I. Presentación de la guía: ASIGNATURA: QUIMICA AGROPECUARIA (RB8002) TALLER N 1: ANALISIS DE LA ESTRUCTURA DEL AGUA Competencia: El alumno será capaz de reconocer la estructura de la molécula del agua y describir sus características. Evaluación: La evaluación de este taller tiene carácter formativo lo que permitirá detectar el dominio de los objetivos planteados. Metodología: El docente organizará grupos de trabajo para desarrollar las actividades propuestas. Posteriormente el alumno responderá a las preguntas del taller que adjuntara en el portafolio semestral. II. Antecedentes Teóricos: El agua es un componente de nuestra naturaleza que ha estado presente en la Tierra desde hace más de 3.000 millones de años, ocupando tres cuartas partes de la superficie del planeta. La forma en que estas moléculas están unidas entre sí determinará la forma en que encontremos el agua en nuestro entorno; como líquidos, en lluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como sólidos en témpanos y nieves o como gas en las nubes. Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del 98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua dulce que disponemos corresponde a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está constituido por aguas subterráneas y una cantidad no superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y lagos. 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. La disposición tetraédrica de los orbitales sp 3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces de 105º, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace. El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones y 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 desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo con geometría molecular de tipo angular. Docente Sede La Serena. Página 1 de 10
Entre moléculas de agua se establecen interacciones dipolo-dipolo, formándose enlaces o 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. Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro moléculas 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. Propiedades del agua - Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por tal razón es considerado el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas positiva y negativa), lo que da lugar a disoluciones moleculares. Docente Sede La Serena. Página 2 de 10
También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. 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. - 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, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos. - Elevada fuerza de adhesión: Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Cuando se introduce un capilar en un recipiente con agua, ésta asciende por el capilar como si trepase agarrándose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente, donde la presión que ejerce la columna de agua, se equilibra con la presión capilar. A este fenómeno se debe en parte la ascensión de la savia bruta desde las raíces hasta las hojas, a través de los vasos leñosos. Docente Sede La Serena. Página 3 de 10
- Elevado 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. - Elevado Calor de vaporización: Los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper las uniones intermoleculares y posteriormente entregar a las moléculas de agua 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 20 C. Funciones del agua Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos: - Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas. - Amortiguador térmico. - Transporte de sustancias. - Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. - Favorece la circulación y turgencia. - Flexibilidad y elasticidad a los tejidos. - Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando iones hidrógeno o hidroxilos al medio. Tipos de agua Existen diferentes tipos de agua, de acuerdo a su procedencia y utilidad: - Potable: es agua que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades. - Salada: Agua con una concentración de sales relativamente alta (más de 10000 mg/l). - Salobre: Agua que contiene sal en una proporción significativamente menor que el agua salada. La concentración del total de sales disueltas está generalmente comprendida entre 1000-10000 mg/l. Este tipo de agua no está contenida entre las categorías de agua salada y agua dulce. Docente Sede La Serena. Página 4 de 10
- Dulce: Agua natural con una baja concentración de sales, o generalmente considerada adecuada, previo tratamiento, para producir agua potable. - Dura: Agua que contiene un gran número de iones positivos. La dureza está determinada por el número de átomos de calcio y magnesio presentes. El jabón generalmente se disuelve deficientemente en las aguas duras. - Blanda: Agua sin dureza significativa. - Negra: Agua de abastecimiento de una comunidad después de haber sido contaminada por diversos usos. Puede ser una combinación de residuos, líquidos o en suspensión, de tipo doméstico, municipal e industrial, junto con las aguas subterráneas, superficiales y de lluvia que puedan estar presentes. - Grises: Aguas domésticas residuales compuestas por agua de lavar procedente de la cocina, cuarto de baño, aguas de los fregaderos, y lavaderos. - Residuales: Residuos líquidos, originados por una comunidad, formados por aguas residuales domésticas o descargas industriales. - Muertas: Aguas en estado de escasa o nula circulación, generalmente con déficit de oxígeno. - Alcalina: Agua cuyo ph es superior a 7. - Capilar: Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la capilaridad. - Adhesión: Agua retenida en el suelo por atracción molecular, formando una película en las paredes de la roca o en las partículas del suelo. - Desborde: Agua que se inyecta a través de una fisura en una capa de hielo. - Agua de formación: Agua retenida en los intersticios de una roca sedimentaria en la época en que ésta se formó. - Agua de gravedad: Agua en la zona no saturada que se mueve bajo la influencia de la fuerza de gravedad. Docente Sede La Serena. Página 5 de 10
- Agua de suelo: Agua que se encuentra en la zona superior del suelo o en la zona de aireación cerca de la superficie del terreno. - Agua disfórica: Agua pobre en nutrientes y que contiene altas concentraciones de ácido húmico. - Agua estancada: Agua inmóvil en determinadas zonas de un río, lago, estanque o acuífero. - Agua fósil: Agua infiltrada en un acuífero durante una antigua época geológica bajo condiciones climáticas y morfológicas diferentes de las actuales y almacenada desde entonces. - Agua freática: Agua subterránea que se presenta en la zona de saturación y que tiene una superficie libre. - Agua funicular: Agua presente en los mayores poros que rodea las partículas del suelo formando, en los puntos de contacto con dichas partículas, anillos que se fusionan entre ellos. - Agua primitiva: Agua proveniente del interior de la tierra, que no ha existido antes en forma de agua atmosférica o superficial. - Agua magmática: Agua impulsada hasta la superficie terrestre desde gran profundidad, por el movimiento ascendente de rocas ígneas intrusivas. - Agua metamórfica: Agua expulsada de las rocas durante el proceso de metamorfismo. - Agua subterránea: Agua que puede ser encontrada en la zona saturada del suelo, zona que consiste principalmente en agua. Se mueve lentamente desde lugares con alta elevación y presión hacia lugares de baja elevación y presión, como los ríos y lagos. - Agua superficial: Toda agua natural abierta a la atmósfera, ríos, lagos, reservorios, charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y humedales. Docente Sede La Serena. Página 6 de 10
Contaminación del agua Efectos de algunos contaminantes inorgánicos sobre la salud. Contaminación debida al ser humano. Docente Sede La Serena. Página 7 de 10
Cambios de estado Los cambios que sufre el agua se pueden clasificar como físicos o químicos. Durante un cambio físico, las sustancias cambian su apariencia física pero no su composición. La evaporación del agua es un cambio físico. Cuando el agua se evapora cambia de estado liquido a gaseoso, pero sigue estando constituida por moléculas de agua. Todos los cambios de estado (por ejemplo, de líquido a gas o de líquido a sólido) son cambios físicos. En los cambios químicos (también llamados reacciones químicas), las sustancias se transformar en sustancias químicamente distintas. Docente Sede La Serena. Página 8 de 10
El comportamiento del agua en la naturaleza bajo condiciones normales se muestra en el ciclo del agua. Docente Sede La Serena. Página 9 de 10
III. Actividad: 1. Construya un diagrama de flujo con la información presentada en el taller agua. 2. Calcular la composición elemental de cada elemento químico presentes en el agua. 3. Qué es el agua, importancia, propiedades y características principales? 4. Disponemos de suficiente agua? 5. Cuáles son los problemas ambientales que se relacionan con el agua? 6. Qué contamina naturalmente el agua? 7. Qué actividades humanas contaminan el agua? 8. Cómo contaminan en agua algunas actividades industriales? 9. Qué efectos causa la contaminación del agua? 10. Qué es el tratamiento de aguas servidas? 11. Qué es el ciclo hidrológico y cómo circula el agua a través de él? 12. Qué compuestos contaminan en agua y de dónde proceden? 13. Cómo puede ser tratada el agua contaminada? 14. Para qué propósitos utilizamos el agua? IV. Bibliografía y link de interés - Raymond Chang, Química General. Séptima edición. 2002 - Brown LeMay, Química Ciencia Central. Novena edición. 2004 - http://www.imacmexico.org/ev_es.php?id=17439_208&id2=do_topic - http://www.ecoeduca.cl/portal/preguntas/default.asp?a=2&idcategoria=42 - http://www.lenntech.com/espanol/faq-descripcion.htm Docente Sede La Serena. Página 10 de 10