Propiedades Térmicas y Químicas del Agua: Impacto en el Medio Ambiente
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Capacidad Calorífica y Calor Específico
La capacidad calorífica se relaciona con la capacidad de una sustancia para almacenar energía calorífica. La cantidad de calor necesaria para modificar un grado la temperatura de un sistema es la capacidad calorífica. El agua tiene una capacidad calorífica elevada, con un valor de 1.0 cal g-1 C-1 a 15°C, cantidad que no varía con la temperatura. Este valor es elevado y superior al de otro líquido o sólido. La capacidad calorífica del hielo es el doble que la del agua líquida, con lo que puede almacenar más calor que el líquido.
El alto calor específico del agua explica que las masas de agua cambien su temperatura más lentamente que las rocas y el suelo, actuando de reguladores del flujo de calor entre la litosfera y la atmósfera, siendo fundamental para la regulación del clima en el planeta. Los océanos actúan de termostatos en los que la energía calorífica es transportada a las regiones frías por corrientes marinas como la del Golfo.
Asociadas a Cambio de Estado
Punto de Fusión y Calor de Fusión
El punto de fusión de un sólido a una presión dada (P) es la temperatura (T) a la que el sólido y el líquido están en equilibrio a dicha presión. El calor de fusión (ΔHfusión) es la cantidad de calor absorbida necesaria para fundir un sólido a P y T constantes.
Punto de Ebullición y Calor de Vaporización
La temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión exterior se llama punto de ebullición. El calor de vaporización es la cantidad de calor que debe ser absorbida para que una cantidad de líquido se vaporice a T constante.
Sublimación y Calor de Sublimación
El paso directo de las moléculas del estado sólido al de vapor se llama sublimación. La entalpía de sublimación es la cantidad de calor necesaria para convertir un sólido en su vapor. Hay tasas apreciables de sublimación de hielo sin licuarse en la nieve de las altas montañas en invierno a T < 0°C.
Propiedades Químicas
El agua tiene importancia relevante como medio de reacción en el que se dan un gran número de procesos químicos. Todas las reacciones bioquímicas asociadas con la vida animal o vegetal requieren el agua. El agua es un disolvente potente frente a muchas sustancias; todos los compuestos iónicos (sustancias polares) o aquellos en los que internamente se produzcan separaciones de carga, se disuelven en mayor o menor medida en el agua, mientras que las sustancias apolares son insolubles. Viene dado por la constante dieléctrica, que es muy elevada.
En el fenómeno de disolución de sustancias en agua se destaca la de gases. La disolución específica de aire u oxígeno en un agua natural es importante porque hace imprescindible la vida en los cauces naturales. La cantidad de un gas que se disuelve en agua depende del gas, de la presión del gas en equilibrio con el agua y la temperatura.
Transporte de Partículas en Agua
Difusión
Fenómeno en el que una disolución en la que hay diferencias de concentración en diferentes puntos tiende a hacerse homogénea, igualar su concentración en toda su extensión. Es de carácter irreversible. Para explicarlo, supongamos un recipiente integrado por dos compartimentos aislados en principio entre sí, que contienen una disolución de concentración C0, uno de ellos, y agua en el segundo. Si se levanta la pared de separación entre los dos compartimentos, los dos líquidos se mezclan, y al final, tras un tiempo, la concentración es homogénea en todo el recipiente e igual a C0/2. Ha existido un tránsito de moléculas de soluto a través del plano central de separación entre los dos compartimentos.
Sedimentación
Fenómeno que implica transporte de sustancias en el seno de un líquido. El campo gravitatorio externo atrae con más fuerza a los componentes más densos de una disolución acuosa, haciendo su desplazamiento en el mismo sentido que el de la fuerza de la gravedad. Proceso en el que se apoyan gran parte de las técnicas industriales de tratamiento y depuración de aguas.
Ósmosis
Lo que se transporta es el agua y no las partículas disueltas en ella. Es la base de la desalación y purificación de aguas, es parcialmente responsable del transporte de agua desde las raíces hasta las hojas de los árboles.
Convección
Estos fenómenos se basan en que la densidad del agua varía con la temperatura: se reduce a medida que aumenta la temperatura del medio. Al estar en contacto dos masas hídricas de distinta temperatura y distinta densidad, siempre la más densa, de temperatura inferior, tenderá a descender en una determinada columna de agua con respecto a la masa de temperatura más alta. Así se explica la dinámica experimentada por los medios hídricos naturales. Suponemos el océano libre y lo que ocurre cuando se ponen en contacto dos masas de agua a distinta temperatura. Si hay una corriente oceánica fría y otra cálida, la fría es rica en nutrientes. El agua fría, más densa, posibilita en su descenso al fondo del océano el arrastre de los nutrientes, y la alimentación de las formas de vida del océano está garantizada.