El Agua

El Agua

El agua es una sustancia compuesta de moléculas básicas, cada una formada en su mayoría por 2 átomos de hidrógeno (isótopo 1-Hidrógeno) en estado de oxidación +1 y 1 átomo de oxígeno (isótopo 16-Oxígeno) en estado de oxidación -2, conectadas entre sí por una carga electromagnética (H2O). En su forma más pura no tiene olor, muy poco color y no tiene sabor.

Molécula-de-Agua

El agua ocurre durante la combustión de isótopos de hidrógeno en presencia de oxígeno y se puede descomponer en partículas de hidrógeno y oxígeno por medio de la aplicación de una corriente eléctrica bajo los principios de “electrólisis”

Electrólisis-de-Agua

El agua es la única sustancia común que ocurre en atmósfera de la Tierra en los 3 estados comunes de la materia (sólido como hielo, líquido y gas como vapor), siendo la fase más común la líquida encontrándose en la atmósfera y la litósfera.

Ciclo-del-Agua-en-la-Tierra

También ocurre como un fluído supercrítico (características de gas y líquido) en presiones mayores a 250 atmósferas y temperaturas mayores a 380°C en cualquier parte por debajo de la Tierra a 3 km de profundidad.

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El oxígeno tiene una gran cantidad de espacios de interacción. Cuando compone una molécula de agua en presencia del hidrógeno se establece una “dipolaridad” de la molécula con carga electromagnética y un comportamiento “no-homogéneo” en movimiento constante, pero que le permite establecer uniones con otras moléculas de materia.

Momento-Dipolar-del-Agua

La densidad del agua en el estado líquido varía poco con los cambios de temperatura y presión. Su densidad mínima a presión normal es de 0.958 tons/m3 a 100°C y aumenta su densidad conforme desciende la temperatura hasta llegar a su punto máximo de 1 ton/m3 a 3.8°C.

Densidad-del-Agua

Cuando el agua se congela (a 0°C a 1 atmósfera de presión), la vibración o movimiento de los átomos de oxígeno e hidrógeno se reduce. Las moléculas se expandirán en forma de estructuras de cristales hexagonales, con mayor volumen y menor densidad (0.917 tons/m³)

Cristales-de-Nieve

La cohesión relativamente homogénea en el agua pura la convierte en un excelente aislante eléctrico, pero con sales o minerales iónicos disueltos aumenta su capacidad de conducción de electricidad.

Conductividad-del-Agua

Una molécula de agua puede formar un máximo de 4 uniones de hidrógeno porque puede aceptar 2 y donar 2 átomos de hidrógeno.

La acción colectiva de las uniones de moléculas de agua entre sí en movimiento constante crea una “cohesión” con una red coherente haciendo que las moléculas se mantengan unidas, pero rompiendo y reestableciendo las uniones entre los átomos de hidrógeno y oxígeno de una forma extremadamente rápida, permitiendo el comportamiento líquido.

Cohesión-del-Agua

Esta naturaleza dipolar permite a las moléculas “adherirse” fácilmente a otros elementos o compuestos. Cuando el agua entra en contacto con otro material, es posible que las fuerzas adhesivas de la molécula con la superficie sean más fuertes que las cohesivas con otras moléculas de agua, provocando que la sustancia sea esparcida en lugar de mantenerse unida. Por ejemplo, en un vidrio extremadamente limpio, el agua puede formar una capa delgada.

Adhesión de Agua

Si una sustancia tiene propiedades que no permiten superar las fuerzas de cohesión, las moléculas de agua serán “empujadas” y la materia no se disolverá. En el caso de los aceites, formará capas en las que las sustancias con más densidad se asentarán y las de menor densidad tenderán a permanecer sobre ellas.

Agua y Aceite

Debido a la cohesión entre las moléculas del agua, la tensión superficial del agua es alta (72.8 mN/m en temperatura de habitación), esto significa que las moléculas de la superficie del agua no están rodeadas por moléculas similares en todas partes, sino únicamente por cohesión de las moléculas internas. La tensión superficial del agua hace que las gotas tiendan a ser compactas y sean redondas.

Tensión-del-Agua

En pequeñas cantidades el agua pura no tiene color, pero en grandes cantidades tiene un tono azul verdoso.

La interacción de la luz a través de una molécula de agua depende del ángulo de la luz al entrar en la superficie del agua o de la orientación dipolar de la molécula (que cambia rápidamente en su estado gaseoso o líquido, o ser rígida al formar cristales en su estado sólido), y por supuesto de la longitud de la onda electromagnética, por lo que puede provocar que la luz sea reflejada, absorbida o difractada.

Luz-y-Olas

El agua absorbe casi todas las longitudes de onda del espectro electromagnético. En el caso de la emisión de luz solar, las moléculas de agua absorben principalmente el espectro electromagnético de la región infrarroja (ondas desde 1 kilómetro de longitud hasta longitudes del tamaño de un protón) provocando excitación en las moléculas del agua.

El agua  tiene una pequeña ventana que no absorbe en el espectro de la luz visible (entre 700 y 400 nanómetros). Dando la apariencia de ser traslucente.

Espectro-de-Luz-a-través-del-Agua

Y la molécula de agua refleja, esparce o absorbe en la mayoría del espectro electromagnético de los rayos ultravioleta (menores a 400 nanómetros). Justo arriba del espectro visible el bloqueo aumenta en órdenes de 9 veces en magnitud.

El agua tiene una alta capacidad de calor específico, (4.2 joules que es la cantidad de calor requerida para aumentar 1 gramo de agua a 1 grado centígrado de temperatura) siendo el segundo compuesto después del amoniaco, reteniendo una enorme cantidad de calor de forma eficiente.

Cambios-de-Fase

Se requiere una enorme cantidad de calor para transformarla en vapor. Es por eso que puede usarse para apagar ciertos incendios.

Aguas Termales

El punto de ebullición del agua está relacionada directamente con la presión. En la cima del Everest, el agua hierve a 68°C, y puede estar en forma líquida a cientos de grados centígrados en las profundidades de la corteza.

Presión-y-Temperatura-de-Vapor-de-Agua

El agua es conocida como un “solvente universal”, lo que significa que muchas sustancias se disuelven en ella. La capacidad de disolución de una molécula en el agua está en función si puede o no encajar en la forma dipolar de la molécula de agua formando redes coherentes con otras moléculas.

Agua como Solvente

Las sales, azúcares, ácidos entre otros que se disuelven en el agua se llaman “hidrófilas”, que significa que su fuerza de “adhesión” con el agua es más fuerte que la fuerza de “cohesión” entre las moléculas del agua  y las que no pueden disolverse, como los lípidos y grasas se llaman “hidrófobas”. Cuando un compuesto ionizado entra en contacto con el agua, será rodeada de moléculas de agua, “hidratándolo”.

Hidrofóbico-e-Hidrofílico

El agua tiene un pH neutral de número 7. Químicamente el agua puede actuar como “base” cuando reacciona con ácidos fuertes recibiendo protones +H, y como “ácido” cuando interactúa con bases fuertes donando protones +H.

Agua-como-Ácido-y-Base

El agua exhibe una “acción capilar” cuando se encuentra en superficies de tubos angostos. El agua se adhiere a las partes internas de la pared de un tuboy la tensión superficial tiende a enderezar la superficie, provocando que la molécula se eleve y el agua sea jalada a través de la cohesión.

Acción Capilar del Agua

Cuando una planta succiona agua, es porque el agua se adhiere a la parte interior de los tubos de la planta que son hidrofílicas, mientras que la tensión superficial trata de darle forma esférica buscando coherencia. Este proceso continúa hasta que se condensa agua con suficiente volumen para interactuar con la gravedad.

Acción Capilar en Plantas

El agua es el compuesto más abundante en la superficie de la Tierra, cubriendo el 71% de ella .

Profundidades-del-Océano

El agua es un compuesto básico para todas las formas de vida conocidas, representando  entre 55% y 78% del cuerpo humano y hasta el 90% en frutos y plantas. Todas las formas de vida conocida la necesitan, y si no tienen suficiente de ella mueren.

Elementos del cuerpo humano

Actualmente es imposible determinar la cantidad exacta que existe en la Tierra.

El Servicio Geológico de Estados Unidos estima que sobre la litósfera de la Tierra hay aproximadamente 1.33 mil millones de kilómetros cúbicos de agua. El 96.5% dentro de los océanos, el 1.7% en acuíferos, 1.7% en glaciares en polos y montañas y menos del 0.3% del agua está en los ríos, lagos y la atmósfera. Del total del agua en la superficie de la Tierra, sólo el 2.5% es agua dulce, y el 98.8% de este 2.5% está en hielos (77%) o en mantos acuíferos subterráneos.

En Artinaid pensamos que el cálculo de agua es extremadamente conservador, pues  si se considera un volumen de material en la litósfera de 35 mil millones de kilómetros cúbicos (grosor de 71 km de litósfera) y un 12% de saturación de agua en la porosidad de la roca  se tienen 4.3 mil millones de kilómetros cúbicos más de agua.

Lo mismo ocurre en el Manto Terrestre, si se considera un volumen de 868 billones de kilómetros cúbicos y una saturación de 12% de agua dentro de la porosidad de la roca, se tendría un estimado de 104 mil millones de kilómetros cúbicos de agua, esto sin considerar que es posible que el núcleo de la Tierra cuente con agua también.

Agua-en-el-Manto

Bajo estas consideraciones y con cifras conservadoras, pensamos que los océanos contienen únicamente un 1% del total del agua en la Tierra, que el estimado de agua bajo estas consideraciones es de 110 mil millones de kilómetros cúbicos.