El Agua

 

Para el acuarista es fundamental saber que es el agua, siendo de suma importancia cambiar la concepción que tenemos de lo que es ya que este elemento es más de lo que imaginamos.

El agua es el compuesto inorgánico fundamental para la existencia de la vida en la tierra por excelencia, lo cual se ve reflejado claramente en la constitución de todos los seres vivos, cuyo peso está constituido entre un 60% y 95% por agua. Esto se debe a ciertas características que posee esta curiosa molécula.

La molécula de agua está constituida por 2 átomos de hidrógeno (también llamados protones si su carga es positiva) y otro de oxígeno, escribiéndose H2O. Debido a ciertas propiedades de sus átomos constituyentes, esta molécula posee ciertas cualidades que la hacen especial, siendo muy diferente a otros compuestos de características similares como el H2S, H2Se y H2Te, siendo el azufre (S), Selenio (Se) y el Telurio (Te) elementos de la tabla periódica del mismo grupo que el oxígeno (O) y de características atómicas muy similares. Al ser el oxígeno un elemento altamente electronegativo respecto al hidrógeno, al combinarse con este ocurre un fenómeno muy interesante: La molécula se vuelve un dipolo, esto significa, como dice el nombre, que tiene 2 polos; uno negativo donde está el oxígeno y otro positivo donde están los hidrógenos. Esto le permite al agua ser un excelente solvente de iones, tanto aniones (-) como cationes (+), ya que según su carga estos son atraídos por las moléculas de agua del lado con carga eléctrica opuesta.

Otra consecuencia muy importante de ser un compuesto “dieléctrico” (con 2 cargas eléctricas) es su capacidad de formar lo que se llama puente hidrógeno entre otras moléculas de agua, uniéndose la carga positiva de una molécula con la negativa de otra.

A muy bajas temperaturas esto se da con todas moléculas de un recipiente de agua y si su ordenamiento se hace paulatinamente (enfriado lento) se obtiene una estructura cristalina, comúnmente llamada hielo. El agua en estado liquido también presenta puentes de hidrogeno, aunque en menor cantidad que en estado sólido, esto es lo que le confiere sus únicas características.

Por ejemplo algunas de estas son su capacidad de absorber una alta cantidad de calor al evaporarse, siendo un buen refrigerante. También posee elevados puntos de fusión y evaporación respecto a sus compuestos hermanos (H2S, H2Se y H2Te). Otra característica es que el agua necesita mucha energía para elevar su temperatura, lo que la convierte en un “amortiguador” ante los cambios de esta.

Las moléculas polares o con cargas se llaman hidrofílicas y tienen la capacidad de disolverse en el agua. Un ejemplo de esto son todos los iones que solemos medir en nuestro acuario, como el calcio (Ca2+), (magnesio Mg2+), nitratos (NO3-), fosfatos (PO43-) y otros que no solemos medir, pero que también juegan un rol importante en el balance iónico de nuestros acuarios como el cloro, azufre y potasio.

Las moléculas no polares y sin cargas se llaman hidrofóbicas y son insolubles en agua. Estas moléculas se caracterizan por tener todas sus cargas eléctricas balanceadas, por lo tanto son incapaces de formar puente hidrógeno con el agua. Un ejemplo de estos son los hidrocarburos saturados no polares.

¿Que es el pH?

Para entender que es el pH, ese parámetro que cada tanto medimos, más aún quienes alguna vez tuvimos o tenemos un acuario de agua dulce, hay que conocer un fenómeno que ocurre en los volúmenes de agua. A este fenómeno lo llamaremos “auto disociación”. En la química la disociación es un fenómeno en el cual las moléculas se “desarman” para formar otros compuestos, normalmente de menor complejidad.

Por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl: el principal constituyente de la sal marina) en agua se disocia de la siguiente manera:

NaCl + H2O <- -> Na+ + Cl- + H2O

A modo grosero podemos decir que la molécula al disolverse en agua se “desarmó”. La auto disociación del agua es algo similar, solo que el agua “desarma” agua. Esto se da de la siguiente manera:

H2O + H2O <- -> HO- + H3O+

En este caso una de las moléculas de agua cedió un hidrógeno, que a partir de este momento llamaremos protón, quedando con carga negativa; y otra molécula tomó el protón suelto, quedando con carga positiva. Esta fórmula es equivalente a la siguiente:

H2O + H2O <- -> HO- + H+ + H2O

La cantidad de moléculas de agua que se disocian en condiciones normales es de 1 cada 107 (lo cual es lo mismo que decir 10000000), lo cual es muy bajo.

Ahora si podemos definir que es el pH!!!. Este es la “acidez” o “basicidad” de una solución, expresada según su concentración de protones por litro de solución. Una sustancia es un acido si cede protones, como por ejemplo el acido clorhídrico:

HCl (Ac. Clorhídrico) + H2O <- -> Cl- + H+ + H2O

Una sustancia es una base cuando toma protones o desprende hidroxilos (OH-), por ejemplo el hidróxido de calcio o kalkwasser

Ca(OH)2 + H2O <- -> Ca2+ + 2OH- + H2O

Cuando el pH es neutro (ni acido ni base) este vale 7

Cuando el pH es ácido este vale menos de 7

Cuando el pH es básico este vale mas de 7

El pH es una escala logarítmica, es decir que entre un punto de pH y su inmediato hay una diferencia de 10 y no de 1. Por ejemplo un pH de 5 es 10 veces más ácido que un pH 6, y un pH 4 es 100 veces más acido que un pH 6. Lo mismo con las bases, un pH 11 es 1000 veces más básico que un pH 8. La escala de pH oscila entre los valores 0 y 14 y se expresa como

pH=-Log(H+); la “p” de pH significa potencial (la operación matemática –Logaritmo de base 10) y H significa hidrógeno, es decir potencial Hidrogeno y lo que mide es la cantidad de protones disociados en un litro de solución.

Sabiendo esto y recordando que en la auto disociación del agua teníamos un protón por cada 107 moléculas de agua, es decir 10-7 protones por litro de agua, lo aplicamos a la formula recién aprendida: pH=-Log (10-7) y obtenemos el pH del agua pura, el cual si usamos una calculadora podremos confirmar que es 7. También sabiendo el pH de una sustancia podemos saber cuántos protones por litro tiene con la siguiente fórmula: H+=10-x donde x es el pH.

Lo más importante de este tema es ser conscientes de que los organismos vivos no toleramos grandes variaciones del pH y por eso es fundamental mantenerlo estable. Como solución a esto existe lo que se denomina Buffer

¿Qué es un buffer?

Un buffer es un par “sal+ acido o base característico de la sal”. Una sal es un compuesto químico formado por un acido y una base. Por ejemplo de combinar hidróxido de sodio con acido clorhídrico obtenemos cloruro de sodio y agua: NaOH + HCl à NaCl + H2O (o como diría mi profesor de química del secundario: SOPITA!!!, ya que la sal de mesa es cloruro de sodio)

En los buffers, su sal cuentan con un ion “fuerte” y otro “débil”

En el caso del NaCl, los 2 son iones fuertes, por lo que no cumple este requisito y es una sal que no afecta el pH.

Un ejemplo de un buffer podría llegar a ser el par: Acetato de sodio (NaAcO) y Acido Acético (HAcO). El acido Acético solo en agua va a tender a bajar considerablemente el pH, por otra parte el Acetato de sodio solo en agua va a tender a subir el pH porque al disociarse el ion AcO va a tender a tomar protones para el (una característica de los ácidos y bases débiles, no se disocian completamente por lo que al disociarse su “sal”, es decir la que componen, van a tomar algunos protones en el caso de los ácidos y algunos hidroxilos en el caso de las bases, afectando el pH). Por lo tanto en un buffer “acido” por ejemplo esta interacción en la que el AcO roba protones va a estar compartida con el HAcO (acido acético) que los cede. Esta combinación de 2 compuestos le confiere un pH característico a la solución. Cuando se tira mas acido a la solución el ion AcO (“Acetato”, proveniente de la sal) va a tomar sus protones neutralizándolo y formando HAcO y si se tira una base el ion HAcO (Acido acético) liberara su protón para formar más agua y neutralizar los oxidrilos de la base. Si bien no tamponan  en un 100% al pH, los buffer permiten amortiguan considerablemente sus variaciones.

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