Naturaleza y propiedades del agua.

El agua es una sustancia compuesta, porque esá integrada por la unión de átomos de distintos elementos quómicos simples: son dos átomos de oxígeno unidos a un átomo de hidrógeno, con una molécula en la forma O-H-O; que se escribe H²O.

A la temperatura y presión normales, tanto el oxígeno como el hidrógeno tienen forma de gases; pero al unirse formando el agua adquieren forma de un líquido que, en estado de pureza, es absolutamente trasparente a la luz y sin ningún sabor, olor ni color; siendo ligeramente azul en grandes masas como en los océanos.

El hidrógeno - cuyo nombre significa generador de agua es un elemento que tiene una gran atracción para combinarse con el oxígeno en forma total; por eso se dice que está totalmente oxidado, lo cual le da al agua una de sus propiedades más características, que es la de apagar el fuego cuando moja un material que está ardiendo.

Otra propiedad fundamental que tiene el agua, es que, al estar en estado líquido, entre sus moléculas pueden dispersarse otras sustancias, que quedan mezcladas sin perder su propia composición. A este fenómeno se le denomina dilución, por lo cual se dice que el agua es un gran solvente debido a que puede disolver una gran cantidad de sustancias, incluyendo el aire y otros gases, así como sustancias que normalmente son sólidas, como la sal o el azúcar.

También puede absorber calor, ya sea de los rayos solares o de otros orígenes, y desprenderse facilmente de él en contacto con otras sustancias más frías, lo cual es otra propiedad de enorme importancia.

De todas las sustancias, es probablemente la que más facilmente se presenta en los tres estados que puede tener la materia: líquido, sólido y gaseoso. Si bien en condiciones normales el agua es líquida y así aparece principalmente en la naturaleza, el agua puede evaporarse al estado gaseoso - lo que se llama vapor de agua - a temperaturas relativamente no muy altas, aunque para entrar en evaporación violenta, que se llama ebullición, debe alcanzar a una temperatura de 100 grados centigrados. En cambio, pasa al estado sólido cuando su temperatura baja de los cero grados, formando el hielo; aunque puede mantenerse igualmente en estado líquido a temperaturas bastante inferiores, hasta 25 grados bajo cero, en cuya situación se congela al ser agitada.

El pasaje del agua del estado líuido al gaseoso, se llama evaporación; y el retorno del estado gaseoso al estado líquido, se llama condensación.

La circunstancia de que el agua hierva a 100 grados y se congele a 0 grados, no es casual. Simplemente, ocurre que se ha convenido en establecer la escala de medida decimal - grados centigrados - de la temperatura, fijando el cero en la temperatura de congelación del agua, y los 100 grados en la temperatura en que el agua entra en ebullición.

Otra propiedad muy importante del agua, es la que se llama la capilaridad. Esta propiedad consiste en cierta forma de atracción que tienen las moléculas de agua entre sí; y que hace que “mojen” los pequeños espacios existentes en las sustancias sólidas, o entre sustancias que se componen de pequeñas partículas o que forman tubos muy finos.

El fenómeno de la capilaridad - palabra que proviene de cabello - produce varios efectos sumamente importantes; como la posibilidad de que el agua se desplace hacia arriba o en forma horizontal a través de pequeños conductos o espacios, y la de que pueda atravesar ciertos cuerpos aparentemente sólidos, pasando por sus orificios invisibles llamados poros, como ocurre en ciertos tejidos de los seres vivos, llamados membranas.

Otra característica destacable del agua, es que cuando se congela aumenta de volumen y por lo tanto se hace más liviana, lo que hace que el hielo flote en el agua, o en otros líquidos. Eso puede comprobarse si colocamos a congelar verticalmente una botella destapada y totalmente llena de agua, lo que producirá que al congelarse por su boca asome un trozo de hielo.


El agua en la Naturaleza.

El agua es la sustancia que más abunda en la naturaleza, tanto en forma visible como incorporada a otros cuerpos. En forma de mares, ríos, y lagos, cubre las tres cuartas partes de la superficie del planeta; y es el componente principal de casi todos los seres vivos.

En su forma gaseosa de vapor de agua, es también transparente, y así se encuentra en el aire atmosférico, dando origen a lo que habitualmente se designa como humedad del aire. Pero como el vapor es más liviano que el aire, tiende a subir hacia las capas superiores donde la menor presión e inferior temperatura hace que se aproxime a la forma líquida, formando pequeñas gotas que quedan en suspensión en el aire, haciéndose visibles en forma de nubes. Lo mismo ocurre cuando al entrar en evaporación violenta, cuando hierve en un recipiente, el vapor sale al aire que está más frío, y entonces puede verse como un gas blanco que rápidamente desaparece al equilibrar su temperatura con la del ambiente en que se encuentra. Igual ocurre con nuestro aliento, que contiene vapor de agua, en los días de mucho frío.

En su forma sólida, el agua es totalmente cristalina; pero a veces al congelarse quedan encerradas en el hielo pequeñas cantidades del aire que tenía disuelto, por lo cual presenta un color blanco y bastante opaco. En la naturaleza, el agua se congela primariamente en el aire como nieve, en cristales de formas geométricas variadas con aire en su interior; lo que hace que caiga al suelo muy lentamente en forma de copos blandos.


El ciclo del agua.

Suele denominarse como ciclo del agua el proceso que el agua cumple en la naturaleza, principalmente a consecuencia de la influencia del calor solar y de la circulación de los vientos en la atmósfera terrestre.

El agua se evapora - pasando a estado gaseoso - a cualquier temperatura superior a cero grado; pero con mayor intensidad si la temperatura es más alta. Por eso, cuando el sol calienta tanto la tierra húmeda como los depósitos de agua de mares, ríos y lagunas, se elevan en el aire grandes cantidades de vapor de agua que, al subir hacia cierta altura, se reúnen entre otras causas por efecto de los vientos y vuelven a formar gotas muy pequeñas que flotan en el aire, formando las nubes de color blanco y bordes cambiantes, a medida que se mueven en el cielo.

Enormes cantidades de nubes son atrapadas por los vientos que se producen como consecuencia de la rotación de la tierra y las diferencias de temperatura entre diversos lugares de ella debido al distinto calentamiento con el sol, y también durante el día y la noche. Entonces, se forman grandes circulaciones giratorias, que actualmente se ven facilmente con las fotografías tomadas por los satélites meteorológicos, que muestra la televisión cuando dan el pronóstico del tiempo.

Esas gigantescas turbulencias - que no se aprecian desde la tierra - forman las zonas de tormentas; cuando las corrientes del aire se hacen cada vez más fuertes, y lanzan el vapor de las nubes hacia zonas más frías donde las gotas pequeñas se van uniendo unas con otras hasta alcanzar un peso que las hace caer hacia la tierra como gotas de lluvia. Otras veces, las gotas se enfrían tanto que se congelan y caen como granizo.

Mientras están flotando en el aire, impulsadas por los vientos hacia arriba y cayendo para ser a veces nuevamente llevadas hacia arriba, esas gotas de lluvia se mezclan con el polvo que también flota en el aire levantado por los vientos - formando las nubes “negras”; y con otros gases existentes en el aire - algunos que son resultado de la combustión de muchas sustancias en la tierra, tanto espontáneas como producidas intencionalmente por actividades humanas - con lo cual muchas sustancias se disuelven en las gotas de lluvia antes de caer a tierra.

Cuando el agua cae a tierra en forma de lluvia - o a veces como granizo o nieve - corre sobre la superficie siguiendo la dirección de los desniveles y termina reuniéndose en los cursos de agua; desde los más chicos como las cañadas y arroyos, hasta los grandes ríos, las lagunas, los mares y los océanos. Cuando se juntan esas grandes cantidades de agua, casi siempre la evaporación que en ellas se produce no es suficiente para consumirla toda, lo que explica las grandes cantidades que se acumulan allí en estado líquido.

Otra parte del agua que cae a la tierra con la lluvia, se queda mezclada con la tierra y en pequeños espacios entre las rocas, y forma la humedad de los terrenos. El agua que penetra hacia abajo en el suelo, se reúne a cierta profundidad, que se llama nivel freático formando importantes depósitos que a veces son como verdaderos ríos o lagos subterráneos, que se llaman napas freáticas. Es el agua que luego se encuentra cuando se hacen pozos de alguna profundidad, y que sirve para extraerla, incluso en lugares alejados de otras fuentes de agua.

Toda el agua que así circula en la superficie terrestre, transporta siempre grandes cantidades de otras sustancias disueltas; algunas de ellas de enorme utilidad para la vida de las plantas y animales, y otras que pueden ser dañinas.


El agua como elemento vital.

El agua no solamente constituye el principal componente estructural de todos los seres vivos; sino que sus propiedades y su permanente circulación y movimiento es lo que los mantiene con vida.

De esa forma, la vida no sería posible si no existiera el agua; ni si ella no estuviera permanentemente circulando a través de todos los demás elementos inertes y vivos que existen en la Tierra. A causa de ello, la falta de agua o deshidratación conduce rapidamente a la extinción de la vida.

Por eso, cuando se especula sobre la posibilidad de existencia de vida en otros planetas o en otros lugares del Universo, lo primero que se trata de establecer, es si allí existe agua.

Las dos propiedades del agua que son fundamentales para la vida, son la capacidad de disolver otras sustancias, y la capilaridad que le permite transportarlas hacia arriba y a través de los tejidos vivos.

A pesar de su apariencia sólida, todos los seres vivos - vegetales y animales - están formados principalmente por agua que contiene disueltas otras sustancias.

El protoplasma, que es el material que principalmente forma las células de que se componen todos los seres vivos, está formado por sustancias disueltas en agua. Todos los fenómenos vitales funcionan esencialmente en base a la circulación de ciertos líquidos - como la sangre de los animales, la savia de los vegetales, la saliva, los jugos digestivos, los elementos de desecho como la orina, etc. - cuyo principal componente es agua.

La humedad de algunos tejidos - como las mucosas de nuestras vías respiratorias, que retiene el polvo del aire que respiramos - es fundamental para las funciones indispensables para la vida.

Así como el agua cumple un ciclo permanente en la tierra, que la lleva de la evaporación a la condensación, igualmente existe un ciclo vital del agua.

El agua existente en la tierra, en los intersticios de sus componentes sólidos, contiene disueltas muchas sustancias alimenticias que las plantas aprovechan para su crecimiento. El agua las transporta hacia la parte superior de esas plantas, a través de finos conductos formados en los vegetales, por efecto de la capilaridad, atraída hacia arriba por la evaporación que se produce en sus hojas.

De esa manera, empleando la luz solar, las plantas transforman las sustancias nutritivas transportadas por la savia - que es agua que tiene disueltas esas sustancias - en otras sustancias de las que se alimentan los animales. En los animales, desde el momento en que comen esos vegetales hasta que los digieren e incorporan a su cuerpo, el agua interviene permanentemente; por lo cual ingerir agua es parte de su proceso alimenticio. En el ambiente acuático de ríos, mares y lagunas, tiene lugar un ciclo similar con las plantas y animales que viven en él. Lo mismo ocurre cuando los animales no se alimentan con plantas, sino de otros animales.

Luego - en particular en los animales dotados de sangre - las sustancias alimenticias son transportadas hacia todas las partes de su cuerpo para ser utilizadas en sus funciones vitales, disueltas en agua. Finalmente, los productos de desecho de esos procesos vitales, retornan al exterior del cuerpo también disueltas en agua; y son filtradas de la sangre para ser eliminadas en forma de orina o transpiración, y el agua permite también la eliminación de los desechos de la alimentación mediante los excrementos.

El ciclo vital del agua, continúa; porque todas las sustancias eliminadas por los seres vivos luego de ser utilizadas en sus funciones vitales, gracias al agua que las transporta vuelven al medio natural, donde vuelven a transformarse nuevamente en componentes útiles para la vida de otros vegetales y animales. Cuando los seres vivos mueren, la materia de que están compuestos se desintegra; el agua se evapora, las sustancias sólidas son descompuestas por diversos microorganismos, y sus componentes vuelven a disolverse en el agua de las lluvias, retornando a la tierra, a los ríos y a los mares, para volver a ser parte de nuevos seres vivos o servir de alimento a la permanente cadena de la vida de que el agua es vehículo.


Usos del agua.

Además de todas las funciones que cumple el agua en los ciclos de la naturaleza y de la vida, es una sustancia de la cual el hombre hace múltiples usos.

Naturalmente, el hombre necesita del agua para su propia subsistencia, para ser ingerida como parte de sus alimentos; y también para su higiene personal y de sus casas, para regar sus cultivos, para alimentar los animales de que se sirve - como el ganado de sus campos.

En la vida urbana e industrial, el agua es un elemento que además es indispensable para asegurar el saneamiento de las ciudades, por el cual se eliminan los desechos que producen las grandes aglomeraciones humanas; y para emplearlo en muchos procesos de transformación y fabricación de productos, mediante disoluciones, lavados, calentamientos o enfriamientos.

En una época relativamente reciente, el agua fue la principal fuente de energía para potenciar las máquinas que permitieron desarrollar la civilización actual; mediante el uso de la fuerza del vapor de agua como medio de mover los motores que impulsaban los ferrocarriles y movían las fábricas, hasta que fueron sustituídos casi totalmente por los motores impulsados por derivados del petróleo o por la electricidad. El vapor de agua producido en grandes calderas, sigue siendo un elemento que se usa de modo importante en algunas fábricas y para la calefacción.

Aún así, el agua sigue siendo una importante fuente de energía en países como el Uruguay, que emplean la fuerza de los cauces de sus grandes ríos, para formar grandes lagos artificiales mediante represas en las cuales el agua, al salir, mueve las turbinas que producen electricidad.

La gran facilidad que tiene el agua para absorber calor y transferirlo, así como su bajo costo y generalmente fácil disponibilidad, hacen de ella un eficaz refrigerante o transportador de calor; en este último caso en forma líquida o como vapor a presión. Así es que el agua permite enfriar numerosos equipos, desde los motores de automóviles y otros vehículos hasta grandes maquinarias industriales; como calefaccionar edificios y otras instalaciones, o mover turbinas productoras de electricidad en las usinas basadas en reactores atómicos.

Otro de los usos muy antiguos del agua, es la extracción de sustancias útiles que contiene el agua de mar, de las cuales la principal es la sal. La sal no solamente se utiliza como medio de mejorar el sabor de los alimentos; sino que es una sustancia que se emplea en diversos procesos industriales.

La forma más fácil y económica de extraer la sal del mar, es construyendo grandes estanques artificiales junto a sus orillas, donde el agua del mar es encerrada y dejada evaporar por el calor del sol. Al desparecer el agua, la sal queda depositada. Para comprobarlo, puede hacerse un experimento; consistente en poner un puñado de sal en un poco de agua, y hacerla hervir al fuego, lo que permitirá ver que la sal vuelve a aparecer en el fondo del recipiente.


Cuidado del agua.

Todo lo que se ha visto, que es la gran importancia que tiene el agua para la vida humana y para la vida en general en el planeta, sirve para comprender lo importante que es cuidarla; no solamente evitando malgastar el agua de que disponemos, sino también evitando que se contamine.

Si bien es cierto que a escala mundial el agua siempre seguirá existiendo en la misma cantidad, porque el agua es un recurso natural renovable; no es menos cierto que en cada lugar solamente puede obtenerse una cantidad limitada; y por lo tanto, debe cuidarse. En el Uruguay estamos acostumbrados a que el agua sea abundante y en general facilmente accesible; pero no debemos perder de vista que igualmente es una sustancia muy valiosa, que debe utilizarse con prudencia así como evitar su degradación por el exceso de contaminación de las fuentes utilizables. No hay que olvidar que, precisamente por ser un recurso renovable, el agua deberá utilizarse una y otra vez; por lo cual hay que preocuparse de que sea posible disponer de ella en condiciones adecuadas.

Del mismo modo que es vehículo de vida, el agua puede ser el medio por el cual se difundan enfermedades; cuando se le incorporen sustancias malignas para la salud o la vida, como ocurre cuando algunos productos de desecho son echados a las corrientes de agua sin una debida depuración previa.

El agua constituye, por sus propiedades, una sustancia sumamente útil para ciertos procesos industriales, al igual que como medio de saneamiento de las ciudades y de limpieza en general. Para muchos de esos fines, se disuelven en ella productos - como los jabones y detergentes - que operan sobre otras sustancias haciéndolas también solubles en el agua, para separarlas y extraerlas. Pero eso da por resultado aguas que contienen sustancias perjudiciales, que se llaman aguas servidas, de las que es preciso deshacerse.

La disposición de las aguas servidas debe realizarse de tal manera que sea posible evitar que las sustancias perjudiciales que contienen, contaminen las fuentes de aguas puras, de las que es preciso obtener nuevamente agua en condiciones que permitan usarla sin peligro. Para ello, es preciso que, antes de devolver esas aguas a los cauces de la naturaleza, se le separe esas sustancias perjudiciales; y a la vez ellas sean procesadas en forma de quitarles esa condición. A eso, se le llama la depuración del agua; que significa devolverle su pureza originaria.

Existen diversos métodos para depurar y purificar el agua contaminada por las actividades humanas, antes de devolverla a sus cauces naturales:

  • Por decantación — que consiste en dejar el agua reposando en depósitos para permitir que las sustancias sólidas caigan al fondo, lo que permite separarlas del agua.

  • Por aereación — u oxidación, que frecuentemente se combina con el anterior, y que consiste en que al dejar el agua reposando en grandes depósitos de poca profundidad, las sustancias sólidas perjudiciales son descompuestas por la acción del oxígeno del aire y la labor de diversos microorganismos; haciendo que los gases se dispersen en la atmósfera y los restos sólidos decanten, ya no sean perjudiciales, o puedan extraerse mejor por otros medios.

  • Por filtrado — que consiste en hacer pasar el agua por mallas muy finas o sustancias porosas - como arena o ciertas cerámicas - lo que retiene las partículas que por ser muy livianas no se separan facilmente con la decantación. Es un procedimiento más costoso que el anterior, porque además de los elementos utilizados para filtrar, a menudo es necesario forzar el paso del agua mediante aparatos que le den presión.

  • Por destilación — que consiste en evaporar artificialmente el agua de forma que luego sea posible capturar el vapor para volver a condensarlo en forma líquida. Es un método todavía más costoso, porque requiere utilizar un aparato especial llamado alambique - que puede llegar a alcanzar gran tamaño y complejidad - y disponer de un medio para calentar al agua hasta la temperatura de ebullición y eventualmente de otro sistema para volver a enfriar rapidamente el vapor para que condense. El agua purificada por destilación se llama agua destilada.

  • Por captación — que consiste en hacer pasar el agua por otras sustancias - como puede ser el carbón de determinados tipos - que tienen la propiedad de retener algunos componentes perjudiciales contenidos en ella.

  • Por esterilización — que consiste en agregarle ciertas sustancias germicidas - normalmente soluciones de cloro, como en las piscinas de natación - o en pequeñas cantidades por calentamiento a la temperatura de ebullición que destruye, en ambos casos, los gérmenes microbianos que pudiera contener.