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Propiedades físicas
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 Estado físico: sólida, liquida y gaseosa.
Color: incolora. Sabor: insípida. Olor: inodora. Densidad: 1 g./c. c. a 4° C. Punto de congelación: 0° C. Punto de ebullición: 100° C. Presión crítica: 217.5 atm. Temperatura crítica: 374° C. Identificamos al agua por su fórmula: H2O. Esta fórmula representa una molécula formada por dos elementos, hidrógeno y oxígeno, que contiene dos átomos del primero y uno del segundo. La molécula del agua es dipolar: tiene un polo positivo por parte del hidrógeno y uno negativo debido al oxígeno. Los dipolos se forman a través de la molécula de agua como resultado de un covalente polar que se une entre el hidrógeno y el oxígeno. Ya que los átomos de hidrógeno y oxígeno comparten de manera desigual los electrones que se enlazan, se forma una carga parcial negativa (ð-) en la parte del oxígeno de la molécula de agua y una carga parcial positiva (ð+) en la parte del hidrógeno. Puesto que los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula contienen cargas opuestas, moléculas de agua vecinas se atraen entre sí como pequeños imanes. La atracción electrostática entre el hidrógeno (ð+) y el oxígeno (ð-) en las moléculas adyacentes se llama enlace de hidrógeno. Esta estructura permite que muchas moléculas iguales se unan con gran facilidad, formando enormes cadenas que constituyen el líquido que da la vida a nuestro planeta. Existen otras propiedades físicas del agua. Aún siendo incolora, el agua toma un tono azulado cuando se mira a través de espesores de seis metros o más. Esto se debe a que absorbe las radiaciones rojas. No posee una forma definida, por eso es que toma la forma del recipiente que la contiene y, sin embargo, su superficie conserva una posición horizontal. La densidad se define como la relación de la masa entre el volumen; 1 kilo de agua ocupa el volumen de 1 litro. Además, el agua es el medio en que se disuelven casi todas las sustancias y se producen muchas reacciones químicas. Al igual que el aire, el agua tiene una fuerza con la que empuja, esto se llama presión. El agua tiene tensión superficial, producida por la fuerte unión entre sus moléculas; si dejamos caer una aguja engrasada al agua ésta no tendrá suficiente peso para romper la tensión de las moléculas en la superficie del agua y, por lo tanto, flotará. La temperatura y la presión atmosférica determinan los tres diferentes estados del agua: sólido, líquido y gaseoso. A una temperatura de 0° C se produce la congelación y el agua se convierte en hielo. En cambio, a una temperatura de 100° C, el líquido se transforma en vapor. Por estos factores es posible que el agua de pronto pueda surgir como un líquido que fluye o un gas que sube por la atmósfera, o un sólido quieto guardado en el refrigerador. El paso del agua por los diferentes estados físicos ocurre como se explica a continuación. Cuando el sol calienta, el agua de los mares, ríos o cualquier lugar donde haya humedad se convierte en vapor. El agua puede pasar directamente del estado sólido al gaseoso. Este proceso recibe el nombre de sublimación. El vapor de agua pesa menos que el aire, por esta razón puede subir a grandes alturas en la atmósfera y formar nubes. Al enfriarse, el agua adquiere el estado sólido, conocido como hielo y en éste, a diferencia de los otros dos, puede adquirir formas definidas. En los países en que la temperatura baja mucho durante el invierno, el aire se enfría a tal grado que las gotas de lluvia de las nubes se convierten en pedacitos de hielo: la nieve. En los polos del planeta las temperaturas son permanentemente bajas, lo que provoca la formación de grandes masas de hielo tan inmensas como continentes. El agua en su estado líquido es muy abundante en nuestro planeta, al igual que en el organismo humano. Se ha calculado que 83% del peso corporal de un niño pequeño está constituido por agua; conforme va creciendo, el porcentaje de agua en su cuerpo va disminuyendo hasta llegar a 60% en un hombre adulto y 45% en una mujer adulta. Las constantes físicas del agua sirvieron para marcar los puntos de referencia de la escala termométrica centígrada. A la presión atmosférica de 760 milibares, el agua hierve a temperatura de 100º C y el punto de ebullición se eleva a 374º, que es la temperatura crítica a que corresponde la presión de 217.5 atmósferas; en todo caso, el calor de vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100º C. Mientras que el hielo se funde en cuanto se calienta por encima de su punto de fusión, el agua líquida se mantiene sin solidificarse algunos grados por debajo de la temperatura de cristalización (agua subenfriada) y puede conservarse líquida a –20º en tubos capilares o en condiciones extraordinarias de reposo. La solidificación del agua va acompañada del desprendimiento de 79.4 calorías por cada gramo de agua que se solidifica; se cristaliza en sistema hexagonal y adopta formas diferentes según las condiciones de cristalización. A consecuencia de su elevado calor específico y de la gran cantidad de calor que pone en juego cuando cambia su estado, el agua es un excelente regulador de temperatura en la superficie de la Tierra, específicamente en las regiones marinas. Se dice que el agua se comporta anormalmente; su presión de vapor crece con rapidez a medida que la temperatura se eleva y su volumen ofrece la particularidad de ser mínimo a la de 4º. A dicha temperatura la densidad del agua es máxima. A partir de 4º C no sólo se dilata cuando la temperatura se eleva, sino también cuando se enfría hasta 0º: a esta temperatura su densidad es 0,99980 y al congelarse desciende bruscamente hasta 0,9168, la densidad del hielo a 0º. Esto significa que en la cristalización su volumen aumenta 9%. |
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Ciclo del agua
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<>  La cantidad total de agua que existe en la Tierra en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso, se ha mantenido constante. La atmósfera, los océanos y los continentes (principales reservorios del agua), así como los ríos, las nubes y la lluvia están en constante cambio o, dicho de otra manera, en circulación continua: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes se precipita, la lluvia se filtra por la tierra, etc. A estos cambios que determinan la circulación y conservación del agua en la Tierra se les llama ciclo hidrológico, o ciclo del agua, el cual se mantiene por la radiación del sol y por la fuerza de gravedad. Este ciclo se formó hace aproximadamente cuatro mil quinientos millones de años con el agua que la Tierra contenía ya en forma de vapor. Nuestro planeta en su origen fue una enorme esfera cambiante, con cientos de volcanes activos en su superficie. El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la superficie debido a estas erupciones. Así, la Tierra se enfrió, el vapor de agua se condensó y cayó de nuevo al suelo en forma de lluvia. El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, como vapor, a la atmósfera y regresa en sus estados líquido y sólido. Veamos de manera detallada los distintos pasos de este proceso. El ciclo del agua comienza con la evaporación desde la superficie del océano u otros cuerpos de agua superficiales como lagos y ríos. A medida que se eleva, el vapor se enfría y se transforma en agua luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar los 1000 km; a este fenómeno se le llama condensación. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes. Cuando las gotas de agua caen se presenta el fenómeno denominado precipitación. Si la atmósfera está muy fría el agua se precipita en estado sólido, es decir, como nieve o granizo (con estructura cristalina en el caso de la nieve y granular en el caso del granizo). En cambio, cuando la temperatura de la atmósfera es más bien cálida, el agua se precipita en su estado líquido, o sea, en forma de lluvia. La precipitación incluye también el agua que pasa de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación del vapor de agua o rocío, por congelación del vapor o heladas y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas, lo que podemos apreciar cuando encontramos nubes que tocan el suelo o el mar. El agua que se precipita a tierra tiene varios destinos. Los seres vivos aprovechan una parte, otra vuelve directamente a la atmósfera por evaporación, otra más se escurre por la superficie del terreno (lo que se conoce como escorrentía superficial) y se concentra en surcos, originando así las líneas de agua por donde fluirá hasta llegar a un río, un lago o el océano. El escurrimiento subterráneo ocurre con gran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho después de haber terminado la precipitación que le dio origen. Así, los cursos de agua alimentados por capas freáticas presentan caudales más regulares. El agua restante se infiltra, esto es, penetra en el interior del suelo formando capas de agua subterránea; a eso se le conoce como percolación. El agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración, o bien puede alcanzar la profundidad de las capas freáticas. Tanto el escurrimiento superficial como el subterráneo van a alimentar los cursos de agua que descargan en lagos y en océanos. En algún momento, toda esta agua vuelve de nuevo a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Por eso se dice que la cantidad de agua que existe en la Tierra se ha mantenido constante. El término evapotranspiración se refiere a la cantidad de agua que se mueve en conjunto por medio de los procesos de evaporación y transpiración. A continuación hablaremos de dichos procesos. Al evaporarse, el agua deja atrás muchos de los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos). Por eso se dice que el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Existe también otro proceso purificador del agua que forma parte de este ciclo; se trata de la transpiración de las plantas. Las raíces de las plantas absorben el agua, que se desplaza hacia arriba a través de los tallos o troncos movilizando consigo los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores se integra al aire en forma de vapor de agua. Este fenómeno es la transpiración. La sublimación, definida como el paso directo de agua sólida a vapor, es otro medio por el cual el agua se mueve dentro del ciclo. Sin embargo, la cantidad de agua movida por este fenómeno es insignificante en relación a las cantidades movidas por evaporación y por transpiración, cuyo proceso conjunto se denomina evapotranspiración. La radiación solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua de los estados líquido y sólido al estado gaseoso, y también es el origen de las circulaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes. La fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al escurrimiento. El ciclo hidrológico es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosión y al transporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. Condiciona la cobertura vegetal y, de una forma más general, la vida en la Tierra. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiación solar provoca la evaporación continua del agua de los océanos, la cual es transportada en forma de vapor de agua, por la circulación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación. El regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas. El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala global, como un gigantesco sistema de destilación, extendido por todo el planeta. Fuente: José E. Mercano - Educación Ambiental (http://www.jmarcano.com/nociones/index.html)
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Las nubes
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Las nubes se forman por el enfriamiento del aire que provoca la condensación del vapor de agua (invisible) en gotitas o partículas de hielo (visibles). La primera fase del ciclo hidrológico es la evaporación. Esta tiene lugar principalmente en la superficie del mar, en especial en las zonas cálidas. Este agua, en forma de vapor, pasa a la atmósfera y origina la formación de nubes, que serán las responsables de la precipitación. Las nubes son la forma condensada de la humedad atmosférica, compuesta de pequeñas gotas de agua o diminutos cristales de hielo. Son el principal fenómeno atmosférico visible y representan un paso transitorio, aunque vital, en el ciclo del agua. Este ciclo incluye la evaporación de la humedad desde la superficie de la Tierra, su transporte hasta niveles superiores de la atmósfera, la condensación del vapor de agua en masas nubosas y el retorno final del agua a la tierra en forma de precipitaciones de lluvia y nieve. La formación de nubes debido al enfriamiento del aire provoca la condensación del vapor de agua en gotitas o partículas de hielo. Las partículas que componen las nubes tienen un tamaño que varía entre 5 y 75 micras, (0.0005 cm y 0.008 cm). Las partículas son tan pequeñas que las corrientes verticales leves las sostienen en el aire. Las diferencias entre formaciones nubosas derivan, en parte, de las diferentes temperaturas de condensación. Cuando ésta se produce a temperaturas inferiores a la de congelación, las nubes suelen componerse de cristales de hielo. Las nubes que se forman en aire más cálido suelen estar compuestas de gotitas de agua. Sin embargo, en ocasiones, nubes "superenfriadas" contienen gotitas de agua a temperaturas inferiores a la de congelación. El movimiento de aire asociado al desarrollo de las nubes también afecta a su formación. Las nubes que se crean en aire en reposo tienden a aparecer en capas o estratos. Las que se forman entre vientos o aire con fuertes corrientes verticales presentan un gran desarrollo vertical. Las nubes desempeñan una función muy importante, ya que modifican la distribución del calor solar sobre la superficie terrestre y en la atmósfera. En general, ya que la reflexión de la parte superior de las nubes es mayor que la de la superficie de la Tierra, la cantidad de energía solar reflejada al espacio es mayor en días nublados. Aunque las capas superiores de las nubes reflejan la mayor parte de la radiación solar, algo de ella penetra hasta la superficie terrestre, que la absorbe y la emite de nuevo. La parte inferior de las nubes es opaca para esta radiación terrestre de onda larga y la refleja de vuelta a la Tierra. El resultado es que la atmósfera inferior absorbe, en general, más energía calorífica en días nublados por la presencia de esta radiación atrapada. Por el contrario, en una día claro, la superficie de la Tierra absorbe inicialmente más radiación solar pero esta energía se disipa muy rápido por la ausencia de nubes. Sin considerar otros efectos meteorológicos relacionados, la atmósfera absorbe menos radiación en días claros que en días nublados. La nubosidad tiene una influencia considerable en las actividades humanas. Por ejemplo, en los primeros tiempos de la aviación las nubes afectaban la visibilidad. Con el desarrollo del vuelo con instrumentos, que permite al piloto navegar en el interior de una nube grande, este obstáculo ha sido mitigado. El primer estudio científico de las nubes se hizo en 1803, cuando el meteorólogo británico Luke Howard ideó un método para clasificarlas. Lo siguiente fue la publicación, en 1887, de un sistema de clasificación que más tarde sirvió de fundamento del Atlas Internacional de las Nubes de 1896. Este atlas se revisa y modifica regularmente y se usa en todo el mundo. Las nubes suelen dividirse en cuatro familias principales según su altura: nubes altas, nubes medias, nubes bajas y nubes de desarrollo vertical. Éstas últimas se pueden extender a lo largo de todas las alturas. Estas cuatro divisiones pueden subdividirse en género, especie y variedad, describiendo en detalle el aspecto y el modo de formación de las nubes. Se distinguen más de cien tipos diferentes de nubes. A continuación describimos sólo las familias principales y los géneros más importantes: -Las nubes altas están compuestas por partículas de hielo y se ubican en altitudes medias de 8 kilómetros sobre la tierra. Esta familia contiene tres géneros principales: 1- Los cirros están aislados, tienen aspecto plumoso y en hebras, a menudo con ganchos o penachos, y se disponen en bandas. 2- Los cirroestratos aparecen como un velo delgado y blanquecino; en ocasiones muestran una estructura fibrosa y, cuando están situados entre el observador y la Luna, dan lugar a halos. 3- Los cirrocúmulos forman globos y mechones pequeños y blancos parecidos al algodón; se colocan en grupos o filas. -Las nubes medias están compuestas por gotitas de agua, tienen una altitud que varía entre 3 y 6 kilómetros sobre la tierra. Esta familia incluye dos géneros principales: 1- Los altos estratos parecen velos gruesos grises o azules, a través de los cuales el Sol y la Luna se ven como a través de un cristal traslúcido. 2- Los altocúmulos tienen el aspecto de globos densos, algodonosos y esponjosos un poco mayores que los cirrocúmulos. El brillo del Sol y la Luna a través de ellos puede producir una corona, o anillo coloreado, de diámetro mucho menor que un halo. -Las nubes bajas también están compuestas por gotitas de agua, suelen tener una altitud menor de 1,6 kilómetros. Este grupo comprende tres tipos principales: 1- Los estratocúmulos son grandes rollos de nubes, de aspecto ligero y de color gris. Con frecuencia cubren todo el cielo. Debido a que la masa nubosa no suele ser gruesa, a menudo aparecen retazos de cielo azul entre el techo nuboso. 2- Los nimboestratos son gruesos, oscuros y sin forma. Son nubes de precipitación, desde las que casi siempre llueve o nieva. 3- Los estratos son capas altas de niebla; aparecen, como un manto plano y blanco, a alturas por lo general inferiores a los 600 metros. Cuando se fracturan por la acción del aire caliente en ascensión, se ve un cielo azul y claro. -Las nubes de desarrollo vertical alcanzan altitudes que varían desde menos de 1,6 a 13 kilómetros sobre la tierra. En este grupo se incluyen dos tipos principales: 1- Los cúmulos tienen forma de cúpula o de madejas de lana. Se suelen ver durante el medio y el final del día, cuando el calor solar produce las corrientes verticales de aire necesarias para su formación. La parte inferior es, en general, plana y la superior redondeada, parecida a una coliflor. 2- Los cumulonimbos son oscuros y de aspecto pesado. Se alzan a gran altura, como montañas, y muestran a veces un velo de nubes de hielo, falsos cirros, con forma de yunque en su cumbre. Estas nubes tormentosas suelen producir aguaceros violentos e intermitentes. El grupo de nubes anómalas incluye las nubes nacaradas, o de madreperla, con altitudes entre 19 y 29 kilómetros, y las nubes noctilucentes, con altitudes entre 51 y 56 kilómetros. Estas nubes, muy delgadas, pueden verse sólo entre el ocaso y el amanecer, en altas latitudes. El desarrollo de la aviación a gran altura ha introducido un nuevo grupo de nubes artificiales llamadas estelas de condensación. Están formadas por el vapor de agua condensado que es expulsado junto con otros gases por los motores de los aviones. Del mismo modo que ocurre con la energía, la cantidad de agua que existe en la naturaleza es constante, lo que cambia es su forma. Fuente: Grupo de Tratamiento de Aguas Residuales. Escuela Universitaria Politécnica. Universidad de Sevilla.
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