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¿De dónde viene el agua que bebemos?

El origen

El agua es una sustancia que está distribuida por toda la superficie de nuestro planeta. En superficie, puede encontrarse en océanos, lagos, ríos, glaciares... En la atmósfera existe en forma de vapor o como pequeñas gotas que forman nubes. Además de esto, se puede encontrar agua en depósitos subterráneos llamados acuíferos, donde está atrapada entre capas de rocas (se estima que cerca de un 30 % del agua dulce de la Tierra está acumulada bajo tierra).

La aventura del saber RTVE. ¿De dónde viene el agua que bebemos? (© Corporación de Radio y Televisión Española 2023)

El agua procedente de fuentes en la superficie contiene, frecuentemente, sustancias que deben ser eliminadas antes de ser considerada apta para el consumo, mientras que el agua procedente de fuentes subterráneas normalmente está libre de contaminantes. Sin embargo, tanto un tipo como otro contiene diferentes especies en disolución a las que se da el nombre genérico de sales minerales.

El agua como disolvente. ¿Qué es el agua «pura»?

En cursos previos has estudiado las disoluciones como sistemas materiales. Una de las principales razones por las que necesitamos beber agua es que es un disolvente excelente para muchas de las sustancias químicas que forman nuestro organismo. Completa el siguiente texto para comprobar lo que sabes sobre disoluciones.

Un es una sustancia capaz de disolver a otras, llamadas . La mezcla resultante es una , una mezcla de composición uniforme. Disoluciones son aquellas en que el agua es el disolvente. La variedad de sustancias que se pueden disolver en agua, en mayor o menor extensión, es enorme y este hecho tiene gran importancia para los vivos y para el .

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Nombres y fórmulas

Observa la colección de etiquetas del apartado anterior y elabora una lista de las sustancias que aparecen en las mismas.

Aniones: cloruro, bicarbonato, sulfato, fluoruro.

Cationes: calcio, magnesio, sodio.

Especies no iónicas: sílice.

Teniendo en cuenta que se encuentran en forma de iones, escribe su fórmula.

Aniones:

Cloruro: Cl- 

Bicarbonato (hidrogenocarbonato): HCO3-

Sulfato: SO42-

Fluoruro: F-

Cationes:

Calcio: Ca2+

Magnesio: Mg2+

Sodio: Na+

Especies no iónicas:

Sílice (dióxido de silicio): SiO2

¿Por qué están escritos algunos en plural?

Los aniones están escritos en plural porque se pueden combinar con los cationes formando diferentes sales: por ejemplo, el cloro se puede combinar con el magnesio, el sodio o el calcio formando diferentes compuestos. Así se indica que estos iones pueden proceder de diferentes minerales disueltos en el agua.

¿Qué compuestos neutros pueden formar cuando no están disueltos en agua? Consejo: elabora una tabla combinando aniones y cationes.

Iones Sodio Magnesio Calcio
Sulfato sulfato de sodio, Na2SO4 sulfato de magnesio, MgSO4 sulfato de calcio, CaSO4
Bicarbonato (hidrogenocarbonato) hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3 hidrogenocarbonato de magnesio, Mg(HCO3)2 hidrogenocarbonato de calcio, Ca(HCO3)2
Cloruro cloruro de sodio, NaCl cloruro de magnesio, MgCl2 cloruro de calcio, CaCl2
Fluoruro fluoruro de sodio, NaF fluoruro de magnesio, MgF2 fluoruro de calcio, CaF2

Concentración de sales minerales en el agua

Si has observado atentamente las etiquetas, habrás comprobado que la concentración de sales se expresa siempre en miligramos por litro, o mg/L. ¿Cómo de grande es esa unidad? ¿Una concentración de 10 mg/L es muy alta? ¿Cómo se compara a otras concentraciones que nos resultan más familiares?

La forma más habitual de expresar la concentración es en tantos por ciento. Esta expresión se usa, sobre todo, para disoluciones con una alta concentración de soluto. Cuando las concentraciones son bajas, dos unidades que se usan normalmente son partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb).

Las ppm (partes por millón) son, como su nombre indica, la cantidad de partes de soluto que hay por cada millón de partes de disolvente. De igual forma, los ppb (partes por billón) son las partes de soluto por cada billón de partes de disolvente. Aquí los billones son anglosajones, es decir, un billón serían mil millones, por lo que 1 ppm = 1000 ppb. En el caso de disoluciones, normalmente la concentración se expresa en masa.

La conversión entre mg/L y ppm se realiza mediante la siguiente fórmula:

\[\frac{mg}{L}=ppm\ \cdot \frac{\text{densidad}}{1000}\]

Con la densidad en g/L (o kg/m3).

Cuando el disolvente es agua, como la densidad es aproximadamente 1000 kg/m3, se cumple que 1 mg/L = 1 ppm. Por eso, las concentraciones de solutos en el agua potable se expresan en mg/L o ppm.

Esta unidad es usada para concentraciones muy pequeñas. Para que te hagas una idea, 1 ppm de un soluto significa que de cada millón de partículas que constituyen una mezcla como el agua potable (iones, moléculas....) una sola partícula es del soluto en cuestión.

El límite máximo de la concentración de cobre en el agua potable en la UE es de 2 ppm y el de plomo es de 10 ppb

El agua del mar tiene una concentración promedio de sal del 3.5 % lo que quiere decir que en 1000 g de agua hay 35 g de sal.

Caso práctico 1

El agua del mar contiene 4 ppb de oro. ¿Qué volumen de agua marina habría que destilar para obtener 1 g de oro? (densidad del agua del mar = 1025 kg/m3)

Caso práctico 2

¿Cuál es la concentración en ppm si se disuelven 75 mg de nitratos en 20 L de agua? (Considerar que la densidad del agua es 1000 kg/m3).

Solubilidad en agua de compuestos iónicos

¿Se disuelven todos los compuestos iónicos en agua?

Como conoces de cursos anteriores, los compuestos iónicos son solubles en disolventes polares como es el agua. Es cierto que muchos de estos compuestos se disuelven fácilmente en agua, pero otros son poco solubles o casi no se disuelven. Las razones de este diferente comportamiento se deben al tamaño y la carga de los iones, la fuerza con que se atraen entre sí y la fuerza con que los atraen las moléculas de agua. Para entender mejor el proceso de disolución de un compuesto iónico mira la siguiente animación:

YouTube - Acción-Educación - EjerciciosFyQ. Menos de un minuto para entender por qué se disuelve la sal en el agua (Licencia YouTube estándar)

¿Podemos predecir si una sal se disuelve en agua?

La solubilidad de un compuesto iónico se puede predecir de manera aproximada usando la siguiente tabla:

Iones Solubilidad de las sales que forman Excepciones
Sodio, potasio y amonio Todas muy solubles Ninguna
Nitratos Todas muy solubles Ninguna
Cloruros La mayoría son solubles Plata y algunos cloruros de mercurio
Sulfatos La mayoría son solubles Sulfatos de bario, estroncio y plomo
Carbonatos La mayoría son muy poco solubles* Carbonatos de metales alcalinos y de amonio
Hidróxidos y sulfuros La mayoría son muy poco solubles* Compuestos con metales alcalinos y de amonio

Fuente: Chemistry in Context, Ed. McGraw Hill (International edition).  [*Muy poco solubles indica que su solubilidad es menor que 0.01M].

Disoluciones de compuestos covalentes

De los dos apartados anteriores, se podría tener la impresión de que solo los compuestos iónicos se disuelven en agua, pero otros tipos de compuestos se disuelven en agua también. Por ejemplo, el azúcar se disuelve muy bien en agua, y es un compuesto covalente llamado sacarosa que no está formado por iones.

Molécula de sacarosa
NEUROTiker (Wikimedia Commons). Structure of sucrose (saccharose) (CC0)

Cuando la sacarosa se disuelve en agua, sus moléculas se mezclan uniformemente con las del disolvente, y no se separan en iones. La razón de esta solubilidad estriba en la polaridad de los enlaces O-H, similares a los de la propia molécula de agua (H-O-H). También son solubles en agua el etanol (C2H5-O-H) o el etilenglicol, principal componente del fluido anticongelante. 

Comprobamos lo que sabemos: ¿jugamos al Trivial?

Lanza el dado y contesta a la pregunta hasta completar todos los quesos.

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