Propiedades Químicas del Agua

Las propiedades químicas del agua mas importantes son:

1. pH:

pH = - log [H⁺]

El pH es una medida de la concentración de iones H⁺ en la muestra de agua.
La actividad biológica que puede agregar el agua depende de un pH comprendido entre 6 y 8. En aguas naturales, el pH debe estar entre 6,5-8,5 y en aguas oceánicas debe tener un pH=8.

El pH se mide por medio de un aparato llamado pH-metro y su valor informa de las reacciones químicas que pueden tener lugar en una muestra de agua.

2. Alcalinidad:
Mide la cantidad de iones en el agua capaces de ser neutralizados por los iones H⁺.
En aguas superficiales, la alcalinidad es despreciable (pH entre 6 y 8), y la especie que domina es el anión HCO₃^- mientras que en el agua atmosférica, el pH es ácido se sitúa entorno a 5,6 y la especie dormitante es CO₂.
**Origen de la Alcalinidad:
Esta en la presencia de iones HCO₃^-; CO₃^- y los OH^-. Se produce por la acción de las aguas subterráneas (H₂O)en las rocas calizas (contiene CaCO₃)que la rodean, resultando la reacción química:

CaCO₃(sólido) + H₂O (líquido) + CO₂ (gas)→ Ca (HCO₃)₂ (acuoso)

↓

Ca ²⁺(ac) + 2HCO₃^- (ac)

**Medida de alcalinidad:
Se puede realizar mediante dos pasos:

Alcalinidad total:

Valor de la alcalinidad obtenida usando un indicador que cambie de color en la reacción ácida (por ejemplo: rojo de metilo, pH = 4,2 cambia de color).

Alc = 2 [CO₃^2-] + [HCO₃^-] + [OH^-] – [H⁺]

2. Alcalinidad fenolftaleínica:

Valor de la alcalinidad obtenida usando fenolftaleína como indicador, cuyo cambio de color se produce a pH = 8,3.

Alc = [CO₃^2-] + [OH^-]

Su unidad es: mg CaCO₃ por litro de agua.

**Importancia de la alcalinidad:

Es una medida de la fertilidad del agua: Su valor es una medida de carbono inorgánico disuelto en agua natural
Mide la capacidad taponante de un agua natural: a mayor alcalinidad, mayor capacidad taponante.
Tiene relación con la dureza temporal del agua: Una elevada alcalinidad, indica una elevada concentración de iones HCO₃^- y CO₃^- en un agua natural cuyos cationes asociados son Ca²⁺ y Mg²⁺, que proporcionan a su vez dureza elevada.

**Problemas causados por la alcalinidad:
Los precipitados formados entre la alcalinidad y los cationes Ca²⁺ y Mg²⁺ del agua provocan incrustaciones que son las responsables de las obstrucciones de tuberías y calderas.

3. Dureza:
Se debe fundamentalmente, a la presencia en el agua de iones como Ca2+ y Mg2+. Se calcula de la siguiente forma:

DUREZA = [Ca²⁺] + [Mg²⁺]

Su unidad es mg de CaCO₃ por litro de agua.
**Característica de una agua dura:

Origina costras en los utensilios que las contiene;
poseen un sabor desagradable;
aspecto opaco en la ropa lavada con agua dura;
provoca residuo grisáceo al disolverse jabón, disminuyendo su efectividad.

**Origen de la dureza:
Se debe a la disolución de la piedra caliza (CaCO₃) por el agua de lluvia que contiene disuelto CO₂ procedente de la atmósfera.
**Determinación de la dureza:
Se realiza con AEDT (que es una sal disódica), con un indicador llamado Negro de Eriocromo (NET).
**Clasificación de las aguas según su dureza:
Se puede clasificar en 4 tipos:

Blanda: Su dureza está por debajo de 50 mg CaCO₃/litro agua.
Moderadamente dura: dureza entre 50-150 mg CaCO₃/litro agua.
Dura: dureza entre 150-300 mg CaCO₃/litro agua.
Muy dura: dureza por encima de 300 mg CaCO₃/litro agua.

**Tipos de dureza:

Dureza temporal: Es la que mas contribuye a la dureza total del agua. Se debe a los iones HCO₃^-. Se elimina llevando a ebullición el agua.
Dureza permanente: Se debe a los iones Cl^-, NO₃^-, SO₄^-.

4. Acidez:
El origen de la acidez de un agua se debe a la presencia de compuestos como CO₂, H₂S, H₂PO₄^-, a proteínas, ácidos grasos, ácidos fúlvicos y húmicos y por la presencia los cationes Fe²⁺ y Al³⁺ que provocan hidrólisis ácidas, a consecuencia de vertidos de origen antropogénico.

Las aguas naturales suele ser poco ácidas, se debe a ciertos vertidos industriales o lixiviados de las minas. El agua ácida de mina se debe la oxidación de sulfuros de Fe²⁺ produciendo H₂SO₄.

2FeS₂ (sólido) + 2H₂O + 7O₂ → 4H⁺ + 4SO₄^2- + 2Fe²⁺

Al³⁺ + H₂O → H⁺ + [Al(OH)]²⁺

El agua superficial contiene disuelto una serie de gases entre los que destaca el CO₂ que puede intercambiarse con el atmosférico.
**Fuentes y naturaleza de la acidez:
La acidez procede de: CO₂ atmosférico de las aguas superficiales; la oxidación biológica de la materia orgánica (en las aguas subterráneas y en la parte mas profunda de los lagos, este CO₂ producido por la oxidación- aeróbica y anaerobica) bacteriana de la materia orgánica no puede salir a la atmósfera.
**Determinación de la acidez:
Se realiza por volumetría (técnica de separación de líquidos usado en un laboratorio de Química), valorando con una base. Tipos de acidez:

Acidez TOTAL:

Valoración en la que se usa Fenolftaleína como indicador (pH=8,3), se neutralizan todas las especies ácidas excepto HCO₃^-.

2. Acidez MINERAL LIBRE:

Valoración en la que se utiliza ROJO DE METILO como indicador (hasta pH = 4,2), se neutralizan todos los ácidos fuertes.
**Efectos de la acidez:
La acidez puede provocar:

la destrucción de la vida acuática (pH=4), a pH muy bajos, los iones HCO₃^- y CO₃^2- están protonados dando lugar a ácido carbónico (H₂CO₃), muy inestable, que se descompone generando CO₂. El aumento de los niveles de CO₂ en el medio dificulta la difusión de CO₂ desde la sangre al agua, provocando su acumulación en el interior del pez. Por ello su sangre puede transportar menos oxígeno, disminuye el pH de su sangre lo que lleva a ocasionarle la muerte.
corrosión (pH<6) y
daños a cosechas (pH<4,5 ó pH=8,9)

5. Oxígeno disuelto(O₂):
El O₂ constituye un elemento vital de las aguas naturales, es poco soluble en el agua, no reacciona químicamente con el agua, su solubilidad disminuye con la temperatura (la solubilidad del O₂ atmosférico en el agua dulce es 14,6 mg/L a 0ºC y 1 atm y de 7 mg/L a 35ºC y 1 atm). Las aguas saturadas de O₂ son inodoras e insípidas (sin sabor)

6. Demanda de oxígeno:
Las sustancias orgánicas pueden utilizar como alimentos de microorganismos por un periodo razonable de tiempo (compuestos biodegradables).

**Uso microbiológico:

Oxidación aerobia (presencia de O₂):

Materia Orgánica + Bacteria + O₂ da lugar a nuevas células y a compuestos estables, inertes y medioambientalmente aceptables como CO₂, NH₃, H₂O.

2.Oxidación anaerobia (ausencia de O₂):
Materia Orgánica + Bacteria da lugar a nuevas células mas malos olores, ya que contiene compuestos como CH₄, H₂S, NH₃, CO₂, H₂O.

6. Demanda Bioquímica del Oxígeno (DBO₅):
Es la cantidad de O₂ consumido durante su uso microbiológico (como alimento) de los compuestos orgánicos presentes en el agua.
Un indicador de cálculo es la DBO₅: que es el O₂ consumido por una muestra de agua colocada en eun recipiente con una determinada cantidad de aire que se deja en incubación a 5ºC durante 5 días.

7. Demanda Química del Oxígeno (DQO):
Es la medida de la materia orgánica no biodegradable de un agua.
La DQO se realiza por oxidación de la materia orgánica con un oxidante químico fuerte, en medio ácido y con catalizador.
El ion dicromato Cr₂O₇^2- es un agente oxidante muy potente en disoluciones fuertemente ácidas.

DQO + DBO = materia orgánica NO biodegradable.

8. Carbono Orgánico Total (COT):
Otra forma de medir la cantidad de materia orgánica de una muestra de agua.
Mide la cantidad de CO₂ producido por la calcinación de una micromuestra. Se expresa en mg de Carbono/Litro. Es mas reproducible que la DBO₅.

9. Nitrógeno (N₂):
Su presencia en el agua se debe a la concentración de determinados compuestos que contienen nitrógeno (NH₃, N₂, N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅), siendo los mas importantes son los NH_3, N₂, N₂O₃, N₂O₅.
**Nitrógeno y calidad de las aguas:

Agua aceptable para el consumo: Ausencia de Nitrógeno orgánico + amoniacal, presenta bajo contenido en NO₃^-.
Agua no apta para consumo: presenta un alto contenido de Nitrógeno orgánico + amoniacal y un bajo contenido de Nitrógeno (nitritos y nitratos).

10. Fósforo (P):
Su presencia no supone riesgo directo para la salud humana. Se suele presentar en formas de fosfatos (H₂PO₄^-, HPO₄^2-) que proceden de fertilizantes agrícolas.
El riesgo indirecto es un alto contenido de PO₄^3- produce la eutrofización del agua que es la aparición de plantas acuáticas que hace que aumente la DBO del agua.

11. Otros parámetros:
Otros parámetros que pueden estar en el agua son metales pesados, cianuros, sulfuros, fenoles, aceites, grasas, detergentes, pesticidas, etc. que necesitan de un análisis bacteriológico para su determinación.