Apuntes - Tecnología Del Medio Ambiente - 2. TMA Hidrosfera 2017 PDF

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LA HIDROSFERA María Llanos Amo Saus Departamento de Química-Física

 ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA.  PROPIEDADES DEL AGUA Y CONSECUENCIAS MEDIOAMBIENTALES.  DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA.

ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA Enlace covalente

Enlace covalente Modelo de Bohr

El agua es la especie química más importante de todas las conocidas

ESTRUCTURA DEL AGUA

ÁNGULO DE 105 º

POLAR

 Disuelve sales y sustancias polares  Mal disolvente de gases, grasas y aceites (sustancias apolares)

ESTRUCTURA DEL AGUA

Enlaces por puente de hidrógeno

Estructura reticular

El agua se encuentra en el planeta en los tres estados de agregación de forma natural

PROPIEDADES DEL AGUA Y CONSECUENCIAS MEDIOAMBIENTALES 1. Capacidad calorífica 2. Conductividad térmica 3. Temperaturas de fusión y ebullición 4. Densidad 5. Capilaridad 6. Tensión superficial 7. Capacidad disolvente 8. Grado de ionización

1. Capacidad calorífica elevada Es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia en una unidad de temperatura.

Proceso de vaporización El agua necesita mucha energía:  romper los puentes de hidrógeno  aportar energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.

La Tª del agua aumentará más lentamente que la de cualquier otro material, absorbiendo calor de su entorno.

Proceso de congelación

Cuando el agua se congela, libera gran cantidad de calor a sus alrededores.

El agua es un buen almacenador de calor

Los pares agua líquida/agua sólida y agua líquida/vapor de agua

reguladores térmicos del clima y de los seres vivos Ayuda a regular / amortiguar los cambios de temperatura del planeta

2. Alta conductividad térmica Permite intercambios caloríficos entre toda la masa de agua disponible, en poco tiempo.

3. Temperaturas de fusión y ebullición elevadas

4. Variación anómala de la densidad

0 ºC

3,98 ºC

Temperatura

0 ºC

3,98 ºC

Temperatura

El hielo protege a los organismos acuáticos manteniendo la Tª del agua por encima de 0ºC.

5. Capilaridad La capilaridad es la combinación de la cohesión y la adhesión que hacen que el agua ascienda entre dos láminas. Cohesión fuerzas de interacción entre moléculas de la misma sustancia. Adhesión fuerzas de interacción entre moléculas de sustancias distintas.

Elevada fuerza de cohesión → el agua se agrupa en gotas sobre una superficie.

• Ascenso de la savia en los vegetales • Movimiento del agua en el suelo

Fuerza de cohesión agua Fuerza de cohesión agua-superficie Fuerzas de adhesión agua-pared capilar Moléculas de agua

6. Tensión superficial elevada Es una consecuencia de la fuerte cohesión de las moléculas en la superficie del agua

7. Capacidad como disolvente elevada  Facilidad para disolver sales  Alta capacidad de reacción con diversos tipos de sustancias.  Capacidad de formación de enlaces de hidrógeno con muy diversas sustancias.  Pequeño tamaño molecular.  Elevado valor del momento dipolar.

Salinidad  Agua de mar: 35 g/l de sales (2/3 NaCl)  Aguas dulces continentales: 60–180 mg/l de sales (bicarbonato de sodio, carbonato de sodio, carbonato de magnesio, cloruro de sodio, cloruro de magnesio, etc.)

(Mar Muerto ≈ 350 g/l)

COMPARACIÓN: MAR MUERTO Y OTROS MARES Gramos/Litro

Mar Muerto

Mar Mediterráneo

Otros mares

224,00

22,90

1,90

Magnesio

44,00

1,49

1,35

Sodio

40,10

12,70

10,5

Calcio

17,20

0,47

0,40

Potasio

7,65

0,47

0,39

Bromuro

5,30

0,08

0,07

Cloruro

Los iones que se presentan en el agua en mayor concentración provienen:  De la disolución de los materiales de la corteza terrestre Cationes: Ca2+ Na+ Mg2+ K+ Fe2+ … Aniones: HCO3- Cl- SO42- NO3- PO43- …  De iones presentes en el agua de lluvia como: H3O+ y HCO3 De procesos de descomposición de seres vivos como: SO42- NO3- PO43- NH4+ CH3COO-...

Contiene gases disueltos:

El O2 disuelto en el agua limita la vida de los organismos Los gases disueltos en las aguas provienen:  Disolución de gases atmosféricos O2, N2 y CO2  Producidos en la actividad de los seres vivos O2 y CO2  Originados por la descomposición aerobia o anaerobia de los seres vivos N2, CO2, CH4, H2S

Factores que afectan a la disolución de los gases:  Temperatura: aguas frías disuelven mejor el O2 y otros gases que aguas cálidas.  Presión: La solubilidad del O2 y otros gases aumenta al aumentar la presión (depende de la altitud).  Agitación de las aguas: mayor agitación, mayor cantidad de O2 disuelto.  Actividad de los organismos fotosintéticos: las microalgas generan O2.

8. Bajo grado de ionización De cada 107 moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada H2 O H3O+ + OHEn el agua pura [H3O+] = [OH-], la concentración de iones oxonio es de 10-7 , pH=7 Se define el pH como el logaritmo cambiado de signo de la concentración de iones oxonio: • disolución neutra pH = 7 → [H3O+] = [OH-] • disolución ácida pH < 7 → [H3O+] > [OH-] • disolución básica pH > 7 → [H3O+] < [OH-]

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA TIERRA Cubre 72% de la superficie de la Tierra  Agua atmosférica (vapor de agua y agua líquida natural, en las nubes)  Océanos y mares (agua salada)  Aguas continentales (ríos y lagos)  Aguas subterráneas  Glaciares (hielo)

La distribución del agua entre los océanos, los casquetes polares, ríos y lagos es relativamente constante.

Capacidad de purificación no es infinita Tiempo medio que una molécula de agua permanece en los distintos tramos del ciclo del agua:

Atmósfera …………… 10 días Ríos ………………….. 20 días Lagos ……………….. 1-100 años Acuíferos subterráneos ... 300 años Océanos ……………. 3000 años

AGUAS CONTINENTALES Aguas superficiales de escorrentía (fluviales)

Aguas lacustres Regeneración lenta

Gran poder de regeneración

Su composición es variable: depende del tipo de terreno atravesado y de los procesos de erosión y dilución

En los de profundidad (>8m), se produce estratificación térmica, dos zonas de composición diferente:  zonas superficiales con especies oxidadas O2 CO2 SO42- Fe3+  zonas profundas con especies reducidas CH4 H2S NH3 Fe2+ Alto peligro de eutrofización

AGUAS SUBTERRÁNEAS Aguas subterráneas o edáficas:  Aguas con ausencia de materiales en suspensión y color, debido al proceso de filtración del terreno.  De mineralización elevada, alta conductividad.  Presencia de especies con bajo grado de oxidación, Fe(II), Mn (II), debido a las condiciones reductoras.

Formación de un acuífero:

Capa

freática

Zona de aireación (no saturada) Zona saturada ( acuífero) Arcilla o roca impermeable

Zona de recarga: infiltración en el terreno de agua de precipitación o desde los ríos y lagos. Zona de descarga: salida del agua por evapotranspiración, por manantiales y alimenta ríos y lagos.

Tipos de acuíferos:  Acuíferos detríticos masas de rocas fragmentadas, arenas o gravas, que almacenan el agua en los espacios intersticiales.  Acuíferos kársticos rocas disueltas por el agua (rocas carbonatadas) que forman unas estructuras geológicas, karst, capaces de almacenar grandes cantidades de agua (frecuentes en la Península Ibérica)

Peligros:  Disminución del nivel freático si se extrae más agua de la que se recarga: uso no sostenible.  Contaminación del agua: vertidos en las zonas sin agua en forma de cono alrededor del punto de extracción.

SUSTANCIAS PRESENTES EN LAS AGUAS NATURALES CON MAYOR FRECUENCIA Clasificación según la procedencia y el tamaño de partícula en que se encuentren: Fuente

Suspensión

Dispersión coloidal

ATMÓSFERA

Partículas orgánicas e inorgánicas

Partículas orgánicas e inorgánicas

Gases. Iones disueltos: H3O+, HCO3- , SO42-

Sílice Sustancias húmicas

Aniones y cationes de sales disueltas

Macromoléculas orgánicas

Moléculas orgánicas e inorgánicas provenientes de descomposición de materia orgánica

LITOSFERA Arenas Minerales, rocas Arcillas Sustancias húmicas y suelo BIOSFERA Seres vivos

Algas, plantas Animales acuáticos Bacterias

Virus

disolución

AGUA DISPONIBLE PARA USO HUMANO

Gestión eficaz asegurar el suministro de agua uso sostenible

Planes Hidrológicos: legislación, presas, embalses, canales, etc....