Trabajo 1

 

Ejercicios 13.1 1-6, pág. 417.

 

1.  Semejanzas y diferencias entre estados de materias

Los tres estados de materia, solido, liquido y gaseoso tienen diferentes densidades. Los gases son los menos densos por lo cual son fácilmente compresibles y llenan completamente el recipiente en el que se encuentran. Los solidos tienen mayor densidad que los anteriores por lo cual son difícilmente compresibles y mas rígidos, conservando su forma sin importar el recipiente en el que estén.  Esto quiere decir que las partículas de un solido están muy cercanas ejerciendo grandes fuerzas de atracción entre ellas. Por otra parte, los líquidos están en el medio de los solidos y gases pero estando más cercanos a los solidos ya que se necesita mas energía para pasar de liquido a gas que de solido a liquido. Casi siempre los líquidos son menos densos que los solidos y mas densos que los gases, pero el agua liquida es una excepción ya que ésta es mas densa que el hielo.

 

Con lo anterior podemos ver que los líquidos y solidos son similares por sus densidades (0.9168 y 0.9971 g/cm3). Los líquidos y gases son similares porque sus partículas viajan sin una dirección especifica pero sus densidades son muy diferentes. Por ultimo, los gases y solidos tienen densidades muy diferentes y además las partículas de los solidos están compactas mientras en los gases son libres y se mueven entre cualquier dirección.

 

 

2. Algunas aplicaciones del agua incluyen:

• Reacciones en el cuerpo humano – nos mantiene vivo

• Océanos moderan la temperatura de la tierra

• Enfría motores de carros y las plantas de energía nuclear

• Medio de transporte

• Medio de crecimiento

• Alimento para criaturas

 

 

3-4. El agua solida es menos densa que el agua liquida, lo cual no es normal, causando que al volverse solida su volumen aumente ya que su densidad es menor. Por ejemplo al congelar agua en un recipiente puede causar que se rompa, o que las tuberías o motores se rompan cuando el agua se congela. Ésta también es la razón por la que flotan los hielos ya que la densidad del agua es mayor en esta liquido que solido; por ejemplo en lagos congelados donde la capa de arriba flota ya que es hielo y así se evita que se congelen en su totalidad.

 

 

5. Cuando el agua se calienta por encima de su punto de ebullición la temperatura empieza a aumentar solo cuando toda el agua se ha evaporado. En escala macroscópica al calentar el agua la temperatura de ésta empieza a aumentar, ya que el movimiento de las moléculas empieza a aumentar también. Al alcanzar los 100ºC, se forman burbujas que ascienden a la superficie y estallan – alcanzando el punto de ebullición. Esta temperatura es constante hasta que toda el agua se haya evaporado, es ahí cuando la temperatura del vapor empieza a aumentar. En escala microscópica las moléculas empiezan por aumentar su movimiento hasta convertirse en gaseosas, ahí cuando todas estén en estado de vapor la temperatura vuelve a aumentar. Es decir, al calentar el agua por encima de su punto de ebullición, la temperatura aumentara cuando toda ésta se haya evaporado.

 

 

6. La curva de enfriamiento del agua demuestra los estados del agua al aumentar o disminuir la temperatura. Inicialmente, el agua de -20ºC hasta 0ºC se encuentra en estado solido como hielo. Al alcanzar los 0ºC se encuentra en su punto de fusión normal, donde el agua y el hielo existen de manera indefinida. Al aumentar la temperatura sobre 0ºC el hielo se convierte en liquido, estando en este estado de 0ºC hasta 100ºC. Al alcanzar los 100ºC se llega al punto de ebullición del agua, donde ésta pasa de un estado liquido a gaseoso. Ahí la temperatura se mantiene constante hasta que toda el agua se haya convertido en vapor, que es cuando la temperatura del vapor empieza a aumentar sobre los 100ºC. Este proceso se puede evidenciar de altas temperaturas a mas bajas, mirando la curva de manera inversa.

 

 

Conocimientos científicos

pH: pH es una abreviatura de Potencial Hidrógeno, es un parámetro usado para medir el grado de acidez o alcalinidad de una sustancia (Acido y base. Concepto de pH., 2015). Se mide por la concentración del ion hidrógeno, en una escala de 0 a 14 donde a mayor valor del pH, menor concentración de hidrogeno y por consiguiente menos acidez de la sustancia (DRC).

 

Escala pH: La escala del pH va de 0 a 14, siendo 7 el valor medio el cual corresponde a sustancias neutras.  Aquellos por debajo de 7 son soluciones ácidas y los mayores de 7 son soluciones básicas o alcalinas (Acido y base. Concepto de pH., 2015). Las sustancias ácidas tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno mientras las sustancias alcalinas tienen concentraciones bajas de este ión (¿Qué es el pH?).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Igualmente, el agua con un pH superior a 7 son aguas básicas o alcalinas, y esas con un pH menor a 7 son aguas ácidas (pH). En la imagen anterior se pueden ver los diferentes niveles de pH para diferentes tipos de agua, por ejemplo: la lluvia ácida tiene un pH de 1-5, la lluvia normal de 5-6.5 mientras el agua de mar tiene un pH entre 7.5-8.5 (Acido y base. Concepto de pH., 2015) . A pesar de esto, el agua pura a 50ºC normalmente tiene un pH de 6.5 porque el agua absorbe CO2, generando acido carbónico y así un pH un poco más acido (Manrique).

 

pHmetro: El pHmetro es un dispositivo electrónico que sirve para medir la acidez de una solución con las medidas de pH (Manrique). Consiste en una membrana de vidrio que separa las dos soluciones. Una corresponde al HCl 0.1N que tiene un voltaje constante porque su pH es constante, así la diferencia de potencial es causada por el pH externo que es medido por un alambre y su amplificador (PH-metro, 2014).

 

Este medidor se usa de la siguiente manera: la sonda debe tener un pH de 7 después de ser enjuagada en agua destilada. El medidor debe leer pH 7, de ahí se puede usar la sonda para leer el pH de la otra sustancia lo cual marcara el pH de la solución a probar. (Jackson)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conductividad eléctrica del agua: La conductividad de una sustancia se entiende como "la habilidad o poder de conducir o transmitir calor, electricidad o sonido", es el radio entre la densidad de la corriente y la intensidad eléctrica de campo. La conductividad eléctrica es el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente que generan fuerzas que actúan sobre ellas por un campo eléctrico. Los electrones son los que provocan la corriente, estos y su disponibilidad son los que definen la conductividad; así, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones, es decir que a mayor pH, mayor conductividad (Conductividad del agua). Además, a mayor conductividad del agua, mayor cantidad de solidos o sales disueltos en el agua (PARÁMETROS Y CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS NATURALES). Éste factor se mide con un conductivímetro y se puede expresar en diferentes unidades como Siemens/cm (S/cm) miliSiemens/cm (mS/cm) ó microSiemens/cm (μS/cm) (Dorronsoro, 2001).

 

En el agua se puede general movimiento de una red de iones cargados, denominado conducción iónica.

 

Ejemplos:

Agua Ultra Pura 5.5 · 10-6 S/m

Agua potable 0.005 – 0.05 S/m

Agua del mar 5 S/m

(Conductividad del agua)

 

 

(Conductividad)

 

El agua pura en sentido químico no tendría una conductividad eléctrica ya que esta formada por moléculas donde la unión entre los tres átomos es muy fuerte. Seria posible que hubiera una corriente eléctrica si se aplicara mucha fuerza y se separan las moléculas en iones. Esto no es necesario, ya que en la vida real el agua tiene muchos elementos disueltos en ella que generan que las moléculas se dividan en iones: moléculas o átomos cargador eléctricamente. Los anteriores se pueden desplazar por lo cual se crea una corriente eléctrica. (Conductividad eléctrica del agua, 2006)

 

 

Temperatura: La temperatura es una magnitud física que muestra el nivel de calor de una sustancia: liquido, solido o gas, con relación al movimiento de las partículas, a mayor energía mayor temperatura. Se relaciona con el frio (temperaturas bajas) y calor (temperaturas altas) y se miden en escalas Celsius, Fahrenheit o Kelvin, pero las primeras dos son las mas comunes (Escalas de Temperatura, 2001-2015) (Definición de Temperatura, 2008-2015). La temperatura influye en la conductividad del agua, por lo cual para ver solamente un factor de los dos, uno debe ser constante (InstanceBeginEditable name="main" tabla top4 El Conductividad eléctrica (CE) ). La temperatura en el agua define su estado, solido, gaseoso o liquido, ya que a temperaturas menores de 0ºC el agua se congela y se convierte en un solida, en temperaturas mayores de 0ºC hasta 100ºC ésta se encuentra en estado liquido y en temperaturas mayores a 100ºC el agua se convertirá en vapor al estar en un estado gaseoso (Definición de Temperatura, 2008-2015). Además, la temperatura también afecta el pH del agua, donde a mayor temperatura, mayor pH ya que las moléculas tienden a descomponerse a altas temperatura, aumentando los niveles de hidrogeno y así el pH (Ozyasar).

 

 

¿Qué parámetros de conductividad y pH debe tener el agua para poder ser destinada al consumo humano?

 

Como explique anteriormente el agua con un pH inferior a 7 se considera ácida (mayor concentración de iones de H+), con un pH superior a 7 se considera básica (menor concentración de iones deH+) y con un pH de 7,0 se considera neutral. Así, la lluvia ácida tiene un pH de 1-5, la lluvia normal de 5-6.5 mientras el agua de mar tiene un pH entre 7.5-8.5 (Acido y base. Concepto de pH., 2015) pero a pesar de esto, el agua pura a 50ºC normalmente tiene un pH de 6.5 porque el agua absorbe CO2, generando acido carbónico y así un pH un poco más acido (Manrique).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El pH influye en diferentes factores, ya que los iones de hidrogeno afectas la mayoría de reacciones (El pH del agua, 2013-2014). El pH del agua potable debe ser de 6.5-8.5 (Agua Potable). Si se consume agua demasiado acida o alcalina es perjudicial para la salud. Los indicios de aguas con altos pH son que “tiene un tacto resbaladizo, sabe un poco como el bicarbonato de sodio, y puede dejar depósitos en los accesorios” según EPA y el agua con pH bajos “puede tener un sabor amargo o metálico, y puede contribuir a la corrosión habitual”. (Hendrickson)

 

En la siguiente tabla se puede ver la conductividad que tienen las aguas de diferentes calidades. La conductividad ideal para un agua de calidad excelente es de 250 uS/cm, la cual va aumentando mientras la calidad del agua disminuye, llegando hasta una conductividad de 3000 donde el agua es inapropiada para el uso humano (Dorronsoro, 2001). El agua potable debe tener una conductividad entre 5-50 mS/m. (Conductividad (electrolítica), 2015)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sustancias peligrosas para el consumo incluyen arsénico, cadmio, cromo, fluoruros, nitratos, nitritos, zinc, etc. (Agua Potable) Finalmente, en la siguiente tabla se pueden ver los parámetros químicos e indicadores que debe tener el agua potable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 (Estándares europeos de la calidad del agua potable, 1998-2015)

 

 

Trabajo 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En el grafico anterior se pueden ver el pH y conductividad de las muestras tomadas en los diferentes lugares de la Guajira, de donde se puede comprobar en la mayoría de los casos que a mayor pH, mayor conductividad ya que al aumentar el pH se aumenta la cantidad de sustancias disueltas en el agua y por esta razón se aumenta la conductividad ya que la electricidad tiene mas medios disponibles para transportarse. También se puede deducir que el lugar con el pH mas bajo fue Palomino con un pH de 6.8 y el lugar con el pH mas alto fue Ranchería Utta con un pH de 9.13. Los otros dos lugares, Playa Camarones y Ranchería de Vanessa tuvieron pH muy similares. En general, la mayoría de lugares tuvieron pH entre el rango de agua potable  (6.5-8.5), la única excepción fue Palomino donde los niveles superaban el rango, siendo un agua demasiado básica.

 

Por otra parte, se podría decir que la temperatura no tiene mucha influencia en el pH y la conductividad, ya que la relación entre temperatura y pH en la mayoría de los casos no es proporcional, ya que a mayores temperaturas no necesariamente mayores niveles de pH. Con relación a la conductividad, los únicos lugares que estaban dentro el rango de agua potable fueron la Ranchería de Vanessa y Palomino, con valores 30.08 y 25.4 c/mV respectivamente. Playa Camarones y Ranchería Utta tuvo valores muy por fuera del rango, la primera con niveles muy bajitos de 4.7 c/mV y el segundo lugar con niveles bajos también de 25.4 c/mV. En conclusión, los dos lugares con los parámetros adecuados de conductividad y pH fueron Palomino y la Ranchería de Vanessa.

 

Los datos anteriores pueden no ser suficientes para dar una respuesta a la comunidad, ya que para ser mas acertados debían ser tomados repetidas veces, a diferentes horas del día durante algunos días para así saber con exactitud un promedio de los valores. Sin embargo, los resultados tomados si podrían servir para dar algunas recomendaciones a los lugares que tienen los parámetros muy por fuera del rango permitido, para así evitar algunas enfermedades probablemente causadas por la calidad del agua.

 

 

 

 

Trabajo 3

¿Cómo aplicaría los conocimientos y la comprensión científica para resolver la problemática del agua en la Guajira si usted habitara en la ranchería?

 

 

Para empezar, para resolver la problemática del agua en Guajira en las rancherías yo llevaría un registro constante del pH y conductividad para poder tenerlos controlados. Así, cuando note que los parámetros se salen de los rangos permitidos para el agua potable podre tomar las medidad necesarias. Hay diferentes métodos para disminuir el pH, que es lo que se necesita ya que cuando se sale del rango es por niveles superiores no inferiores; estos incluyen diferentes maneras de aumentar los ácidos del agua y reduciendo los álcalis. Éstos incluyen agua destilada para disminuir los efectos de álcalis, aunque no pueden quedar niveles muy bajos. O agregar ácidos para disminuir el pH como cloruros, sulfatos, carbonatos, etc. aunque hay que revisar qué tan seguros son para la salud y sus inconvenientes, los cuales incluyen aumento de conductividad, presión osmótica, aumento de fosfatos, entre otros(TRIAS). La otra solución mas favorable es aumentar de a poquitos acido hidroclorídrico hasta que el pH se regule(Fox).Para aumentar la conductividad del agua se aumentan los niveles de ácidos o sales (pH) y para disminuirla se disminuyen éstos, es decir, se bajan los niveles de pH como explicado anteriormente(Electrólisis del agua).

 

Por otra parte, hoy en día ya se usan métodos para purificar el agua en casa tales como ebullición, tratamiento químico, desinfección con luz solar o rayos UV, desalador con luz solar, y filtros, entre otros. Al hervir el agua durante unos 15-30 minutos se matan muchos microorganismos que pueden causar enfermedades. La falta de sabor que tiene el agua hervida puede mejorarse con la aireación pero tiene la desventaja de que aumenta la concentración de minerales disueltos como causa de la evaporación de alguna parte del agua. El tratamiento químico se puede hacer con diferentes sustancias, especialmente cloro y yodo principalmente para agua de pozos. Con cloro se debe mezclar bien el agua con unas 3 gotas por litro y dejar reposar el agua durante 30 minutos, no debe terminar con un olor a cloro muy fuerte, si esto ocurre se debe dejar reposando al aire durante varias horas o se debe realizar aireación pasando el agua de un envase a otro repetidamente. El proceso anterior no presenta efectos para la salud si se hace de manera adecuada, el agua del acueducto en si ya viene con cloro agregado. El yodo se puede usar para desinfectar el agua, se puede añadir diez gotas en agua turbia y dejar reposar por 30 minutos. Las tabletas de yodo tienen la cantidad necesaria para desinfectar agua potable y se deben usar como es indicado, aproximadamente una tableta por cada litro de agua.

 

Adicionalmente, la desinfección con luz solar se trata de usar la energía solar para destruir microorganismos, consiste en exponer el agua a plena luz solar durante unas 5 horas aproximadamente. Un método similar incluye usar la luz ultravioleta como fuente en un estuche protector donde el agua pasa y recibe luz. La energía ultravioleta es absorbida y causa que el material genético sea modificado de tal manera que no pueda reproducirse y así los microorganismos se mueren y el riesgo a enfermedades eliminado. Este método desinfecta el agua sin el uso de compuestos químicos sin sacar los minerales necesarios y sin crear complejos químicos extras. La energía solar también puede ser usada para evaporar el agua dejando todos los contaminantes, sales, minerales y metales atrás, para que al ser condensado el vapor del agua este quede limpia. (Métodos para purificar el agua)

 

Otros métodos incluyen la desinfección con plata iónica donde se usan estos compuestos para desinfectar el agua durante unos veinte minutos. También existen filtros de cerámica que separan la materia solida del liquido gracias a sus poros. Hay otros filtros como los de carbón activado, donde el carbón captura y rompe las molecular contaminantes al entrar en contacto con el agua pero para que tengan el funcionamiento apropiado se deben cambiar cada 5 meses.

 

Finalmente, los últimos métodos son purificación por ozono y por osmosis inversa. El primer método funciona con el ozono, el cual es un gas que descompone los organismos vivos, bacterias, microorganismos y virus sin dejar residuos químicos que pueden afectar la salud. Requiere mantenimiento y usa energía eléctrica. El método final es un proceso donde se usa una membrana semipermeable que separa el agua de los solida, organismos, virus y bacterias en el agua. Puede eliminar aproximadamente 95% de los solidos y 99% de las bacterias. (Aprende más acerca del Agua Métodos para purificar el agua en casa )

 

A pesar de que haya métodos para regular estos parámetros lo ideas seria empezar por tener fuentes confiables, es decir, que los posos tengas los parámetros adecuados para un agua potable para así no tener que emplear ningún proceso. Además, se debe evitar que cualquier elemento caiga al agua para así no alterar los factores, para esto se debe tener el agua en un lugar cerrado sin contacto con el exterior u otros medios contaminantes. Sin embargo, para se debe hacer lo posible para mantener los parámetros adecuados ya que hay mas de un método que se podría aplicar en la Guajira.

 

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