula de agua sea dipolar, y que en ella cada átomo de oxígeno deje dos pares de electrones libres, habilita a que se formen “puentes” de hidrógeno entre ellas, que unen las diversas moléculas en forma bastante fuerte.
Estas propiedades eléctricas de la molécula de agua explican algunas de sus propiedades físicas.
Esa cualidad dipolar, es lo que produce que muchas otras moléculas iguales, sean atraídas entre sí y se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas moleculares. Esa tendencia de las moléculas de agua a agruparse, es lo que hace que, en condiciones adecuadas, se mantengan fuertemente unidas, adoptando formas de tendencia esférica. Es también lo que hace que el agua situada sobre una superficie plana totalmente horizontal, forme una capa de cierta altura y bordes redondeados.
Eso, en estado líquido, da lugar a la tensión superficial y en estado sólido al agrupamiento de las moléculas en cristales con forma de tetraedros, entre los que surgen los “huecos” que determinan su menor densidad respecto del agua líquida; por lo cual al solidificarse el agua se expande, y el hielo flota en el agua.
Este comportamiento del agua al pasar al estado sólido, es excepcional con respecto a lo que ocurre con otras sustancias líquidas, que se contraen al solidificarse y se dilatan al calentarse.
Otras consecuencias de ese agrupamiento molecular con la formación de los “huecos”, es lo que determina que el agua tenga grandes posibilidades de solubilidad de muchas sustancias.
Del mismo modo, el punto de ebullición del agua, a 100ºC, es comparativamente superior al de otras sustancias líquidas, como por ejemplo los alcoholes; lo cual es debido a que para vencer esa atracción eléctrica existente entre sus moléculas, es necesaria una mayor cantidad de energía calórica.
Tensión superficial
La tensión superficial es una condición existente en la superficie libre de un líquido, que le da un comportamiento semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión.
La tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra capa superficial.
Esa tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción, no compensada, hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie. En consecuencia, en un líquido en reposo contenido en un recipiente, el efecto es como si la atracción molecular en el interior del liquido “empujara” desde la masa interior hacia la superficie.
Ello se refleja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente; así como en una tendencia a ascender, incluso en contra de la fuerza de gravedad.
En el agua, la tensión superficial es la resultante de la fuerza de atracción intermolecular de las moléculas del agua asociadas por puentes de hidrógeno. Esto produce, por ejemplo, el efecto de que ciertos sólidos livianos, como una hoja de afeitar o una aguja de coser, o ciertos insectos, puedan flotar y aún desplazarse sobre la superficie del agua, a pesar de tener mayor densidad que ella.
Si el líquido está embebido en una especie de continente sumamente fino, como una malla muy estrecha (por ejemplo el alcohol o el queroseno, entre las fibras de las mechas de un encendedor, un quemador, o una estufa a llama) o en un conducto de muy pequeño diámetro, eso produce el efecto de capilaridad por el cual el líquido asciende desde el interior hasta la punta superior de la mecha.
En ciertas condiciones, este efecto de la capilaridad viene se presenta como una excepción al principio de los vasos comunicantes, cuando se trata de conductos “capilares”; pero tiene su explicación en la tensión superficial.
Como consecuencia de la tensión superficial, la tendencia de cualquier superficie líquida es a hacerse lo más reducida posible. Ello se aprecia por ejemplo con el mercurio, que forma una bola casi esférica cuando se deposita una cantidad pequeña sobre una superficie horizontal. Lo mismo ocurre si un líquido muy viscoso, como el aceite mineral, es dispersado en un ambiente acuoso, con lo que forma gotas esféricas.
La forma casi perfectamente esférica de una burbuja de jabón, - la “pompa de jabón” - se debe a la distribución de la tensión superficial sobre la delgada película de la solución acuosa del jabón; es otro efecto de esta fuerza. Una solución jabonosa tiene una tensión superficial mayor que la del agua, por lo cual permite formar las pompas de jabón.
Una pompa de jabón, de las que realizan con los conocidos juegos, se mantiene en el aire al sol durante algunos segundos; y cuando explota y se destruye, es debido a que el aire de su interior, al calentarse se dilata, y su presión interna termina venciendo a la tensión superficial de la película acuosa externa.
Otro efecto interesante de la tensión superficial, que evidencia su independencia de la fuerza gravitacional, ocurre en las condiciones de ingravidez de los vuelos espaciales; donde los líquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos, porque ascienden por las paredes de los recipientes.
El agua como solvente
Un solvente, es una sustancia líquida que disocia a otra sustancia en una forma más elemental, y que normalmente está presente en mayor cantidad que esa otra sustancia, produciéndose una forma de mezcla altamente integrada que no es separable por un método de filtrado puramente mecánico. La sustancia disuelta se llama “soluto”, y el conjunto “solución” o “dilución”. (Esta última alude al grado de concentación de la sustancia disuelta, en el solvente).
Ni el soluto ni el solvente pueden considerarse elementos inertes entre sí. A menudo, la sustancia disuelta asume propiedades físicas y químicas que no posee en su estado sólido; por ejemplo, la de traspasar otros cuerpos porosos, o de la reaccionar quimicamente en forma mucho más activa. En algunos casos, el proceso de disolver permite separar sustancias de mezclas, alguna de las cuales son solubles y otras no; o unas lo son en un líquido y otras en otro líquido distinto.
A su vez, el solvente también puede generar interés en el uso de la solución; como ocurre en las pinturas, donde el proceso de evaporación de los diversos líquidos que componen el “tinner” tiene efectos distintos sobre la presentación, opaca, mate o brillante, del acabado.
Es frecuente expresar que “el agua es el solvente universal”.
El agua es un líquido que tiene gran capacidad de disolver numerosas sustancias, y debido a su gran abundancia en la naturaleza en la práctica es siempre una solución que contiene numerosos solutos en forma simultánea. Ello es particularmente así en referencia a los mares y océanos.
Por ello, cuando se hace referencia a una solución pero no se menciona concretamente el solvente, se sobrentiende que es agua.
El agua disuelve muchos tipos de sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas.
Muchos gases son solubles en agua, como ocurre con el CO2 (gas carbónico) que está disuelto en bebidas gaseosas; con el oxígeno que llega a la sangre (en la cual no se disuelve sino que se combina con la hemoglobina), y con el que respiran los peces que está disuelto en agua.
Algunas sustancias tienen especial afinidad para disolverse en el agua; por ejemplo el amoníaco que en condiciones normales se presenta en estado gaseoso; por lo cual, dada su propiedad de dañar los tejidos vivos, al ser respirado produce lesiones importantes en el aparato respiratorio; lo cual ocurre especialmente en los accidentes con equipos frigoríficos que lo contienen, cuando se producen escapes.
El elevado poder disolvente del agua se debe a que, como se expresara antes, sus moléculas son dipolares y pueden formar puentes de H, no solamente entre sí, sino también con moléculas de otras sustancias.
El cloruro de sodio tiene una relativa alta solubilidad en agua. Esta sustancia inorgánica está formada por cationes de Na+ y por aniones de Cl-. Al introducirla en el agua, los iones se ponen en contacto con las moléculas polares del agua. Se produce una reacción, formándose una solución acuosa, en las que los iones quedan rodeados por las moléculas de agua.
Existen también algunos alcoholes (metanol, etanol) y glúcidos (sacarosa, glucosa, fructosa) que son muy solubles en agua, debido a que son sustancias orgánicas, formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno.
_________________________________________________________________________
Contaminación del agua
El agua se contamina debido al agregado de sustancias (impurezas) que alteran su calidad. Dado que el agua no existe en la naturaleza en estado de pureza, se reserva el concepto de contaminación para aplicarlo cuando se le incorporan impurezas especialmente inconvenientes para el uso del agua, sea para los procesos biológicos o como medio ambiente de vida. Y, sobre todo, cuando ello tiene lugar en cantidades que determinan grados de concentración excesivamente altos, propicios a producir esos efectos nocivos.
Las impurezas que puede tener al agua se clasifican según su tamaño, ya que depende de éste el método a utilizar para una eficaz purificación.
Existen diferentes tipos de impurezas:
- Las partículas suspendidas, de tamaño relativamente grande, que son facilmente retenidas por los filtros mecánicos comunes. Estas impurezas generalmente absorben la luz, con lo que el agua se ve turbia y sucia.
- Las partículas coloidales, que son pequeñas y difíciles de retener en los filtros comunes.
- Las sustancias disueltas, que no se depositan, no son retenidas en los filtros mecánicos y no enturbian el agua.
- Los contaminantes activos como las bacterias, virus protozoos, metozoos, etc. que tienen efectos malignos en la salud; como la producción de infecciones gastrointestinales, virales, e incluso transtornos digestivos y de otro tipo.
La contaminación del agua, puede ser resultado de procesos naturales, o de procesos artificiales.
Los procesos naturales que inducen contaminación, son los resultantes de la propia circulación del agua en contacto con sustancias solubles; o también de procesos de la naturaleza que se producen en su medio, como la putrefacción y descomposición de materias vivas una vez muertas; o la oxidación de metales sumergidos.
En ciertos casos, la presencia de otras formas de vida, como las bacterias, favorece ese proceso de transformación que descompone esos materiales en sus componentes solubles primarios, a menudo no tóxicos; lo que conforma una especie de “reciclaje” natural y por lo tanto, se trata de contaminación pasajera.
Esta posibilidad de transformación bacteriana de algunos elementos contaminantes del agua, especialmente los de origen orgánico, es empleada en algunas instalaciones purificadoras; como las “piletas de decantación” de aguas servidas o efluentes. En ellas, el agua contaminada es expuesta al aire en grandes superficies de poca profundidad el tiempo requerido para que esos procesos efectúen una “digestión” de los contaminantes, haciendo posible que los elementos solutos se solidifiquen y caigan al fondo, de donde el nombre de “decantación” que se les aplica.
La contaminación del agua tiene origen en procesos artificiales, cuando se produce como resultado de la presencia artificial de elementos contaminantes en contacto con el agua; por efecto de procesos industriales, y más generalmente por la disposición de efluentes; como las aguas empleadas como vehículo del saneamiento de los desechos fisiológicos de los agrupamientos humanos, o en el tratamiento de ciertos materiales con sustancias en solución acuosa, en un proceso industrial.
__________________________________________________________________________________
Las lluvias ácidas
Se denomina lluvia ácida a la precipitación pluvial de agua de reacción ácida.
Las lluvias ácidas, se producen, por consecuencia de la presencia en la atmósfera, en las zonas donde se produce la condensación del vapor atmosférico que da lugar a la lluvia, de grandes concentraciones de ciertos gases - generalmente emanaciones de procesos industriales - que contienen sustancias químicas nocivas e hidrosolubles.
Éstas, en consecuencia, se incorporan en las gotas de lluvia durante su formación en la atmósfera, o su desplazamiento en caída hacia el suelo; y dan lugar a una solución de reacción ácida, que produce efectos nocivos sobre los vegetales y contamina con esas sustancias disueltas, las aguas pluviales que corren hacia los ríos, afectando también a la vegetación acuática, a las plantas terrestres que se nutren en terrenos contaminados con esa lluvia, y a la vida animal de sus ecosistemas.
La mayor parte de las veces, las lluvias ácidas se producen a consecuencia de la presencia de grandes fuentes de combustión de ciertos productos minerales, especialmente hulla, que contienen altas concentraciones de ingredientes como el azufre y sus compuestos; los que no se combinan durante la combustión, sino que meramente se gasifican y mezclan con el aire atmosférico. Posteriormente, esos gases se disuelven en las gotas de lluvia; con lo que al llover son absorbidos en los procesos nutrientes por los seres vivos que consumen el agua caída en la lluvia, o que viven en el ambiente acuático conformado por la misma.
*El presente artículos fue "bajado" de la web:
http://www.liceodigital.com/quimica/agua.htm#SEL
http://platea.pntic.mec.es/~aabadias/webs0506/mundoagua/agua_como_fuente_de_vida.htm
No hay comentarios:
Publicar un comentario