Propiedades físico-químicas del agua y ciclo hidrológico

Propiedades físico-químicas del agua

El carácter bipolar y la unión intermolecular mediante enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua le confieren al agua unas propiedades que hacen que sea el elemento clave para la vida.

Propiedades físicas

Propiedades eléctricas

Propiedades químicas

Principales propiedades físicas del agua:

• Punto de fusión y ebullición

Una de las diferencias más significativas entre el agua y los compuestos de la misma familia de la tabla periódica (H2S, H2Se, H2Te) se refiere a la elevada temperatura de fusión y ebullición del agua respecto a estos últimos, que en todos los casos están por debajo de los 0ºC. En consecuencia, el agua es líquida a temperatura ambiente mientras que sus homólogos son gases.

• Calor específico o capacidad calorífica

Cuando se calienta un material, aumenta su temperatura, pero la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura es diferente en cada sustancia: algunos materiales necesitan mucha energía térmica para elevar su temperatura y otros menos. Para medir esta propiedad en las sustancias se utiliza una magnitud llamada Capacidad Calorífica o Calor Específico y se define como el calor necesario para elevar 1ºC la temperatura de 1 gramo de agua. La capacidad calorífica del agua es muy alta lo que se debe a sus enlaces por puente de hidrógeno. Esta característica del agua se manifiesta en que es preciso transferir más energía térmica para fundir el hielo, calentar y vaporizar agua, que para hacer lo mismo con casi cualquier otra sustancia. Esta gran capacidad calorífica, convierte al agua en un gran regulador del clima, permitiendo a grandes cantidades de agua almacenar gran cantidad de calor sin cambiar mucho su temperatura (verano), y también liberarla (invierno), por lo que es uno de los principales donantes de energía a la atmósfera.

• Calor de fusión y calor de vaporización

El efecto termorregulador en los seres vivos es función de su elevada capacidad calorífica y del alto valor del calor de fusión y evaporación, que también tienen una importancia capital en la regulación del clima. El alto calor de vaporización del agua líquida (539,6 cal/g.), es decir que absorbe 539, 6 cal. por cada gramo de agua que se evapora y la libera al condensarse, es la razón por la que el proceso de evaporación en plantas y animales es un proceso de enfriamiento eficiente, percibiendo una sensación de frescura cuando se evapora el sudor de la piel. Esta característica hace que el agua sea un buen almacén de calor y así ayuda a regular la temperatura del planeta y de los organismos vivos. El agua absorbe grandes cantidades de “calor”, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente.

• Masa volumétrica o densidad

• Viscosidad

Se define como la resistencia de un fluido a su derrame uniforme y sin turbulencia. La viscosidad del agua disminuye al aumentar la temperatura y aumenta con el contenido en sales disueltas y con la presión. Es más viscosa por tanto el agua del mar que la de un río. La viscosidad, junto a la tensión superficial, es una propiedad muy importante para los seres vivos de pequeño tamaño, ya que permite el movimiento de partículas sólidas en su seno. Igualmente, determina los procesos de sedimentación de sólidos en suspensión.

• Tensión superficial (cohesión intermolecular) y Capacidad humectante

La tensión superficial es la energía requerida para expandir una superficie líquida y es más alta para los líquidos que poseen atracciones intermoleculares fuertes.

Propiedades eléctricas de agua

• Conductividad Eléctrica

Es una expresión numérica de la capacidad de una solución de transportar la corriente eléctrica; dependerá fundamentalmente de la concentración de iones y de la temperatura. Se expresa en Siemens/cm o en sus múltiplos. La conductividad del agua pura es muy débil, aproximadamente 0,05.10-6 siemens/cm.

• Constante Dieléctrica

(también llamada permitividad dieléctrica relativa) del agua es una de las más elevadas que se conocen ( E = 80) por lo que posee un gran poder ionizante y un gran poder disolvente.

Propiedades químicas del agua

Para la formación de la molécula de agua se necesita mucha energía, 58 Kcal/mol. Por tanto, el agua en la naturaleza es muy estable. Esto, junto a las propiedades eléctricas y su constitución molecular, como indicamos anteriormente, la hace muy válida para la disolución de muchos sólidos, líquidos y gases, dependiendo de la polaridad de sus moléculas en el agua, que también es polar. El agua líquida es una solución iónica que contiene algunos iones hidronio u oxonio, e iones hidroxilo. La disociación del agua se produce mediante la siguiente reacción: H2O + H2O = H3O+ + OH- que se denomina equilibrio dinámico de la disociación del agua. La concentración de iones H3O+ nos dará un índice numérico conocido como pH. El pH de una disolución neutra es igual a 7. El agua puede participar también en reacciones de oxidación – reducción como donante de electrones comportándose como reductora) y como receptora de electrones (comportándose como oxidante). 2 H2O – 4 e- = 4 H+ + O2. 2 H2O + 2 e- = 2 OH- + H2

En el agua se realizan muchas reacciones de oxidación-reducción que inciden en la calidad de la misma. El agua puede ser oxidada, por ejemplo, por el cloro, que la descompone captando electrones, oxidándose y desprendiendo oxígeno, o bien puede ser reducida, por ejemplo, por el sodio, desprendiéndose hidrógeno. 2 Cl2 + 2 H2O = 4 H+ + 4 Cl- + O2 oxidación. 2Na + 2 H2O = 2 Na+ + 2 OH- + H2 reducción

Ciclo hidrológico del agua

El ciclo hidrológico es el recorrido del agua, que empieza en la atmósfera y para por varias fases hasta regresar de nuevo a ella. En el ciclo hidrológico, distinguimos las siguientes fases: 1. Precipitación. 2. Escorrentía superficial: a. Directa. Ríos, mares. b. Indirecta: subterránea y fuentes. 3. Infiltración. 4. Evaporación: en el suelo, en la superficie de las aguas y transpiración de vegetales y animales. Según el ciclo hidrológico las aguas naturales pueden clasificarse en: Pluviales: lluvias, nieve, granizo. Superficiales: ríos, lagos, mares y océanos. Subterráneas: acuíferos