AGUA , AIRE Y GASES

ELIJA ENTRE OPCION ¨1, 2 Ó CONTINUE EN EL RESUMEN

1.-OPCION GENERAL DE TODO EL CONTENIDO DEL PLAN MINEDUC
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2.- OPCION SOBRE ESTADO DE LA MATERIA (LEY DE LOS GASES Y OTROS)

RESUMEN DE CONCEPTOS SOBRE EL AGUA Y EL AIRE

EL AGUA
Agua es un compuesto químico formado por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, de fórmula H20. "Agua" es nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O. Casi todo el hidrógeno del agua tiene una masa atómica de
PROPIEDADES DEL AGUA
El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de congelación del agua es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al congelarse. El agua es uno de los agentes ionizantes más conocidos (tal como se aprende al estudiar ionización). Puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en agua, se le conoce frecuentemente como el
EL SOLVENTE UNIVERSAL.
El agua combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de los metales formando ácidos (como se ve al analizar ácidos y bases) y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas importantes.
ESTADO NATURAL DEL AGUA
El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo. Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura dada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura.
EL AGUA EN LA VIDA
El agua es el componente principal de la materia viva. Constituye del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos. El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua.
CICLO NATURAL DEL AGUA
La hidrología es la ciencia que estudia la distribución del agua en la Tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustancias existentes en la naturaleza, y su relación con la vida en el planeta. El movimiento continuo de agua entre la Tierra y la atmósfera se conoce como ciclo hidrológico. Se produce vapor de agua por evaporación en la superficie terrestre y en las masas de agua, y por transpiración de los seres vivos. Este vapor circula por la atmósfera y precipita en forma de lluvia o nieve.
COMPOSICIÓN DEL AGUA
Debido a su capacidad de disolver numerosas sustancias en grandes cantidades, el agua pura casi no existe en la naturaleza.
Durante la condensación y precipitación, la lluvia o la nieve absorben de la atmósfera cantidades variables de dióxido de carbono y otros gases, así como pequeñas cantidades de material orgánico e inorgánico. Además, la precipitación deposita lluvia radiactiva en la superficie de la Tierra.
El agua del mar contiene, además de grandes cantidades de cloruro de sodio o sal, muchos otros compuestos disueltos, debido a que los océanos reciben las impurezas procedentes de ríos y arroyos. Al mismo tiempo, como el agua pura se evapora continuamente el porcentaje de impurezas aumenta, lo que proporciona al océano su carácter salino.
PURIFICACIÓN DEL AGUA
Las impurezas suspendidas y disueltas en el agua natural impiden que ésta sea adecuada para numerosos fines. Los materiales indeseables, orgánicos e inorgánicos, se extraen por métodos de criba y sedimentación que eliminan los materiales suspendidos. Otro método es el tratamiento con ciertos compuestos, como el carbón activado, que eliminan los sabores y olores desagradables. También se puede purificar el agua por filtración, o por cloración o irradiación que matan los microorganismos infecciosos.
La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio.
DESALINIZACIÓN DEL AGUA
Los procesos incluyen la evaporación seguida de la condensación del vapor resultante, y se conocen como: evaporación de múltiple efecto, destilación por compresión de vapor y evaporación súbita. En este último método, que es el más utilizado, se calienta el agua del mar y se introduce por medio de una bomba en tanques de baja presión, donde el agua se evapora bruscamente. Al condensarse el vapor se obtiene el agua pura.
La congelación es un método alternativo que se basa en los diferentes puntos de congelación del agua dulce y del agua salada. Los cristales de hielo se separan del agua salobre, se lavan para extraerles la sal y se derriten, convirtiéndose en agua dulce.
FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA
Pueden resumirse en cinco las principales funciones biológicas del agua:
Es un excelente disolvente, especialmente de las sustancias iónicas y de los compuestos polares..
Permite el movimiento en las partículas disueltas (difusión) y constituye el principal agente de transporte de muchas sustancias nutritivas, reguladoras o de excreción.
Gracias a sus notables características térmicas (elevados calor específico y calor de evaporación) constituye un excelente termorregulador, una propiedad que permite el mantenimiento de la vida de los organismos en una amplia gama de ambientes térmicos.
Interviene, en especial en las plantas, en el mantenimiento de la estructura y la forma de las células y de los organismos.
CONTAMINANTES DEL AGUA
Agentes que pueden producir la contaminación del agua, entre los que se pueden mencionar:
Agentes patógenos: Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua provenientes de desechos orgánicos.
Desechos que requieren oxígeno: Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas.
Sustancias químicas inorgánicas: Acidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua.
Sustancias químicas orgánicas: Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.
Sedimentos o materia suspendida: Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.
Sustancias radiactivas: estas pueden causar defectos congénitos y cáncer.
Calor: Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.
EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA
1. Enfermedades infecciosas, causadas por las aguas negras.
2. Enfermedades ocasionadas por la presencia en el agua de tóxicos químicos.
3. Enfermedades cuando el agente infeccioso se encuentra en el seno de otros organismos que viven en el agua (larvas de mosquitos, bilarzia).
4. Muerte de la vida acuática.
5. Se contaminan los alimentos.
6. Las algas crecen en exceso (causado por las aguas negras).
7. Enfermedades que engloban trastornos nerviosos, digestivos y renales (causado por el plomo).
REQUISITOS PARA QUE EL AGUA SEA POTABLE
1. Color: Debe ser incolora, el color proviene de la materia orgánica en suspensión.
2. Olor: Debe ser completamente inodora, aún después de haber estado almacenada durante varios días.
3. Sabor: Debe ser de gusto agradable, éste está dado por las sales que contiene.
4. Turbiedad: Debe ser límpida, la turbiedad depende del material orgánico e inorgánico. Las aguas superficiales son turbias.
5. Requisitos microbiológicos: Debe estar exenta de gérmenes patógenos.
6. Requisitos químicos: Debe carecer de elementos químicos tóxicos en proporciones que superen los límites considerados como admisibles. Además, debe tener pocas sales minerales disueltas, pues su exceso la haría agua pesada.


AIRE
El aire que rodea la superficie terrestre se llama atmósfera. La atmósfera es una mezcla de gases que rodea el planeta y que mantiene unida a él debido a la fuerza de gravedad que la tierra ejerce sobre ella. Proporciona las sustancias gaseosas necesarias para que se lleven acabo procesos vitales como la respiración y la fotosíntesis
Sin la atmósfera, la tierra sería un planeta incapaz de mantener la vida.
PROPIEDADES DEL AIRE
La composición del aire es variable y depende de la altitud. A nivel del mar, el aire seco está compuesto por los siguientes gases: Nitrógeno, 78,03 %, Oxígeno 20,90%, Argón 0,03%, el 0,04% restante lo constituyen el Dióxido de Carbono y el vapor del agua, más otros gases en menor proporción.
Los gases más abundantes en la atmósfera terrestre son el Nitrógeno y el Oxígeno y podemos agregar que el Dióxido de Carbono y el vapor de agua son los gases más importantes para la vida.
Las propiedades del aire que se manifiestan por su composición son:
 El aire es materia
Tiene masa y ocupa un volumen determinado.
 El aire ejerce presión en todas direcciones
Dicha presión se llama presión atmosférica y que para un lugar concreto depende de la altitud, temperatura y cercanía con el amar
 El aire es fuente de Oxígeno
Posibilita la respiración de los seres vivos y mantiene la composición de cualquier sustancia combustible
 El aire es fuente de muchos gases esenciales para la vida
El Dióxido de Carbono, el Nitrógeno y el agua gaseosa, junto al Oxígeno, se ciclan constantemente en la biosfera. Por ejemplo, los seres vivos toman el Oxígeno del aire al respirar y liberan Dióxido de Carbono, que absorben las plantas verdes en la fotosíntesis para seguir entregando nuevamente Oxígeno al aire.
 El aire actúa como filtro de la radiación ultravioleta proveniente del sol
La capa de aire que se encuentra a unos 30 Km. de altura sobre la superficie terrestre, nos protege de las radiaciones dañinas gracias al elemento gaseoso llamado Ozono cuyas moléculas se forman a partir de tres átomos de Oxígeno.
UTILIDAD DEL AIRE
La actividad humana está estrechamente relacionada con la utilización del aire para los más diversos fines:
 El aire es un medio para realizar todo tipo de combustiones
La combustión permite el funcionamiento de maquinarias, la utilización y transformación de la energía calórica y la producción de multitud de materiales útiles.
COMPOSICION QUIMICA DEL AIRE
La composición química del aire seco, es decir, sin vapor del agua y a nivel del mar es la siguiente:
Nitrógeno 78,08%,Oxígeno 20,45%, Argón 0,93%, Dióxido de Carbono 0,03%
otros gases, en menor cantidad, MetanoCARBONO
Sin Carbono, ningún ser vivo podría sobrevivir. El átomo de Carbono puede formar enlaces hasta con otros átomos de otros elementos o del propio Carbono, por lo que existen miles de compuestos suyos diferentes.
Formando compuestos se halla en las rocas como en las calizas, en combustibles fósiles como el carbón y el Dióxido de Carbono de la atmósfera. Al arder un combustible, el Carbono que contiene reacciona con el Oxígeno, el exceso de éste en la atmósfera retiene el calor como el cristal de un invernadero. Esto se denomina efecto invernadero.
CICLO DEL CARBONO
Ciclo de utilización del carbono por el que la energía fluye a través del ecosistema terrestre. El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. Parte de este carbono pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas; el resto es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste es liberado en forma de CO2 por la respiración, como producto secundario del metabolismo, pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono es liberado en forma de CO2, que es utilizado de nuevo por las plantas.
Intercambios aire-agua
A escala global, el ciclo del carbono implica un intercambio de CO2 entre dos grandes reservas: la atmósfera y las aguas del planeta. El CO2 atmosférico pasa al agua por difusión a través de la interfase aire-agua. Si la concentración de CO2 en el agua es inferior a la de la atmósfera, éste se difunde en la primera, pero si la concentración de CO2 es mayor en el agua que en la atmósfera, la primera libera CO2 en la segunda.
Recursos totales de carbono
Los recursos totales de carbono, estimados en unas 49.000 gigatoneladas (1 gigatonelada es igual a 109 toneladas), se distribuyen en formas orgánicas e inorgánicas. El carbón fósil representa un 22% del total. Los océanos contienen un 71% del carbono del planeta, fundamentalmente en forma de iones carbonato y bicarbonato.
Adiciones a la atmósfera
Debido a la combustión de los combustibles fósiles, la destrucción de los bosques y otras prácticas similares, la cantidad de CO2 atmosférico ha ido aumentando desde la Revolución Industrial. La concentración atmosférica ha aumentado de unas 260 a 300 partes por millón (ppm) estimadas en el periodo preindustrial, a más de 350 ppm en la actualidad. Este incremento representa sólo la mitad del dióxido de carbono que, se estima, se ha vertido a la atmósfera.
El CO2 atmosférico actúa como un escudo sobre la Tierra. Es atravesado por las radiaciones de onda corta procedentes del espacio exterior, pero bloquea el escape de las radiaciones de onda larga. Dado que la contaminación atmosférica ha incrementado los niveles de CO2 de la atmósfera, el escudo va engrosándose y retiene más calor, lo que hace que las temperaturas globales aumenten en un proceso conocido como efecto invernadero.
Ciclo del carbono
Fig. 1
NITROGENO
El Nitrógeno es un elemento esencial para la vida y constituye casi el 80 por ciento del aire que nos rodea. Es un gas incoloro, inodoro e insípido, que está en las proteínas de toda célula viva. Un ciclo constante lo mantienen presente en nuestras vidas.
Nitrógeno, de símbolo N, es un elemento gaseoso que compone la mayor parte de la atmósfera terrestre. Su número atómico es 7 y pertenece al grupo 15 (o VA) de la tabla periódica.
Propiedades
El nitrógeno es un gas no tóxico, incoloro, inodoro e insípido. Puede condensarse en forma de un líquido incoloro que, a su vez, puede comprimirse como un sólido cristalino e incoloro. Se obtiene de la atmósfera
Aplicaciones
El nitrógeno líquido tiene una aplicación muy extendida en el campo de la criogenia como agente enfriante. Su uso se ha visto incrementado con la llegada de los materiales cerámicos que se vuelven superconductores en el punto de ebullición del nitrógeno.
CICLO DEL NITROGENO
A pesar de la abundancia del Nitrógeno en la atmósfera (78%), este puede ser utilizado directamente por las plantas superiores o por animales. Primeramente el Nitrógeno debe fijarse, esto es, combinarse con otros elementos para formar los compuestos llamados nitratos. Cierto tipo de bacterias convierte el Nitrógeno atmosférico (N2) en nitratos, pasando de esta manera al suelo vegetal.
Posteriormente, las plantas utilizan el nitrato como nutriente mineral que toman del suelo, y es utilizado para la formación de proteínas, esto es, para el crecimiento y respiración de tejidos.
OXIGENO
El Oxígeno es el elemento más abundante en la tierra. Es un gas invisible e inodoro, cuya falta causaría nuestra muerte. Al respirar, lo extraemos continuamente del aire, donde está mezclado con otros gases. Se encuentran en los mares, disuelto en el agua, en cuya composición interviene; en las rocas forma parte de muchos minerales. El Oxígeno ordinario está compuesto por moléculas con dos átomos y su símbolo es O2.
El Oxígeno es muy reactivo. La combustión, la oxidación y la respiración son algunas de las reacciones en que interviene el Oxígeno en la atmósfera.
Oxígeno, de símbolo O, es un elemento gaseoso ligeramente magnético, incoloro, inodoro e insípido. El oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra.
Propiedades y estado natural
El oxígeno gaseoso se condensa formando un líquido azul pálido fuertemente magnético. El oxígeno sólido de color azul pálido se obtiene comprimiendo el líquido. La masa atómica del oxígeno es 15,9994; a la presión atmosférica, el elemento tiene un punto de ebullición de -182,96 °C, un punto de fusión de -218.4 °C y una densidad de 1,429 g/l a 0 °C.
El oxígeno constituye el 21% en volumen o el 23,15% en masa de la atmósfera, el 85,8% en masa de los océanos (el agua pura contiene un 88,8% de oxígeno), el 46,7% en masa de la corteza terrestre (como componente de la mayoría de las rocas y minerales). El oxígeno representa un 60% del cuerpo humano.
El oxígeno está presente en muchos compuestos orgánicos e inorgánicos. Forma compuestos llamados óxidos con casi todos los elementos, incluyendo algunos de los gases nobles. La reacción química en la cual se forma el óxido se llama oxidación.
La velocidad de la reacción varía según los elementos. La combustión ordinaria es una forma de oxidación muy rápida. En la combustión espontánea, el calor desarrollado por la reacción de oxidación es suficientemente grande para elevar la temperatura de la sustancia hasta el punto de producir llamas.
CICLO DEL OXIGENO
Las plantas verdes y los animales mantienen un constante intercambio de los gases atmosféricos, Dióxido de Carbono y Oxígeno durante sus procesos de vida.
Así, el Ciclo de Oxígeno se analiza en función de la absorción de CO2 y de H2O que son utilizados por las plantas para realizar fotosíntesis con la consecuente liberación de Oxígeno que es aprovechado por animales y plantas en el proceso de respiración.
Este ciclo permite la constante renovación del Oxígeno en el aire, que constituye el 21% composición de gases de la atmósfera terrestre.
HIDROGENO
Imaginemos un mundo sin luz ni calor: es lo que sucedería de no existir el Hidrógeno. Aunque no podamos verlo, ni olerlo, ni percibir su sabor, es el elemento más abundante en el universo. Es un gas que sirve para muchas cosas.
Hidrógeno (en griego, `creador de agua'), de símbolo H, es un elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro e inodoro. Su número atómico es 1 y pertenece al grupo 1 (o IA) del sistema periódico.
A través del análisis de la luz emitida por las estrellas, se puede asegurar que el Hidrógeno es el elemento más abundante del universo: constituye el 90% del total.
Por el contrario, el Hidrógeno en estado libre es escaso en la tierra debido a la reactividad que posee y a la débil atracción gravitatoria de nuestro planeta, demasiado pequeño para retener moléculas tan ligeras. Se encuentra en estado libre en los gases volcánicos o en los que brotan de las fuentes naturales y en las capas más altas de la atmósfera.
En estado de combinación, sin embargo, es probablemente, después de Oxigeno, el elemento más abundante en la tierra. Combinado con el Oxígeno constituye el 11,2% de la masa de agua.
Propiedades Químicas
Debido a la pequeña densidad de Hidrógeno (0,09 g/l) es muy difusible y atraviesa los cuerpos porosos. Los metales finamente divididos la absorben en grandes cantidades (oclusión). Es muy poco soluble en el agua debido a que sus moléculas no son polares. En estado líquido su densidad es de 0,07 g/cm3. Su punto de congelación es de -259,14 ºC y su punto de ebullición -252,8%.
Propiedades Físicas
Por su extrema pequeñez y sus especiales características, el átomo de Hidrógeno se considera prácticamente con todos los elementos generalmente en frío. Da lugar a muchas reacciones químicas. El Hidrógeno es combustible y al arder se combina con el Oxígeno, dando agua, esto ocurre no sólo con el Oxígeno en estado libre sino también con el Oxígeno combinado. Así por ejemplo, ocurre cuando reacciona con el Óxido de Cobre Cu O + H2 ! Cu + H2O
DIOXIDO DE CARBONO
El dióxido de carbono es 1,5 veces aproximadamente más denso que el aire. Es soluble en agua en una proporción de un 0,9 de volumen del gas por volumen de agua a 20 °C.
La atmósfera contiene dióxido de carbono en cantidades variables, aunque normalmente es de 3 a 4 partes por 10.000, y aumenta un 0,4% al año. Es utilizado por las plantas verdes en el proceso conocido como fotosíntesis, por el cual se fabrican los carbohidratos, dentro del ciclo del carbono.
Disuelto bajo una presión de 2 a 5 atmósferas, el dióxido de carbono produce la efervescencia de las bebidas gaseosas. No arde ni sufre combustión, por lo que se emplea en extintores de fuego.
El dióxido de carbono sólido, conocido como hielo seco, se usa mucho como refrigerante. Su capacidad para enfriar es casi el doble que la del hielo del agua; sus ventajas son que no pasa a líquido sino que se convierte en un gas, produciendo una atmósfera inerte que reduce el crecimiento de las bacterias.
La presencia de dióxido de carbono en la sangre estimula la respiración. Por esa razón se le añade dióxido de carbono al oxígeno o aire ordinario en la respiración artificial, y a los gases utilizados en la anestesia.
MONÓXIDO DE CARBONO
Monóxido de carbono, compuesto químico de carbono y oxígeno, de fórmula CO. Es un gas incoloro e inodoro, un 3% más ligero que el aire, que resulta venenoso para los animales de sangre caliente y muchas otras formas de vida. Al ser inhalado se combina con la hemoglobina de la sangre impidiendo la absorción de oxígeno y produciendo asfixia.
Una reacción incompleta suele darse cuando ésta tiene lugar de una manera rápida, como en los motores de los automóviles, lo que provoca en los gases del escape la presencia de cantidades nocivas de monóxido de carbono que pueden alcanzar un alto porcentaje.
Debido a su falta de olor, el monóxido de carbono es un veneno engañoso. Sólo produce ligeros síntomas de dolor de cabeza, náuseas o fatiga, seguidos de estado de inconsciencia. Los combustibles gaseosos, que pueden llegar a contener hasta un 50% de monóxido de carbono, suelen llevar pequeñas cantidades de compuestos de azufre de olor desagradable con el propósito de detectar posibles fugas.
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Entre los contaminantes atmosféricos emitidos por fuentes naturales, sólo el radón, un gas radiactivo, es considerado un riesgo importante para la salud. Subproducto de la desintegración radiactiva de minerales de uranio contenidos en ciertos tipos de roca, el radón se filtra en los sótanos de las casas construidas sobre ella.
EL EFECTO INVERNADERO
Un invernadero es un recinto limitado por una superficie transparente (vidrio, plástico) en la que el calor puede penetrar, pero no escapar, lo que provoca un aumento de la temperatura en el interior del recinto.
Los gases presentes en la atmósfera tienen la capacidad de permitir el paso de la radiación solar haciendo que la tierra se caliente. En forma natural, la tierra, a su vez, emite o libera el calor excedente hacia la atmósfera.
OZONO
Es importante señalar que se halla en grandes cantidades en el campo ya que es producido por la fotosíntesis de las plantas. También se puede encontrar en el aire después de las tormentas y en lugares donde están situados equipos eléctricos porque se forma por descargas eléctricas en contacto con el Oxígeno del aire.
LLUVIA ACIDA
Se debe al incremento de las emisiones de Oxido de Azufre que en el aire se convierten en pequeñas gotas de Acido Sulfúrico. Tienen impacto ambiental severo, cambian el PH del suelo, afectando los cultivos; acidifican lagos y ríos. También desintegran las edificaciones.