Fundamentos Químicos y Biológicos del Agua: Propiedades, Dureza e Indicadores de Contaminación

Propiedades Físicas del Agua

Los puntos de ebullición y fusión del agua son anormalmente altos con respecto a los de su familia química. Esto se debe a la existencia de fuertes enlaces por puente de hidrógeno.

Anomalías y Constantes Térmicas

• Densidad Absoluta: La densidad del agua presenta una anomalía: entre 0 °C y 4 °C aumenta, alcanzando su máximo a 4 °C; a partir de 4 °C y hasta los 100 °C, disminuye.
• Capacidad Calorífica (Cc): El agua posee altos valores de su capacidad calorífica y de los calores latentes de fusión y vaporización. La Cc es la capacidad de absorber calor, lo que permite que grandes masas de agua moderen los cambios de temperatura.
• Calores Latentes (Cl): Es el calor necesario para pasar de un estado a otro sin aumentar la temperatura (Tª).
  • Calor de Vaporización: 539,5 cal/g.
  • Calor de Fusión: 79,7 cal/g.

Estas propiedades se traducen en que los mantos acuíferos tengan un gran efecto estabilizador del clima, actuando como auténticos reguladores térmicos.

El Hielo y la Densidad

Cuando el agua se solidifica, aumenta su volumen, siendo mayor el valor de densidad como líquido que como sólido. Esto da lugar a que el hielo flote en la superficie de las aguas, permitiendo la vida en los fondos acuáticos al aislar térmicamente el cuerpo de agua.

Dureza del Agua

El agua dura es aquella que contiene en disolución cantidades apreciables de compuestos de Calcio (Ca) y Magnesio (Mg). Estos iones forman compuestos muy insolubles con el jabón.

Tipos de Dureza

1. Dureza Temporal: Es aportada por los bicarbonatos de calcio y magnesio. Se puede eliminar por calentamiento, ya que precipitan.
2. Dureza Permanente: Es aportada por el resto de las sales de calcio y magnesio (sulfatos, cloruros). Para eliminarlas, se necesita añadir un agente químico, como el Carbonato de Sodio (Na₂CO₃).

Para reducir la dureza del agua a nivel industrial o doméstico, se utilizan intercambiadores iónicos.

Características Biológicas del Agua

El agua es esencial para la vida debido a sus funciones biológicas clave:

• Es el mejor disolvente de las sustancias nutritivas y, por tanto, actúa como vehículo transportador de esas sustancias a todo el cuerpo.
• Todas las reacciones metabólicas se llevan a cabo en su presencia.
• Debido a su elevada tensión superficial, provoca en el citoplasma de las células un movimiento protoplasmático que facilita el transporte interno y el movimiento celular.
• Actúa como termo-regulador, evitando que el cuerpo experimente cambios bruscos de temperatura.

Parámetros Físicos Indicadores de Contaminación

Estos parámetros no son contaminantes en sí, pero sí indicadores de contaminación en el agua:

• Color
• Olor
• Sabor
• Turbidez
• Sólidos disueltos
• Temperatura
• pH
• Conductividad

Parámetros Indicadores de Contaminación por Microorganismos (MO)

Estos indicadores miden la presencia de materia oxidable, generalmente asociada a la actividad biológica o química en el agua.

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

Se utiliza para tener una idea de la concentración de materia orgánica (MO) biodegradable. Se calcula midiendo la disminución de la concentración de Oxígeno (O₂) disuelto en el agua después de incubar la muestra durante un periodo estándar (generalmente 5 días).

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Mide la cantidad total de materia orgánica e inorgánica susceptible de oxidación química contenida en el agua. En esta medida, los microorganismos oxidantes se sustituyen por un agente químico fuerte, como el Dicromato de Potasio (K₂Cr₂O₇). La reacción se realiza en medio ácido y se le añaden catalizadores para evitar interferencias de halogenados.

Carbono Orgánico Total (COT)

Se realiza una combustión catalítica de la muestra a temperaturas elevadas, de manera que todo el Carbono (C) orgánico se convierta en Dióxido de Carbono (CO₂), el cual es medido.

El Ciclo del Azufre

El azufre es un elemento esencial que circula a través de la biosfera siguiendo la siguiente secuencia:

1. Proteínas Vegetales
2. Ingesta por Vida Animal
3. Proteínas Animales
4. Productos de desecho / Muerte
5. Materia Sulfurosa Orgánica
6. Descomposición
7. Sulfuro de Hidrógeno (H₂S)
8. Oxidación del Azufre (S)
9. Sulfatos / Sulfitos
10. Asimilación por Vida Vegetal