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Naturaleza, estructura y composición del agua

Hace fines del siglo XVII, el agua era considerada un elemento, es decir, una sustancia formada por una sola clase de átomos. Sin embargo, en 1781, el químico inglés Henry Cavendish demostró que el agua se formaba durante la combustión del gas hidrógeno. Cavendish afirmaba: si el hidrógeno arde es porque reacciona con el oxígeno del aire formando el agua. Ahora bien, como las propiedades del agua son distintas a las de los gases hidrógeno y oxígeno (ambos elementos), el agua no es una mezcla: es un compuesto (sustancias formadas por distintas clases de átomos). En la actualidad, a través de un proceso llamado hidrólisis es posible demostrar que los elementos constitutivos de agua son el H y O. El procedimiento consiste en descomponer el agua, aplicando corriente eléctrica para obtener hidrógeno y oxígeno gaseoso.

La estructura de la molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno los cuales se unen a través de un enlace covalente polar, dando como resultado una molécula de geometría angular, es decir, los átomos de hidrógeno están separados por un ángulo de 105º.

Por otra parte, como sabemos, su fórmula química es H2O, que nos indica que la proporción de hidrógeno y oxígeno en la molécula de agua es 2: 1. Si comparamos los átomos de H y O, veremos que este último es un átomo de mayor tamaño, y por lo mismo, tiene más electrones o densidad electrónica que el átomo de hidrógeno. Esta característica determina que la molécula de agua sea polar, es decir, sobre el átomo de oxígeno hay una densidad electrónica mayor que genera una carga parcial negativa. Dicho de otro modo

En el enlace químico que se forma entre el O y H participan los electrones del nivel más externo de sus átomos, los cuales son atraídos fuertemente hacia el oxígeno debido a su mayor electronegatividad (tendencia de un átomo para atraer electrones) lo que implica una polarización del enlace, es decir, el oxígeno adquiere carga parcial negativa y el hidrógeno carga parcial positiva. Estos enlaces polarizados y la naturaleza angular de la estructura de la molécula de agua dan lugar a un tipo de molécula polar. Esto significa que la molécula de agua tiene carga positiva hacia el extremo donde se encuentran los átomos de hidrógeno y carga negativa hacia el extremo contrario donde se ubica el átomo de oxígeno.

Del mismo modo que existen las uniones interatómicas, hay otras: las uniones intermoleculares, que permiten mantener unidas las moléculas de un compuesto. Dadas las características de polaridad de la molécula de agua, la unión se establece por medio de una fuerza de atracción intermolecular llamada enlace por puente de hidrógeno.

Dicho de otro modo, el extremo positivo de una molécula de agua resulta fuertemente atraído por el extremo negativo de otra molécula de agua cercana de forma que con las moléculas del entorno próximo se forman redes de moléculas unidas entre sí a través de un tipo de enlace especial llamado enlace por puente de hodrógeno.

Proceso de disolución Si en un vaso conteniendo agua agregamos una cucharadita de azúcar y agitamos, observamos que el líquido "desaparece" de nuestra vista. Sabemos que no ha desaparecido realmente: el azúcar se ha mezclado con el agua. Se dice que el azúcar se disolvió o que es soluble en agua. El proceso se llama disolución.

Si intentamos mezclar agua y aceite, luego de agitar, los líquidos se separan formando un sistema heterogéneo. Se dice que el aceite es insoluble en agua.

¿Por qué algunas sustancias se disuelven en otras, y otras no? Por ejemplo, ¿por qué el azúcar se disuelve en agua y el aceite no?

Para responder estas preguntas debemos considerar que: Se forma una solución cuando una sustancia se dispersa

uniformemente en otra.  El factor principal que determina si se forma o no una solución es

la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas de soluto y de solvente.

Se forma una solución cuando las fuerzas de atracción entre las partículas de soluto y de solvente sobrepasan a las fuerzas de atracción que las partículas de soluto ejercen entre sí y a las fuerzas de atracción que las partículas de solvente ejercen entre sí.

 Entonces podemos decir que: Existen fuerzas de atracción entre las partículas de azúcar y de agua, y

son tan intensas que las partículas de azúcar se separan venciendo las fuerzas que las mantienen unidas formando el sólido (ver representación). Entonces se mezclan con las partículas de agua y las fuerzas de atracción que existen entre ellas les permiten permanecer mezcladas.

Las atracciones entre las partículas de agua y de aceite deben ser menores que las fuerzas que las mantienen unidas en ambos líquidos por separado.

Representación del proceso de disolución usando el modelo de partículas

Las atracciones entre las partículas de agua y de azúcar tienen fuerza suficiente como para sacar las partículas de azúcar de sus posiciones en el sólido.

 Características del agua

El agua es el disolvente principal de los seres vivos. Entre un 60 y un 90 % del la masa total de una célula es agua. Por otro lado, la vida en la tierra aparece en soluciones acuosas (océano) y los organismos terrestres, como el hombre, mantienen un medio interno compuesto principalmente de soluciones de acuosas. Es importante el hecho de que el agua se mantiene en estado líquido en prácticamente todo el rango de temperaturas compatibles con la vida, el agua posee una suma de características fundamentales para la vida y que no podrían ser reemplazadas por otro solvente.

Agua: propiedades moleculares

Estructura supramolecular y su relación con propiedades físicas del aguaEn estado líquido y para agua pura, una molécula se une en promedio por puentes de hidrógeno a otras 3.6 moléculas. Esta propiedad es responsable de la elevada cohesión que existe entre las moléculas de agua y de que el agua posea una elevada tensión superficial, que por ejemplo permite el fenómeno de capilaridad que es fundamental para muchos procesos biológicos.

Otra propiedad del agua de importancia biológica es su elevado calor específico (cantidad de calor que debo entregar a 1 gramo de sustancia para elevar su temperatura en 1 ºC). Esto permite que el agua sea un gran acumulador térmico y que sirva para amortiguar los cambios de temperatura en los seres vivos y el planeta en general. Como consecuencia de su elevado calor específico y de su cohesión intramolecular el agua posee un alto calor de evaporación, por lo tanto los seres vivos pueden eliminar una gran cantidad de calor con pequeñas pérdidas de líquido (por ejemplo a través de la transpiración).

Además el agua posee una viscosidad suficientemente baja como para permitir su flujo normal a través de los conductos biológicos (venas, arterias, etc)

Distribución del agua en el organismo

El agua representa el 70% del peso del cuerpo. A su vez el 60% del agua es celular y el 40% extracelular. Y finalmente dentro del agua extracelular, el 70% es intersticial y el restante 30% vascular.

Soluciones

Definición: Sistema homogéneo (formado por una sola fase) constituído por varios componentes. Se llama soluto (st) al/a los componente/s que se encuentra/n en menor proporción y solvente (sv) al que se encuentra en proporción mayor. Si bien existen soluciones sólidas (por ej. aleaciones), líquidas y gaseosas (por ej. aire atmosférico), son las líquidas las más importantes. Dentro de este grupo tenemos soluciones de líquidos en líquidos (de líquidos totalmente miscibles como por ej. etanol-agua, de sólidos en líquidos como por ej. sal-agua) y de gases en líquidos (O2 en agua). Dentro de este grupo analizaremos aquí las constituídas por solutos sólidos disueltos en agua como solvente.

Con centración de una solución: Permite conocer la relación cuantitativa entre los componentes de una solución. Puede expresarse de distintas formas, indicando la cantidad de soluto con respecto a la cantidad de solución o a la cantidad de solvente.

Formas de expresar la concentración:

Porcentualmente: % m/m = masa en g de soluto en 100 g de solución

% m/V = masa en g de soluto en 100 ml de solución

% V/V = volumen en ml del soluto en 100 ml de solución

Si en una solución la cantidad de soluto existente es pequeña, se afirma que la solución es diluida y concentrada, cuando la cantidad de soluto es grande. Cuando a cierta temperatura no es posible disolver más soluto en la solución, se dice que estamos frente a una solución saturada y si, además, tiene un exceso de soluto, se afirma que es una solución sobresaturada.

El término concentración de una solución lo usamos, con frecuencia para referirnos a la descripción de la composición de una solución, es decir, para expresar la cantidad de soluto que existe en una determinada cantidad de solución.

PARTES POR MILLÓN (ppm).- Expresa la concentración como el número de miligramos de soluto por litro de disolución.

Gramos por litroIndica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos). La balanza expresa la medida de la masa de soluto en gramos y los recipientes de uso habitual en química indican el volumen de líquido contenido en litros o en sus submúltiplos. Su cálculo es, pues, inmediato:

MOLARIDAD.-(M) La molaridad de una solución está determinada por el número de moles (n) de soluto que existen en cada litro de solución.

Todos sabemos que para determinar el número de moles de soluto que existen en una cantidad determinada de gramos de una sustancia se puede usar la siguiente fórmula:

Preparación de una disolución a partir de un soluto sólido

El primer paso se deberá masar, utilizando una balanza la cantidad necesaria de soluto, previo cálculo para saber la concentración de solución que se desea. Las sustancias a masar nunca se echan directamente sobre los platillos, sino sobre papel de filtro o un vidrio de reloj, que deben encontrarse escrupulosamente limpios y secos. Para sacar el sólido del recipiente que lo contiene utilizaremos una espátula perfectamente limpia y seca.

Una vez masado se pone en un vaso de Bohemia con la menor cantidad posible de agua destilada (enjuagar con agua destilada el vidrio de reloj echando este agua en el vaso). Se disuelve agitando con una varilla de vidrio y se vierte en el matraz aforado. Enjuagamos con agua destilada el vaso y echamos este agua al matraz aforado. Agitar y colocar un poco mas de agua destilada, agitando nuevamente. Luego se añadirá agua hasta que el nivel haya subido casi hasta el cuello del matraz, pero no dentro del mismo. A continuación se agita de modo que el líquido se mezcle bien. Se sigue añadiendo agua hasta que falte como un centímetro, para la marca de enrase. Por último, con un gotero y gota a gota, el matraz se llena de agua destilada hasta el enrase. El enrase se considera bien realizado cuando el menisco que forma el líquido queda tangente, por encima, a la marca de enrase.

Preparación de una solución a partir de una disolución concentrada por dilución

Dilución: Parte de una solución ya preparada de concentración conocida a la cual le agregamos más solvente para obtener otra solución de menor concentración.

A la Solución a la que le conocemos la concentración y tenemos primeramente le llamamos: Solución Madre la cual tendrá una concentración M1 y un volúmen a determinar M1

A la solución que obtenemos que va a tener menor concentración le vamos a llamar Solución resultante la cual tendrá una concentración M2 y un volúmen del recipiente o a determinar V2.

M1 = concentración de la solución concentrada.

M2 = concentración de la solución a preparar.

V1 = volúmen que se extrae de la solución concentrada utilizando la pipeta.

V2 = volúmen del recipiente que contendrá a la solución preparada.

Con un frasco llenamos de agua destilada la mitad de un matraz aforado. Utilizando una pipeta graduada se toma la cantidad necesaria del líquido concentrado, que se vierte en el matraz aforado.

A partir de la ecuación M1 x V1 = M2 x V2 se despeja el volúmen 1, el cual es el extraído con la pipeta y colocado en el matraz aforado. A continuación, se agita para que el líquido se mezcle bien y se vuelve a añadir agua hasta que el nivel suba casi al cuello del matraz, pero no dentro del mismo. Se agita nuevamente para mezclar bien. Se sigue añadiendo agua hasta que falte como un centímetro, para la marca de enrase. Por último, con un gotero y gota a gota, el matraz se llena de agua destilada hasta el enrase. El enrase se considera bien realizado cuando el menisco que forma el líquido queda tangente, por encima, a la marca de enrase.

2013 año internacional de la Cooperación en la Esfera del AguaEn Diciembre de 2010, la Asamblea General de Naciones Unidas declaró 2013 como el Año Internacional de la Cooperación en la Esfera del Agua. Además el Día Mundial del Agua, 22 de Marzo de 2013, estará dedicado a la cooperación

en la esfera del agua.

"El agua es un elemento clave cuya importancia nunca será sobreestimada. El agua aparece como denominador común entre los retos mundiales más importantes de nuestro tiempo, como la energía, los alimentos, la salud, la paz y la seguridad. La gestión del agua puede reducir el riesgo de desastres como la sequía o las inundaciones. Con las cuencas fluviales transfronterizas y los sistemas acuíferos representado casi la mitad de la superficie de la Tierra, la cooperación en torno al agua se revela vital para la paz."

Irina Bokova, Directora General de la UNESCO.

"El Mundo tiene sed porque tenemos hambre"

Hoy en día hay 7.000 millones de personas que alimentar en el planeta y se prevé que habrá otros 2.000 millones para el año 2050. Las estadísticas indican que todas las personas beben de 2 a 4 litros de agua a diario, sin embargo, la mayor parte del agua que 'bebemos' está incorporada en los alimentos que consumimos, por ejemplo, producir 1 kilo de carne de vacuno, consume 15.000 litros de agua, y 1 kilo de trigo se 'bebe' 1.500 litros.

Mil millones de personas en el mundo ya viven en condiciones de hambre crónica y las presiones que sufren los recursos hídricos son muy fuertes. Afrontar el crecimiento de la población y garantizar el acceso a alimentos nutritivos para todos, conlleva una serie de medidas a las que todos podemos contribuir con lo siguiente:

Consumir productos que hagan un uso menos intensivo de agua Reducir el escandaloso desperdicio de alimentos, nunca se consume el

30% de los alimentos producidos en todo el mundo y el agua utilizada para producirlos se pierde definitivamente

Producir más alimentos, de mejor calidad, con menos agua Llevar una alimentación saludable

En todas las etapas de la cadena de suministro, desde los productores hasta los consumidores, es posible tomar medidas para ahorrar agua y asegurar que haya alimentos para todos.

¿Y usted? ¿Sabe cuánta agua consume realmente todos los días? ¿Cómo puede modificar su alimentación y reducir su impacto hídrico?

¿EN QUÉ CONSISTE EL 2013 AÑO INTERNACIONAL DE LA COOPERACIÓN EN LA ESFERA DEL AGUA?

"Uno de los principales objetivos del Año Internacional de la Cooperación en la esfera del Agua, declarado por Naciones Unidas en el 2013, es desglosar, analizar y alcanzar un entendimiento común sobre la esencia de la 'cooperación en la esfera del agua'. La cooperación en materia de agua se refiere a la gestión y el uso pacífico de los recursos hídricos entre varios actores y sector desde diferentes niveles. En la práctica, esto consta de actuar juntos hacia un objetivo común para obtener mutuos beneficios."

Hans d'Orville, Director general adjunto para la oficina de Planificación Estratégica de la UNESCO

La cooperación en la esfera del agua tiene múltiples dimensiones incluyendo la cultural, educacional, científica, religiosa, ética, social, política, legal, intitucional y económica. Un enfoque multidisciplinar sobre este tema es por lo tanto esencial, para comprender las muchas facetas que lo componen y poder tener un visión general.

El objetivo del año internacional de la Cooperación en la Esfera del Agua y el día mundial del agua, es crear conciencia de lo mucho que queda por mejorar en la cooperación en la esfera del agua, pero también, de los desafíos a que se enfrenta la gestion del agua y su asignación, por la creciente demanda de agua para satisfacer múltiples necesidades.

El Día Mundial del Agua se celebra desde 1993, el 22 de marzo y pone de relieve una aspecto específico sobre el agua dulce cada año.

"La escasez de agua contribuye a las condiciones de extrema pobreza, provocando privaciones sociales e impidiendo el desarrollo"

La Asamblea General de Naciones Unidas declaraba 2013 Año Internacional de la Cooperación en la Esfera del Agua. Sus responsables quieren así destacar la trascendencia de que los países lleguen a acuerdos sobre gestión del agua que beneficien al medio ambiente y a los ciudadanos.

"La resolución pacífica de los conflictos por el agua se han traducido en mejoras ambientales, económicas y sociales para todos"

Mediante este Año Internacional, la ONU pretende impulsar las iniciativas sobre el agua, como el Decenio Internacional para la Acción, 'El agua, fuente de vida' (2005-2015), o los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM), que entre las metas del objetivo 7 ("Garantizar la sostenibilidad del medio ambiente") se proponen reducir a la mitad la proporción de personas sin acceso sostenible al agua potable y a servicios

básicos de saneamiento. Asimismo, el Día Mundial del Agua, que se celebrará el 22 de marzo, tendrá como lema principal "Cooperación en materia de Agua".

El objetivo de este Año Internacional es doble:

Recordar los desafíos que afronta la gestión del agua para las próximas décadas, debido a una mayor demanda, y cómo repercute en el acceso, la asignación y los servicios. Sin unas condiciones mínimas para el agua, no es posible un desarrollo sostenible, no se puede conservar el medio ambiente y no se pueden garantizar las mínimas condiciones y calidad de vida de los seres humanos.

Sensibilizar sobre los beneficios de una mayor cooperación. La Historia recuerda que los pactos y la resolución pacífica de los conflictos por el agua se han traducido en mejoras ambientales, económicas y sociales para todas las partes implicadas. La violencia por el agua rara vez resulta una opción factible de manera estratégica y económicamente viable. Los fracasos en la cooperación causan desastres sociales y ecológicos, como en el Lago Chad o el Mar de Aral.

Agua: algunos datos ambientales preocupantes Naciones Unidas asegura que la principal tarea a la que se enfrenta la comunidad internacional en el campo de los recursos hídricos es transformar sus obligaciones en hechos concretos, "imprescindibles para el beneficio de las personas, los ecosistemas y la biosfera en su conjunto".

Irina Bokova, directora general de la UNESCO, afirma que el agua "aparece como denominador común entre los retos mundiales más importantes de nuestro tiempo, como la energía, los alimentos, la salud, la paz y la seguridad. La gestión del agua puede reducir el riesgo de desastres como la sequía o las inundaciones. Con las cuencas fluviales transfronterizas y los sistemas acuíferos representando casi la mitad de la superficie de la Tierra, la cooperación en torno al agua se revela vital para la paz".

Con la tendencia actual en el consumo del agua, en 2025, dos de cada tres personas sufrirá estrés hídrico. Las pérdidas producidas en su gestión preocupan también en Naciones Unidas: un 70% del suministro de agua mundial se destina a la agricultura, según el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). Casi el 60% del agua utilizada en el riego se pierde antes de llegar a la planta, según la UNESCO.

Acceso desigual al agua

La ONU destaca los graves contrastes en el acceso y el suministro del agua. Los países ricos consumen de media doce veces más agua que los pobres y unos mil millones de personas carecen de agua potable. Según datos de este organismo internacional, uno de cada seis habitantes del planeta no dispone de agua limpia y uno de cada cinco carece de la más simple letrina.

Abrir el grifo es un acto tan natural en países del Norte, que a menudo se olvida su excepcionalidad en el Sur. Por este motivo, ACNUR recuerda otras cifras para la reflexión.

Un total de 783 millones de personas no tienen acceso al agua potable.

Una de cada ocho personas bebe agua que, "con toda probabilidad, hará que se enferme".

Cada semana, 27.000 niños menores de cinco años fallecen por consumir agua contaminada, por falta de higiene y de saneamiento.

Una persona refugiada dedica cada día una media de seis horas a conseguir agua. En el caso de las niñas, casi el 42% de las pequeñas de los campos de Uganda y Ruanda no asiste a clase porque ayuda a sus madres a buscar agua.

De hecho, mujeres y niñas son las principales víctimas de esta circunstancia. La violencia sexual y de género es el principal temor entre ellas cuando deben andar hasta seis kilómetros para encontrar agua y acceden a ella en zonas poco seguras.

El derecho humano al agua y al saneamiento El agua no solo es fundamental para beber. El 28 de julio de 2010, una resolución de Naciones Unidas reconoció el derecho humano al agua y al saneamiento como esencial "para la realización de todos los derechos humanos". Entonces se pidió a los estados y organizaciones internacionales recursos financieros, capacitación y tecnología para, sobre todo los países en desarrollo, poder cumplir este reconocimiento.

La falta de saneamiento es origen de enfermedades, sobre todo diarrea, segunda causa de muerte infantil

La campaña 2.600 millones, de ONGAWA, recuerda que esta es la cifra de personas que todavía carecen de saneamiento en todo el mundo: casi cuatro de cada diez personas. Entre las consecuencias de esta situación, la más grave es, una vez más, el riesgo para la salud. La falta de saneamiento es origen de enfermedades, sobre todo diarrea, al impedir deshacerse de las heces de manera segura o lavarse las manos. De hecho, la diarrea es la segunda causa de muerte infantil.

Carecer de inodoro o letrina, compartir la fuente de agua doméstica con los animales u obtenerla de pozos sin protección, "caldo de cultivo de agentes patógenos" según la ONU, son motivos más que suficientes para exigir una solución. Naciones Unidas aboga por un abastecimiento de agua suficiente, saludable, aceptable para uso personal y doméstico, accesible y asequible. La conmemoración de 2013 como Año Internacional de la Cooperación en la Esfera del Agua es un momento apropiado para intentar conseguirlo.