Agua

El agua (fórmula química H ₂ O) es una sustancia química inorgánica, transparente, insípida, inodora y casi incolora, que es el principal constituyente de la hidrosfera terrestre y de los fluidos de todos los organismos vivos conocidos (en los que actúa como disolvente). Es vital para todas las formas de vida conocidas, aunque no aporta calorías ni nutrientes orgánicos. Su fórmula química, H ₂ O, indica que cada una de sus moléculas contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, conectados por enlaces covalentes. Los átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno en un ángulo de 104,45°. "Agua" es el nombre del estado líquido del H ₂ O en condiciones estándar de temperatura y presión.

Existen varios estados naturales del agua. Forma precipitaciones en forma de lluvia y aerosoles en forma de niebla. Las nubes están formadas por gotitas suspendidas de agua y hielo, su estado sólido. Cuando está finamente dividido, el hielo cristalino puede precipitar en forma de nieve. El estado gaseoso del agua es vapor o vapor de agua.

El agua cubre alrededor del 70,9% de la superficie terrestre, principalmente en mares y océanos. Pequeñas porciones de agua se encuentran como agua subterránea (1,7 %), en los glaciares y los casquetes polares de la Antártida y Groenlandia (1,7 %) y en el aire como vapor, nubes (que consisten en hielo y agua líquida suspendida en el aire) y precipitación. (0,001%). El agua se mueve continuamente a través del ciclo del agua de evaporación, transpiración (evapotranspiración), condensación, precipitación y escorrentía, llegando generalmente al mar.

El agua juega un papel importante en la economía mundial. Aproximadamente el 70% del agua dulce utilizada por los humanos se destina a la agricultura.La pesca en masas de agua salada y dulce es una fuente importante de alimentos para muchas partes del mundo. Gran parte del comercio a larga distancia de productos básicos (como petróleo, gas natural y productos manufacturados) se transporta en barcos a través de mares, ríos, lagos y canales. Grandes cantidades de agua, hielo y vapor se utilizan para refrigeración y calefacción, en la industria y los hogares. El agua es un excelente solvente para una amplia variedad de sustancias tanto minerales como orgánicas; como tal, se usa ampliamente en procesos industriales y en la cocina y el lavado. El agua, el hielo y la nieve también son fundamentales para muchos deportes y otras formas de entretenimiento, como la natación, la navegación de recreo, las regatas, el surf, la pesca deportiva, el submarinismo, el patinaje sobre hielo y el esquí.

Etimología

La palabra agua proviene del inglés antiguo wæter , del protogermánico * watar (fuente también del sajón antiguo watar , frisón antiguo wetir , agua holandesa , alto alemán antiguo wazzar , alemán Wasser , vatn , gótico ???? ( wato ), del protoindo -Europeo * wod-o , forma sufijada de la raíz * wed- ("agua"; "mojado"). También relacionado, a través de la raíz indoeuropea, con el griego ύδωρ ( ýdor ), el ruso вода́ ( vodá ), el irlandésuisce y albanés ujë .

Historia

Propiedades

Agua ( H
₂O ) es un compuesto inorgánico polar que a temperatura ambiente es un líquido insípido e inodoro, casi incoloro con un toque de azul. Este calcogenuro de hidrógeno más simple es, con mucho, el compuesto químico más estudiado y se describe como el "disolvente universal" por su capacidad para disolver muchas sustancias. Esto le permite ser el "disolvente de la vida": de hecho, el agua que se encuentra en la naturaleza casi siempre incluye varias sustancias disueltas, y se requieren pasos especiales para obtener agua químicamente pura. El agua es la única sustancia común que existe como sólido, líquido y gas en condiciones terrestres normales.

Estados

Junto con el oxidano , el agua es uno de los dos nombres oficiales del compuesto químico H
₂O ; también es la fase líquida de H
₂O . Los otros dos estados comunes de la materia del agua son la fase sólida, hielo, y la fase gaseosa, vapor de agua o vapor. La adición o eliminación de calor puede causar transiciones de fase: congelación (agua a hielo), fusión (hielo a agua), vaporización (agua a vapor), condensación (vapor a agua), sublimación (hielo a vapor) y deposición (vapor a hielo).

Densidad

El agua se diferencia de la mayoría de los líquidos en que se vuelve menos densa a medida que se congela. A una presión de 1 atm, alcanza su densidad máxima de 1000 kg/m (62,43 lb/cu ft) a 3,98 °C (39,16 °F). La densidad del hielo es de 917 kg/m (57,25 libras/pies cúbicos), una expansión del 9%. Esta expansión puede ejercer una enorme presión, reventar tuberías y agrietar rocas (ver Meteorización por heladas).

En un lago u océano, el agua a 4 °C (39,2 °F) se hunde hasta el fondo y se forma hielo en la superficie, flotando en el agua líquida. Este hielo aísla el agua debajo, evitando que se congele. Sin esta protección, la mayoría de los organismos acuáticos perecerían durante el invierno.

Magnetismo

El agua es un material diamagnético. Aunque la interacción es débil, con los imanes superconductores se puede lograr una interacción notable.

Transiciones de fase

A una presión de una atmósfera (atm), el hielo se derrite o el agua se congela a 0 °C (32 °F) y el agua hierve o el vapor se condensa a 100 °C (212 °F). Sin embargo, incluso por debajo del punto de ebullición, el agua puede convertirse en vapor en su superficie por evaporación (la vaporización en todo el líquido se conoce como ebullición). La sublimación y la deposición también ocurren en las superficies. Por ejemplo, la escarcha se deposita sobre superficies frías, mientras que los copos de nieve se forman por deposición sobre partículas de aerosol o núcleos de hielo. En el proceso de liofilización, un alimento se congela y luego se almacena a baja presión para que el hielo en su superficie se sublima.

Los puntos de fusión y ebullición dependen de la presión. Una buena aproximación de la tasa de cambio de la temperatura de fusión con la presión viene dada por la relación de Clausius-Clapeyron: donde y son los volúmenes molares de las fases líquida y sólida, y es el calor latente molar de fusión. En la mayoría de las sustancias, el volumen aumenta cuando se produce la fusión, por lo que la temperatura de fusión aumenta con la presión. Sin embargo, debido a que el hielo es menos denso que el agua, la temperatura de fusión disminuye. En los glaciares, el derretimiento por presión puede ocurrir bajo volúmenes de hielo lo suficientemente gruesos, lo que da como resultado lagos subglaciales.

La relación de Clausius-Clapeyron también se aplica al punto de ebullición, pero con la transición líquido/gas la fase de vapor tiene una densidad mucho menor que la fase líquida, por lo que el punto de ebullición aumenta con la presión. El agua puede permanecer en estado líquido a altas temperaturas en las profundidades del océano o bajo tierra. Por ejemplo, las temperaturas superan los 205 °C (401 °F) en Old Faithful, un géiser en el Parque Nacional de Yellowstone. En los respiraderos hidrotermales, la temperatura puede superar los 400 °C (752 °F).

Al nivel del mar, el punto de ebullición del agua es de 100 °C (212 °F). A medida que la presión atmosférica disminuye con la altitud, el punto de ebullición disminuye 1 °C cada 274 metros. Cocinar a gran altura lleva más tiempo que cocinar a nivel del mar. Por ejemplo, a 1524 metros (5000 pies), el tiempo de cocción debe aumentarse en una cuarta parte para lograr el resultado deseado. (A la inversa, se puede usar una olla a presión para disminuir los tiempos de cocción aumentando la temperatura de ebullición ). En el vacío, el agua hervirá a temperatura ambiente.

Puntos triples y críticos

En un diagrama de fase de presión/temperatura (ver figura), hay curvas que separan el sólido del vapor, el vapor del líquido y el líquido del sólido. Estos se encuentran en un solo punto llamado punto triple, donde las tres fases pueden coexistir. El punto triple está a una temperatura de 273,16 K (0,01 °C) y una presión de 611,657 pascales (0,00604 atm); es la presión más baja a la que puede existir agua líquida. Hasta 2019, el punto triple se usaba para definir la escala de temperatura Kelvin.

La curva de fase agua/vapor termina a 647,096 K (373,946 °C; 705,103 °F) y 22,064 megapascales (3200,1 psi; 217,75 atm).Esto se conoce como el punto crítico. A temperaturas y presiones más altas, las fases líquida y de vapor forman una fase continua llamada fluido supercrítico. Puede comprimirse o expandirse gradualmente entre densidades de gas y de líquido, sus propiedades (que son bastante diferentes de las del agua ambiental) son sensibles a la densidad. Por ejemplo, para presiones y temperaturas adecuadas, puede mezclarse libremente con compuestos no polares, incluida la mayoría de los compuestos orgánicos. Esto lo hace útil en una variedad de aplicaciones, incluida la electroquímica de alta temperatura y como solvente o catalizador ecológicamente benigno en reacciones químicas que involucran compuestos orgánicos. En el manto de la Tierra, actúa como solvente durante la formación, disolución y deposición de minerales.

Fases de hielo y agua.

La forma normal de hielo en la superficie de la Tierra es Hielo Ih, una fase que forma cristales con simetría hexagonal. Otro con simetría cristalina cúbica, Ice Ic, puede ocurrir en la atmósfera superior. A medida que aumenta la presión, el hielo forma otras estructuras cristalinas. A partir de 2019, 17 han sido confirmados experimentalmente y varios más se pronostican teóricamente. La decimoctava forma de hielo, el hielo XVIII, una fase de hielo superiónica cúbica centrada en la cara, se descubrió cuando una gota de agua se sometió a una onda de choque que elevó la presión del agua a millones de atmósferas y su temperatura a miles de grados. dando como resultado una estructura de átomos de oxígeno rígidos en los que los átomos de hidrógeno fluían libremente. Cuando se intercala entre capas de grafeno, el hielo forma una red cuadrada.

Los detalles de la naturaleza química del agua líquida no se comprenden bien; algunas teorías sugieren que su comportamiento inusual se debe a la existencia de 2 estados líquidos.

Sabor y olor

El agua pura generalmente se describe como insípida e inodora, aunque los humanos tienen sensores específicos que pueden sentir la presencia de agua en la boca, y se sabe que las ranas pueden olerla. Sin embargo, el agua de fuentes comunes (incluida el agua mineral embotellada) generalmente tiene muchas sustancias disueltas que pueden darle diferentes sabores y olores. Los seres humanos y otros animales han desarrollado sentidos que les permiten evaluar la potabilidad del agua evitando el agua demasiado salada o pútrida.

Color y apariencia

El agua pura es visiblemente azul debido a la absorción de luz en la región ca. 600 nm – 800 nm. El color se puede observar fácilmente en un vaso de agua del grifo colocado contra un fondo blanco puro, a la luz del día. Las principales bandas de absorción responsables del color son los matices de las vibraciones de estiramiento O-H. La intensidad aparente del color aumenta con la profundidad de la columna de agua, siguiendo la ley de Beer. Esto también se aplica, por ejemplo, a una piscina cuando la fuente de luz es la luz del sol reflejada en las baldosas blancas de la piscina.

En la naturaleza, el color también puede modificarse de azul a verde debido a la presencia de sólidos en suspensión o algas.

En la industria, la espectroscopia de infrarrojo cercano se usa con soluciones acuosas, ya que la mayor intensidad de los matices inferiores del agua significa que se pueden emplear cubetas de vidrio con un paso óptico corto. Para observar el espectro de absorción de estiramiento fundamental del agua o de una solución acuosa en la región alrededor de 3500 cm (2,85 μm) se necesita una longitud de trayectoria de aproximadamente 25 μm. Además, la cubeta debe ser transparente alrededor de 3500 cm e insoluble en agua; el fluoruro de calcio es un material de uso común para las ventanas de las cubetas con soluciones acuosas.

Las vibraciones fundamentales activas de Raman pueden observarse, por ejemplo, con una celda de muestra de 1 cm.

Las plantas acuáticas, las algas y otros organismos fotosintéticos pueden vivir en el agua hasta cientos de metros de profundidad, porque la luz del sol puede alcanzarlos. Prácticamente ninguna luz solar llega a las partes de los océanos por debajo de los 1.000 metros (3.300 pies) de profundidad.

El índice de refracción del agua líquida (1,333 a 20 °C (68 °F)) es mucho mayor que el del aire (1,0), similar al de los alcanos y el etanol, pero inferior al del glicerol (1,473), benceno (1,501 ), disulfuro de carbono (1.627) y tipos comunes de vidrio (1.4 a 1.6). El índice de refracción del hielo (1,31) es menor que el del agua líquida.

Molécula polar

En una molécula de agua, los átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104,5° con el átomo de oxígeno. Los átomos de hidrógeno están cerca de dos esquinas de un tetraedro centrado en el oxígeno. En las otras dos esquinas hay pares solitarios de electrones de valencia que no participan en el enlace. En un tetraedro perfecto, los átomos formarían un ángulo de 109,5°, pero la repulsión entre los pares solitarios es mayor que la repulsión entre los átomos de hidrógeno. La longitud del enlace O-H es de aproximadamente 0,096 nm.

Otras sustancias tienen una estructura molecular tetraédrica, por ejemplo, el metano ( CH
₄) y sulfuro de hidrógeno ( H
₂S ). Sin embargo, el oxígeno es más electronegativo (retiene sus electrones con más fuerza) que la mayoría de los demás elementos, por lo que el átomo de oxígeno retiene una carga negativa mientras que los átomos de hidrógeno tienen carga positiva. Junto con la estructura doblada, esto le da a la molécula un momento dipolar eléctrico y se clasifica como una molécula polar.

El agua es un buen solvente polar, que disuelve muchas sales y moléculas orgánicas hidrofílicas como azúcares y alcoholes simples como el etanol. El agua también disuelve muchos gases, como el oxígeno y el dióxido de carbono; este último produce la efervescencia de las bebidas carbonatadas, los vinos espumosos y las cervezas. Además, muchas sustancias de los organismos vivos, como las proteínas, el ADN y los polisacáridos, se disuelven en agua. Las interacciones entre el agua y las subunidades de estas biomacromoléculas dan forma al plegamiento de proteínas, el emparejamiento de bases de ADN y otros fenómenos cruciales para la vida (efecto hidrofóbico).

Muchas sustancias orgánicas (como grasas, aceites y alcanos) son hidrofóbicas, es decir, insolubles en agua. Muchas sustancias inorgánicas también son insolubles, incluida la mayoría de los óxidos metálicos, sulfuros y silicatos.

Enlaces de hidrógeno

Debido a su polaridad, una molécula de agua en estado líquido o sólido puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con moléculas vecinas. Los enlaces de hidrógeno son unas diez veces más fuertes que la fuerza de Van der Waals que atrae a las moléculas entre sí en la mayoría de los líquidos. Esta es la razón por la cual los puntos de fusión y ebullición del agua son mucho más altos que los de otros compuestos análogos como el sulfuro de hidrógeno. También explican su capacidad calorífica específica excepcionalmente alta (alrededor de 4,2 J/g/K), calor de fusión (alrededor de 333 J/g), calor de vaporización ( 2257 J/g), y conductividad térmica (entre 0,561 y 0,679 W/m/K). Estas propiedades hacen que el agua sea más eficaz para moderar el clima de la Tierra, almacenando calor y transportándolo entre los océanos y la atmósfera. Los enlaces de hidrógeno del agua son de alrededor de 23 kJ/mol (en comparación con un enlace OH covalente de 492 kJ/mol). De esto, se estima que el 90% es atribuible a la electrostática, mientras que el 10% restante es parcialmente covalente.

Estos enlaces son la causa de la alta tensión superficial y las fuerzas capilares del agua. La acción capilar se refiere a la tendencia del agua a subir por un tubo angosto contra la fuerza de la gravedad. Todas las plantas vasculares, como los árboles, confían en esta propiedad.

Auto-ionización

El agua es una solución débil de hidróxido de hidronio: hay un equilibrio 2H
₂O ⇔ H
₃O
+ OH
, en combinación con la solvatación de los iones hidronio resultantes.

Conductividad eléctrica y electrólisis.

El agua pura tiene una baja conductividad eléctrica, que aumenta con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico como la sal común.

El agua líquida se puede dividir en los elementos hidrógeno y oxígeno al pasar una corriente eléctrica a través de ella, un proceso llamado electrólisis. La descomposición requiere más entrada de energía que el calor liberado por el proceso inverso (285,8 kJ/mol o 15,9 MJ/kg).

Propiedades mecánicas

Se puede suponer que el agua líquida es incompresible para la mayoría de los propósitos: su compresibilidad varía de 4,4 a5,1 × 10  Pa en condiciones ordinarias. Incluso en los océanos a 4 km de profundidad, donde la presión es de 400 atm, el agua sufre una disminución de volumen del 1,8 %.

La viscosidad del agua es de aproximadamente 10 Pa·s o 0,01 poise a 20 °C (68 °F), y la velocidad del sonido en el agua líquida oscila entre 1400 y 1540 metros por segundo (4600 y 5100 pies/s) según la temperatura. . El sonido viaja largas distancias en el agua con poca atenuación, especialmente a bajas frecuencias (aproximadamente 0,03 dB/km para 1 kHz), una propiedad que los cetáceos y los humanos aprovechan para comunicarse y detectar el entorno (sonar).

Reactividad

Los elementos metálicos que son más electropositivos que el hidrógeno, en particular los metales alcalinos y los metales alcalinotérreos como el litio, el sodio, el calcio, el potasio y el cesio, desplazan el hidrógeno del agua, formando hidróxidos y liberando hidrógeno. A altas temperaturas, el carbono reacciona con el vapor para formar monóxido de carbono e hidrógeno.

En la tierra

La hidrología es el estudio del movimiento, la distribución y la calidad del agua en toda la Tierra. El estudio de la distribución del agua es la hidrografía. El estudio de la distribución y movimiento de las aguas subterráneas es hidrogeología, de los glaciares es glaciología, de las aguas interiores es limnología y la distribución de los océanos es oceanografía. Los procesos ecológicos con hidrología están en el centro de la ecohidrología.

La masa colectiva de agua que se encuentra sobre, debajo y sobre la superficie de un planeta se llama hidrosfera. El volumen aproximado de agua de la Tierra (el suministro total de agua del mundo) es de 1,386 × 10 kilómetros cúbicos (3,33 × 10 millas cúbicas).

El agua líquida se encuentra en cuerpos de agua, como un océano, mar, lago, río, arroyo, canal, estanque o charco. La mayor parte del agua en la Tierra es agua de mar. El agua también está presente en la atmósfera en estado sólido, líquido y vapor. También existe como agua subterránea en los acuíferos.

El agua es importante en muchos procesos geológicos. El agua subterránea está presente en la mayoría de las rocas, y la presión de esta agua subterránea afecta los patrones de fallas. El agua en el manto es responsable del derretimiento que produce volcanes en las zonas de subducción. En la superficie de la Tierra, el agua es importante en los procesos de meteorización tanto químicos como físicos. El agua, y en menor medida, pero aún significativa, el hielo, también son responsables de una gran cantidad de transporte de sedimentos que se produce en la superficie de la tierra. La deposición de sedimentos transportados forma muchos tipos de rocas sedimentarias, que constituyen el registro geológico de la historia de la Tierra.

El ciclo del agua

El ciclo del agua (conocido científicamente como ciclo hidrológico) se refiere al intercambio continuo de agua dentro de la hidrosfera, entre la atmósfera, el agua del suelo, las aguas superficiales, las aguas subterráneas y las plantas.

El agua se mueve perpetuamente a través de cada una de estas regiones en el ciclo del agua que consta de los siguientes procesos de transferencia:

• la evaporación de los océanos y otros cuerpos de agua al aire y la transpiración de las plantas y animales terrestres al aire.
• precipitación, del vapor de agua que se condensa del aire y cae a la tierra o al océano.
• la escorrentía de la tierra suele llegar al mar.

La mayoría de los vapores de agua que se encuentran principalmente en el océano regresan a él, pero los vientos transportan el vapor de agua sobre la tierra al mismo ritmo que la escorrentía hacia el mar, alrededor de 47 Tt por año, mientras que la evaporación y la transpiración que ocurren en las masas terrestres también contribuyen con otras 72 Tt por año. La precipitación, a razón de 119 Tt por año sobre la tierra, tiene varias formas: más comúnmente lluvia, nieve y granizo, con alguna contribución de niebla y rocío. El rocío son pequeñas gotas de agua que se condensan cuando una alta densidad de vapor de agua se encuentra con una superficie fría. El rocío generalmente se forma en la mañana cuando la temperatura es más baja, justo antes del amanecer y cuando la temperatura de la superficie de la tierra comienza a aumentar. El agua condensada en el aire también puede refractar la luz solar para producir arcoíris.

La escorrentía de agua a menudo se acumula sobre las cuencas hidrográficas que desembocan en los ríos. Un modelo matemático utilizado para simular el caudal de un río o arroyo y calcular los parámetros de calidad del agua es un modelo de transporte hidrológico. Parte del agua se desvía al riego para la agricultura. Los ríos y los mares ofrecen oportunidades para viajar y comerciar. A través de la erosión, la escorrentía da forma al entorno creando valles fluviales y deltas que proporcionan un suelo fértil y nivelado para el establecimiento de centros de población. Una inundación ocurre cuando un área de tierra, generalmente baja, se cubre con agua que ocurre cuando un río se desborda o ocurre una marejada ciclónica. Por otro lado, la sequía es un período prolongado de meses o años cuando una región nota una deficiencia en su suministro de agua.

Recursos hídricos

El agua se presenta como "existencias" y "flujos". El agua puede almacenarse en forma de lagos, vapor de agua, aguas subterráneas o acuíferos, hielo y nieve. Del volumen total de agua dulce mundial, se estima que el 69 % se almacena en glaciares y en la capa de nieve permanente; el 30 por ciento está en aguas subterráneas; y el 1 por ciento restante en lagos, ríos, la atmósfera y la biota.El tiempo que el agua permanece almacenada es muy variable: algunos acuíferos consisten en agua almacenada durante miles de años, pero los volúmenes de los lagos pueden fluctuar según la estación, disminuyendo durante los períodos secos y aumentando durante los húmedos. Una fracción sustancial del suministro de agua para algunas regiones consiste en agua extraída del agua almacenada en las reservas, y cuando las extracciones superan la recarga, las reservas disminuyen. Según algunas estimaciones, hasta el 30 por ciento del agua total utilizada para el riego proviene de extracciones insostenibles de agua subterránea, lo que provoca el agotamiento de las aguas subterráneas.

Agua de mar y mareas

El agua de mar contiene alrededor de un 3,5 % de cloruro de sodio en promedio, además de cantidades más pequeñas de otras sustancias. Las propiedades físicas del agua de mar difieren de las del agua dulce en algunos aspectos importantes. Se congela a una temperatura más baja (alrededor de -1,9 ° C (28,6 ° F)) y su densidad aumenta al disminuir la temperatura hasta el punto de congelación, en lugar de alcanzar la densidad máxima a una temperatura por encima del punto de congelación. La salinidad del agua en los principales mares varía desde alrededor del 0,7 % en el Mar Báltico hasta el 4,0 % en el Mar Rojo. (El Mar Muerto, conocido por sus niveles de salinidad ultra alta de entre 30 y 40 %, es en realidad un lago salado).

Las mareas son el ascenso y descenso cíclico de los niveles locales del mar causados ​​por las fuerzas de marea de la Luna y el Sol que actúan sobre los océanos. Las mareas provocan cambios en la profundidad de los cuerpos de agua marinos y estuarinos y producen corrientes oscilantes conocidas como corrientes de marea. El cambio de marea producido en un lugar determinado es el resultado de las posiciones cambiantes de la Luna y el Sol en relación con la Tierra, junto con los efectos de la rotación de la Tierra y la batimetría local. La franja de costa que queda sumergida durante la marea alta y expuesta durante la marea baja, la zona intermareal, es un importante producto ecológico de las mareas oceánicas.La bahía de Fundy con marea alta y marea baja

• La marea alta
• Marea baja

Efectos en la vida

Desde un punto de vista biológico, el agua tiene muchas propiedades distintas que son fundamentales para la proliferación de la vida. Lleva a cabo esta función al permitir que los compuestos orgánicos reaccionen de manera que finalmente permitan la replicación. Todas las formas de vida conocidas dependen del agua. El agua es vital como disolvente en el que se disuelven muchos de los solutos del cuerpo y como parte esencial de muchos procesos metabólicos dentro del cuerpo. El metabolismo es la suma total de anabolismo y catabolismo. En el anabolismo, el agua se elimina de las moléculas (mediante energía que requiere reacciones químicas enzimáticas) para desarrollar moléculas más grandes (p. ej., almidones, triglicéridos y proteínas para el almacenamiento de combustibles e información). En el catabolismo, el agua se usa para romper enlaces con el fin de generar moléculas más pequeñas (p. ej., glucosa, ácidos grasos, y aminoácidos que se utilizarán como combustibles para uso energético u otros fines). Sin agua, estos procesos metabólicos particulares no podrían existir.

El agua es fundamental para la fotosíntesis y la respiración. Las células fotosintéticas utilizan la energía del sol para separar el hidrógeno del agua del oxígeno. El hidrógeno se combina con CO ₂ (absorbido del aire o del agua) para formar glucosa y liberar oxígeno. Todas las células vivas usan tales combustibles y oxidan el hidrógeno y el carbono para capturar la energía del sol y reformar el agua y el CO ₂ en el proceso (respiración celular).

El agua también es fundamental para la neutralidad ácido-base y la función enzimática. Un ácido, un donante de iones de hidrógeno (H , es decir, un protón), puede ser neutralizado por una base, un aceptor de protones como un ion hidróxido (OH ) para formar agua. El agua se considera neutra, con un pH (el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno) de 7. Los ácidos tienen valores de pH inferiores a 7, mientras que las bases tienen valores superiores a 7.

Formas de vida acuática

Las aguas superficiales de la tierra están llenas de vida. Las primeras formas de vida aparecieron en el agua; casi todos los peces viven exclusivamente en el agua y hay muchos tipos de mamíferos marinos, como los delfines y las ballenas. Algunos tipos de animales, como los anfibios, pasan partes de su vida en el agua y partes en la tierra. Plantas como las algas marinas y las algas crecen en el agua y son la base de algunos ecosistemas submarinos. El plancton es generalmente la base de la cadena alimentaria del océano.

Los vertebrados acuáticos deben obtener oxígeno para sobrevivir, y lo hacen de varias formas. Los peces tienen branquias en lugar de pulmones, aunque algunas especies de peces, como el pez pulmonado, tienen ambas. Los mamíferos marinos, como los delfines, las ballenas, las nutrias y las focas, necesitan salir a la superficie periódicamente para respirar aire. Algunos anfibios pueden absorber oxígeno a través de la piel. Los invertebrados exhiben una amplia gama de modificaciones para sobrevivir en aguas poco oxigenadas, incluidos los tubos de respiración (ver sifones de insectos y moluscos) y branquias ( Carcinus ). Sin embargo, como la vida de los invertebrados evolucionó en un hábitat acuático, la mayoría tiene poca o ninguna especialización para la respiración en el agua.

• Parte de la biodiversidad de un arrecife de coral
• Algunas diatomeas marinas: un grupo clave de fitoplancton
• La langosta rechoncha y los camarones Alvinocarididae en el campo hidrotermal de Von Damm sobreviven gracias a la alteración de la química del agua

Efectos en la civilización humana

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Históricamente, la civilización ha florecido en torno a los ríos y las principales vías fluviales; Mesopotamia, la llamada cuna de la civilización, estaba situada entre los principales ríos Tigris y Éufrates; la antigua sociedad de los egipcios dependía enteramente del Nilo. La primera civilización del valle del Indo (c. 3300 a. C. a 1300 a. C.) se desarrolló a lo largo del río Indo y los afluentes que salían del Himalaya. Roma también fue fundada a orillas del río italiano Tíber. Las grandes metrópolis como Róterdam, Londres, Montreal, París, la ciudad de Nueva York, Buenos Aires, Shanghái, Tokio, Chicago y Hong Kong deben su éxito en parte a su fácil acceso por agua y la consiguiente expansión del comercio. Las islas con puertos de agua segura, como Singapur, han florecido por la misma razón. En lugares como el norte de África y el Medio Oriente, donde el agua es más escasa,

Salud y contaminación

El agua apta para el consumo humano se denomina agua potable o agua potable. El agua que no es potable puede hacerse potable por filtración o destilación, o por una gama de otros métodos. Más de 660 millones de personas no tienen acceso a agua potable segura.

El agua que no es apta para beber pero que no es dañina para los humanos cuando se usa para nadar o bañarse recibe varios nombres distintos de agua potable o agua potable, y a veces se denomina agua segura o "segura para bañarse". El cloro es un irritante de la piel y las membranas mucosas que se usa para hacer que el agua sea segura para bañarse o beber. Su uso es altamente técnico y generalmente está controlado por regulaciones gubernamentales (típicamente 1 parte por millón (ppm) para agua potable y 1–2 ppm de cloro que aún no ha reaccionado con impurezas para agua de baño). El agua para bañarse puede mantenerse en condiciones microbiológicas satisfactorias utilizando desinfectantes químicos como cloro u ozono o mediante el uso de luz ultravioleta.

La recuperación de agua es el proceso de convertir las aguas residuales (más comúnmente aguas residuales, también llamadas aguas residuales municipales) en agua que se puede reutilizar para otros fines.

El agua dulce es un recurso renovable, recirculado por el ciclo hidrológico natural, pero las presiones sobre el acceso a ella son el resultado de la distribución naturalmente desigual en el espacio y el tiempo, las crecientes demandas económicas de la agricultura y la industria y el aumento de la población. Actualmente, casi mil millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua segura y asequible. En el año 2000, las Naciones Unidas establecieron los Objetivos de Desarrollo del Milenio para el agua para reducir a la mitad para el año 2015 la proporción de personas en todo el mundo sin acceso a agua potable y saneamiento. El progreso hacia ese objetivo fue desigual, y en 2015 la ONU se comprometió con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de lograr el acceso universal a agua y saneamiento seguros y asequibles para 2030. La mala calidad del agua y el mal saneamiento son mortales; unos cinco millones de muertes al año son causadas por enfermedades relacionadas con el agua.

En los países en desarrollo, el 90% de todas las aguas residuales municipales aún no se tratan en los ríos y arroyos locales. Unos 50 países, con aproximadamente un tercio de la población mundial, también sufren de escasez de agua media o alta y 17 de ellos extraen más agua anualmente de la que se recarga a través de sus ciclos naturales de agua. La tensión no solo afecta a los cuerpos de agua dulce superficiales como ríos y lagos, sino que también degrada los recursos de agua subterránea.

Usos humanos

Agricultura

El uso humano más importante del agua es para la agricultura, incluida la agricultura de regadío, que representa entre el 80 y el 90 por ciento del consumo humano total de agua. En los Estados Unidos, el 42% del agua dulce extraída para uso es para riego, pero la gran mayoría del agua "consumida" (utilizada y no devuelta al medio ambiente) se destina a la agricultura.

El acceso al agua dulce a menudo se da por sentado, especialmente en los países desarrollados que han construido sistemas de agua sofisticados para recolectar, purificar y distribuir agua y eliminar las aguas residuales. Pero las crecientes presiones económicas, demográficas y climáticas están aumentando las preocupaciones sobre los problemas del agua, lo que lleva a una mayor competencia por los recursos hídricos fijos, lo que da lugar al concepto de agua máxima. A medida que las poblaciones y las economías continúan creciendo, se expande el consumo de carne sedienta de agua y surgen nuevas demandas de biocombustibles o nuevas industrias que consumen mucha agua, es probable que surjan nuevos desafíos relacionados con el agua.

En 2007, el Instituto Internacional de Gestión del Agua de Sri Lanka llevó a cabo una evaluación de la gestión del agua en la agricultura para ver si el mundo tenía suficiente agua para proporcionar alimentos a su creciente población.Evaluó la disponibilidad actual de agua para la agricultura a escala mundial y trazó un mapa de las ubicaciones que sufren escasez de agua. Encontró que una quinta parte de la población mundial, más de 1.200 millones, vive en áreas de escasez física de agua, donde no hay suficiente agua para satisfacer todas las demandas. Otros 1.600 millones de personas viven en áreas que experimentan escasez económica de agua, donde la falta de inversión en agua o la insuficiente capacidad humana hacen imposible que las autoridades satisfagan la demanda de agua. El informe encontró que sería posible producir los alimentos requeridos en el futuro, pero que la continuación de la producción actual de alimentos y las tendencias ambientales conducirían a crisis en muchas partes del mundo. Para evitar una crisis mundial del agua, los agricultores deberán esforzarse por aumentar la productividad para satisfacer la creciente demanda de alimentos,

La escasez de agua también es causada por la producción de productos intensivos en agua. Por ejemplo, algodón: 1 kg de algodón, equivalente a un par de jeans, requiere 10,9 metros cúbicos (380 pies cúbicos) de agua para producir. Si bien el algodón representa el 2,4% del uso mundial de agua, el agua se consume en regiones que ya corren el riesgo de escasez de agua. Se ha causado un daño ambiental significativo: por ejemplo, la desviación de agua por parte de la antigua Unión Soviética de los ríos Amu Darya y Syr Darya para producir algodón fue en gran parte responsable de la desaparición del Mar de Aral.

• Necesidad de agua por tonelada de producto alimenticio
• Distribución de agua en riego por goteo subterráneo
• Irrigación de cultivos extensivos

Como norma científica

El 7 de abril de 1795, el gramo se definió en Francia como "el peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de una centésima de metro, y a la temperatura de fusión del hielo". Aunque a efectos prácticos, se requería un patrón de referencia metálico, mil veces más masivo, el kilogramo. Por lo tanto, se encargó un trabajo para determinar con precisión la masa de un litro de agua. A pesar de que la definición decretada del gramo especificaba agua a 0 °C (32 °F), una temperatura altamente reproducible, los científicos optaron por redefinir el estándar y realizar sus mediciones a la temperatura de mayor densidad del agua , que se midió en ese momento como 4 ° C (39 ° F).

La escala de temperatura Kelvin del sistema SI se basó en el punto triple del agua, definido exactamente como 273,16 K (0,01 °C; 32,02 °F), pero a partir de mayo de 2019 se basa en la constante de Boltzmann. La escala es una escala de temperatura absoluta con el mismo incremento que la escala de temperatura Celsius, que se definió originalmente según el punto de ebullición (establecido en 100 °C (212 °F)) y el punto de fusión (establecido en 0 °C (32 °F) F)) de agua.

El agua natural se compone principalmente de los isótopos hidrógeno-1 y oxígeno-16, pero también hay una pequeña cantidad de isótopos más pesados ​​oxígeno-18, oxígeno-17 e hidrógeno-2 (deuterio). El porcentaje de los isótopos más pesados ​​es muy pequeño, pero aún afecta las propiedades del agua. El agua de ríos y lagos tiende a contener isótopos menos pesados ​​que el agua de mar. Por lo tanto, el agua estándar se define en la especificación de agua estándar media del océano de Viena.

Para beber

El cuerpo humano contiene de 55% a 78% de agua, dependiendo del tamaño del cuerpo. Para funcionar correctamente, el cuerpo requiere entre uno y siete litros (0,22 y 1,54 imp gal; 0,26 y 1,85 gal EE.UU.) de agua por día para evitar la deshidratación; la cantidad precisa depende del nivel de actividad, la temperatura, la humedad y otros factores. La mayor parte de esto se ingiere a través de alimentos o bebidas que no sean beber agua pura. No está claro cuánta ingesta de agua necesitan las personas sanas, aunque la Asociación Dietética Británica recomienda que 2,5 litros de agua en total al día es el mínimo para mantener una hidratación adecuada, incluidos 1,8 litros (6 a 7 vasos) obtenidos directamente de las bebidas.La literatura médica favorece un consumo menor, típicamente 1 litro de agua para un hombre promedio, excluyendo los requisitos adicionales debido a la pérdida de líquidos por el ejercicio o el clima cálido.

Los riñones sanos pueden excretar de 0,8 a 1 litro de agua por hora, pero el estrés, como el ejercicio, puede reducir esta cantidad. Las personas pueden beber mucha más agua de la necesaria mientras hacen ejercicio, lo que las pone en riesgo de intoxicación por agua (hiperhidratación), que puede ser fatal. La afirmación popular de que "una persona debe consumir ocho vasos de agua al día" parece no tener una base científica real. Los estudios han demostrado que la ingesta adicional de agua, especialmente hasta 500 mililitros (18 imp fl oz; 17 US fl oz) a la hora de las comidas, se asoció con la pérdida de peso. La ingesta adecuada de líquidos es útil para prevenir el estreñimiento.

Una recomendación original para la ingesta de agua en 1945 por la Junta de Alimentos y Nutrición del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos decía: "Un estándar común para diversas personas es 1 mililitro por cada caloría de alimento. La mayor parte de esta cantidad está contenida en alimentos preparados". El último informe de ingesta dietética de referencia del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos recomendó en general, según la mediana de la ingesta total de agua de los datos de encuestas de EE. UU. (incluidas las fuentes de alimentos): 3,7 litros (0,81 gal imp.; 0,98 gal EE. (0,59 gal imp.; 0,71 gal EE. UU.) de agua total para las mujeres, señalando que el agua contenida en los alimentos proporcionó aproximadamente el 19 % de la ingesta total de agua en la encuesta.

Específicamente, las mujeres embarazadas y lactantes necesitan líquidos adicionales para mantenerse hidratadas. El Instituto de Medicina (EE. UU.) recomienda que, en promedio, los hombres consuman 3 litros (0,66 imp gal; 0,79 US gal) y las mujeres 2,2 litros (0,48 imp gal; 0,58 US gal); las mujeres embarazadas deben aumentar la ingesta a 2,4 litros (0,53 gal imp; 0,63 gal EE.UU.) y las mujeres que amamantan deben obtener 3 litros (12 tazas), ya que se pierde una cantidad especialmente grande de líquido durante la lactancia.También se destaca que, normalmente, alrededor del 20% de la ingesta de agua proviene de los alimentos, mientras que el resto proviene del agua potable y las bebidas (con cafeína incluidas). El agua se excreta del cuerpo en múltiples formas; a través de la orina y las heces, a través del sudor y por la exhalación de vapor de agua en el aliento. Con el esfuerzo físico y la exposición al calor, la pérdida de agua aumentará y las necesidades diarias de líquidos también pueden aumentar.

Los seres humanos requieren agua con pocas impurezas. Las impurezas comunes incluyen sales y óxidos metálicos, incluidos cobre, hierro, calcio y plomo, y/o bacterias dañinas, como Vibrio . Algunos solutos son aceptables e incluso deseables para mejorar el sabor y proporcionar los electrolitos necesarios.

El recurso de agua dulce más grande (por volumen) adecuado para beber es el lago Baikal en Siberia.

Lavado

La propensión del agua a formar soluciones y emulsiones es útil en varios procesos de lavado. El lavado es también un componente importante de varios aspectos de la higiene personal del cuerpo. La mayor parte del uso personal de agua se debe a ducharse, lavar la ropa y lavar los platos, llegando a cientos de litros por día por persona en los países desarrollados.

Transporte

El uso del agua para el transporte de materiales a través de ríos y canales, así como las rutas de navegación internacionales, es una parte importante de la economía mundial.

Usos químicos

El agua se usa ampliamente en reacciones químicas como solvente o reactivo y menos comúnmente como soluto o catalizador. En las reacciones inorgánicas, el agua es un solvente común que disuelve muchos compuestos iónicos, así como otros compuestos polares como el amoníaco y compuestos estrechamente relacionados con el agua. En reacciones orgánicas, no se suele utilizar como disolvente de reacción, porque no disuelve bien los reactivos y es anfótero (ácido ybásico) y nucleofílico. Sin embargo, estas propiedades son a veces deseables. Además, se ha observado la aceleración de las reacciones de Diels-Alder por el agua. El agua supercrítica ha sido recientemente un tema de investigación. El agua supercrítica saturada de oxígeno quema los contaminantes orgánicos de manera eficiente. El vapor de agua se utiliza para algunos procesos en la industria química. Un ejemplo es la producción de ácido acrílico a partir de acroleína, propileno y propano. El posible efecto del agua en estas reacciones incluye la interacción físico-química del agua con el catalizador y la reacción química del agua con los intermedios de reacción.

De intercambio de calor

El agua y el vapor son fluidos comunes utilizados para el intercambio de calor, debido a su disponibilidad y alta capacidad calorífica, tanto para refrigeración como para calefacción. El agua fría puede incluso estar disponible de forma natural en un lago o en el mar. Es especialmente efectivo para transportar calor a través de la vaporización y condensación del agua debido a su gran calor latente de vaporización. Una desventaja es que los metales que se encuentran comúnmente en industrias como el acero y el cobre se oxidan más rápido con el agua y el vapor sin tratar. En casi todas las centrales térmicas, el agua se utiliza como fluido de trabajo (utilizado en un circuito cerrado entre la caldera, la turbina de vapor y el condensador) y como refrigerante (utilizado para intercambiar el calor residual a un cuerpo de agua o transportarlo por evaporación en una torre de enfriamiento). En los Estados Unidos, la refrigeración de las plantas de energía es el mayor uso de agua.

En la industria de la energía nuclear, el agua también se puede utilizar como moderador de neutrones. En la mayoría de los reactores nucleares, el agua es a la vez refrigerante y moderador. Esto proporciona algo así como una medida de seguridad pasiva, ya que eliminar el agua del reactor también ralentiza la reacción nuclear. Sin embargo, se favorecen otros métodos para detener una reacción y se prefiere mantener el núcleo nuclear cubierto con agua para asegurar un enfriamiento adecuado.

Consideraciones sobre incendios

El agua tiene un alto calor de vaporización y es relativamente inerte, lo que la convierte en un buen fluido extintor de incendios. La evaporación del agua aleja el calor del fuego. Es peligroso usar agua en incendios que involucran aceites y solventes orgánicos porque muchos materiales orgánicos flotan en el agua y el agua tiende a esparcir el líquido que se quema.

El uso de agua en la extinción de incendios también debe tener en cuenta los peligros de una explosión de vapor, que puede ocurrir cuando se usa agua en incendios muy calientes en espacios confinados, y de una explosión de hidrógeno, cuando sustancias que reaccionan con el agua, como ciertos metales. o el carbón caliente como el carbón, el carbón vegetal o el grafito de coque, descomponen el agua y producen gas de agua.

La potencia de este tipo de explosiones se vio en el desastre de Chernóbil, aunque el agua involucrada en este caso no procedía de la extinción de incendios sino del propio sistema de refrigeración por agua del reactor. Se produjo una explosión de vapor cuando el sobrecalentamiento extremo del núcleo hizo que el agua se convirtiera en vapor. Es posible que se haya producido una explosión de hidrógeno como resultado de una reacción entre el vapor y el circonio caliente.

Algunos óxidos metálicos, sobre todo los de metales alcalinos y metales alcalinotérreos, producen tanto calor al reaccionar con el agua que puede desarrollarse un peligro de incendio. La cal viva de óxido alcalinotérreo es una sustancia producida en masa que a menudo se transporta en bolsas de papel. Si estos se empapan, pueden encenderse ya que su contenido reacciona con el agua.

Recreación

Los seres humanos utilizan el agua para muchos fines recreativos, así como para hacer ejercicio y practicar deportes. Algunos de estos incluyen natación, esquí acuático, paseos en bote, surf y buceo. Además, algunos deportes, como el hockey sobre hielo y el patinaje sobre hielo, se practican sobre hielo. Las orillas de los lagos, las playas y los parques acuáticos son lugares populares para que la gente vaya a relajarse y disfrutar de la recreación. Muchos encuentran que el sonido y la apariencia del agua que fluye es relajante, y las fuentes y otras características del agua son decoraciones populares. Algunos mantienen peces y otra flora y fauna dentro de acuarios o estanques para espectáculo, diversión y compañía. Los seres humanos también usan el agua para deportes de nieve, es decir, esquí, trineo, motos de nieve o snowboard, que requieren que el agua esté congelada.

Industria del agua

La industria del agua proporciona servicios de agua potable y aguas residuales (incluido el tratamiento de aguas residuales) a los hogares y la industria. Las instalaciones de suministro de agua incluyen pozos de agua, cisternas para la recolección de agua de lluvia, redes de suministro de agua e instalaciones de purificación de agua, tanques de agua, torres de agua, tuberías de agua, incluidos los acueductos antiguos. Los generadores de agua atmosférica están en desarrollo.

El agua potable a menudo se recolecta en manantiales, se extrae de perforaciones artificiales (pozos) en el suelo o se bombea de lagos y ríos. La construcción de más pozos en lugares adecuados es, por lo tanto, una forma posible de producir más agua, suponiendo que los acuíferos puedan suministrar un flujo adecuado. Otras fuentes de agua incluyen la recolección de agua de lluvia. El agua puede requerir purificación para el consumo humano. Esto puede implicar la eliminación de sustancias no disueltas, sustancias disueltas y microbios dañinos. Los métodos populares son el filtrado con arena, que solo elimina el material no disuelto, mientras que la cloración y la ebullición matan los microbios dañinos. La destilación hace las tres funciones. Existen técnicas más avanzadas, como la ósmosis inversa. La desalinización de abundante agua de mar es una solución más cara utilizada en climas costeros áridos.

La distribución de agua potable se realiza a través de sistemas de agua municipales, entrega en camiones cisterna o como agua embotellada. Los gobiernos de muchos países tienen programas para distribuir agua a los necesitados sin costo alguno.

Reducir el uso mediante el uso de agua potable (potable) solo para consumo humano es otra opción. En algunas ciudades, como Hong Kong, el agua de mar se usa ampliamente para descargar inodoros en toda la ciudad a fin de conservar los recursos de agua dulce.

La contaminación del agua puede ser el mayor mal uso del agua; en la medida en que un contaminante limita otros usos del agua, se convierte en un desperdicio del recurso, independientemente de los beneficios para el contaminador. Al igual que otros tipos de contaminación, esto no entra en la contabilidad estándar de costos de mercado, ya que se concibe como externalidades que el mercado no puede contabilizar. Así, otras personas pagan el precio de la contaminación del agua, mientras que las ganancias de las empresas privadas no se redistribuyen entre la población local, víctimas de esta contaminación. Los productos farmacéuticos consumidos por los humanos a menudo terminan en las vías fluviales y pueden tener efectos perjudiciales para la vida acuática si se bioacumulan y si no son biodegradables.

Las aguas residuales municipales e industriales generalmente se tratan en plantas de tratamiento de aguas residuales. La mitigación de la escorrentía superficial contaminada se aborda a través de una variedad de técnicas de prevención y tratamiento. ( Ver Escorrentía superficial#Mitigación y tratamiento.)

• Un aguador en la India, 1882. En muchos lugares donde no se dispone de agua corriente, el agua tiene que ser transportada por personas.
• Una bomba de agua manual en China
• Instalación de purificación de agua
• Planta desaladora de ósmosis inversa (OI) en Barcelona, ​​España

Aplicaciones industriales

Muchos procesos industriales se basan en reacciones que utilizan productos químicos disueltos en agua, suspensión de sólidos en lodos de agua o uso de agua para disolver y extraer sustancias, o para lavar productos o equipos de proceso. Procesos como la minería, la fabricación de pulpa química, el blanqueo de la pulpa, la fabricación de papel, la producción textil, el teñido, la impresión y el enfriamiento de las plantas de energía utilizan grandes cantidades de agua, lo que requiere una fuente de agua dedicada y, a menudo, causan una contaminación del agua significativa.

El agua se utiliza en la generación de energía. La hidroelectricidad es la electricidad obtenida de la energía hidroeléctrica. La energía hidroeléctrica proviene del agua que impulsa una turbina de agua conectada a un generador. La hidroelectricidad es una fuente de energía renovable, de bajo costo y no contaminante. La energía es suministrada por el movimiento del agua. Por lo general, una presa se construye en un río, creando un lago artificial detrás de él. El agua que sale del lago es forzada a través de turbinas que hacen girar los generadores.

La presa de las Tres Gargantas es la central hidroeléctrica más grande.

El agua a presión se utiliza en chorros de agua y cortadores de chorro de agua. Además, se utilizan pistolas de agua a alta presión para un corte preciso. Funciona muy bien, es relativamente seguro y no es dañino para el medio ambiente. También se utiliza en la refrigeración de maquinaria para evitar el sobrecalentamiento o evitar el sobrecalentamiento de las hojas de sierra.

El agua también se utiliza en muchos procesos y máquinas industriales, como la turbina de vapor y el intercambiador de calor, además de su uso como disolvente químico. La descarga de agua sin tratar de usos industriales es contaminación. La contaminación incluye solutos vertidos (contaminación química) y agua refrigerante vertida (contaminación térmica). La industria requiere agua pura para muchas aplicaciones y utiliza una variedad de técnicas de purificación tanto en el suministro como en la descarga de agua.

Procesamiento de alimentos

Hervir, cocer al vapor y hervir a fuego lento son métodos populares de cocción que a menudo requieren sumergir los alimentos en agua o en su estado gaseoso, vapor. El agua también se utiliza para lavar platos. El agua también juega muchos papeles críticos dentro del campo de la ciencia de los alimentos.

Los solutos como las sales y los azúcares que se encuentran en el agua afectan las propiedades físicas del agua. Los puntos de ebullición y congelación del agua se ven afectados por los solutos, así como la presión del aire, que a su vez se ve afectada por la altitud. El agua hierve a temperaturas más bajas con la presión de aire más baja que ocurre en elevaciones más altas. Un mol de sacarosa (azúcar) por kilogramo de agua eleva el punto de ebullición del agua en 0,51 °C (0,918 °F), y un mol de sal por kg eleva el punto de ebullición en 1,02 °C (1,836 °F); del mismo modo, al aumentar el número de partículas disueltas, se reduce el punto de congelación del agua.

Los solutos en el agua también afectan la actividad del agua que afecta muchas reacciones químicas y el crecimiento de microbios en los alimentos. La actividad del agua se puede describir como una relación entre la presión de vapor del agua en una solución y la presión de vapor del agua pura. Los solutos en el agua reducen la actividad del agua; es importante saber esto porque la mayoría del crecimiento bacteriano cesa a niveles bajos de actividad del agua. El crecimiento microbiano no solo afecta la seguridad de los alimentos, sino también la conservación y la vida útil de los alimentos.

La dureza del agua también es un factor crítico en el procesamiento de alimentos y puede modificarse o tratarse mediante el uso de un sistema de intercambio iónico químico. Puede afectar dramáticamente la calidad de un producto, además de desempeñar un papel en el saneamiento. La dureza del agua se clasifica según la concentración de carbonato de calcio que contiene el agua. El agua se clasifica como blanda si contiene menos de 100 mg/l (Reino Unido) o menos de 60 mg/l (EE. UU.).

Según un informe publicado por la organización Water Footprint en 2010, un solo kilogramo de carne de res requiere 15 mil litros (3,3 × 10  imp gal; 4,0 × 10  US gal) de agua; sin embargo, los autores también aclaran que se trata de un promedio mundial y que factores circunstanciales determinan la cantidad de agua utilizada en la producción de carne vacuna.

Uso medico

El agua para inyección está en la lista de medicamentos esenciales de la Organización Mundial de la Salud.

Distribución en la naturaleza

En el universo

Gran parte del agua del universo se produce como subproducto de la formación estelar. La formación de estrellas va acompañada de un fuerte viento de gas y polvo hacia el exterior. Cuando esta salida de material eventualmente impacta el gas circundante, las ondas de choque que se crean comprimen y calientan el gas. El agua observada se produce rápidamente en este gas cálido y denso.

El 22 de julio de 2011, un informe describió el descubrimiento de una gigantesca nube de vapor de agua que contenía "140 billones de veces más agua que todos los océanos de la Tierra juntos" alrededor de un cuásar ubicado a 12 mil millones de años luz de la Tierra. Según los investigadores, el "descubrimiento muestra que el agua ha prevalecido en el universo durante casi toda su existencia".

Se ha detectado agua en las nubes interestelares dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Es probable que el agua también exista en abundancia en otras galaxias, porque sus componentes, el hidrógeno y el oxígeno, se encuentran entre los elementos más abundantes del universo. Según los modelos de formación y evolución del Sistema Solar y de otros sistemas estelares, es probable que la mayoría de los demás sistemas planetarios tengan ingredientes similares.

Vapor de agua

El agua está presente como vapor en:

• Atmósfera del Sol: en trazas detectables
• Atmósfera de Mercurio: 3,4% y grandes cantidades de agua en la exosfera de Mercurio
• Atmósfera de Venus: 0.002%
• Atmósfera terrestre: ≈0,40% sobre la atmósfera completa, típicamente 1–4% en la superficie; así como la de la Luna en pequeñas cantidades
• Atmósfera de Marte: 0,03%
• Atmósfera de Ceres
• Atmósfera de Júpiter: 0.0004% – solo en hielos; y la de su luna Europa
• Atmósfera de Saturno: solo en hielos; Enceladus: 91% y Dione (exosfera)
• Atmósfera de Urano: en pequeñas cantidades por debajo de 50 bar
• Atmósfera de Neptuno: se encuentra en las capas más profundas.
• Atmósferas de planetas extrasolares: incluidas las de HD 189733 b y HD 209458 b, Tau Boötis b, HAT-P-11b, XO-1b, WASP-12b, WASP-17b y WASP-19b.
• Atmósferas estelares: no limitadas a estrellas más frías e incluso detectadas en estrellas calientes gigantes como Betelgeuse, Mu Cephei, Antares y Arcturus.
• Discos circunestelares: incluidos los de más de la mitad de las estrellas T Tauri como AA Tauri, así como TW Hydrae, IRC +10216 y APM 08279+5255, VY Canis Majoris y S Persei.

Agua líquida

El agua líquida está presente en la Tierra, cubriendo el 71% de su superficie. El agua líquida también está ocasionalmente presente en pequeñas cantidades en Marte. Los científicos creen que el agua líquida está presente en las lunas saturnianas de Encelado, como un océano de 10 kilómetros de espesor, aproximadamente entre 30 y 40 kilómetros por debajo de la superficie del polo sur de Encelado, y Titán, como una capa subterránea, posiblemente mezclada con amoníaco. Europa, la luna de Júpiter, tiene características superficiales que sugieren un océano de agua líquida bajo la superficie. El agua líquida también puede existir en la luna de Júpiter, Ganímedes, como una capa intercalada entre hielo y roca a alta presión.

Agua helada

El agua está presente como hielo en:

• Marte: bajo el regolito y en los polos.
• Sistema Tierra-Luna: principalmente como capas de hielo en la Tierra y en cráteres lunares y rocas volcánicas La NASA informó la detección de moléculas de agua por parte del Moon Mineralogy Mapper de la NASA a bordo de la nave espacial Chandrayaan-1 de la Organización de Investigación Espacial de la India en septiembre de 2009.
• Ceres
• Lunas de Júpiter: la superficie de Europa y también la de Ganímedes y Calisto
• Saturno: en el sistema de anillos del planeta y en la superficie y el manto de Titán y Encelado
• Sistema Plutón-Caronte
• Cometas y otros objetos relacionados con el cinturón de Kuiper y la nube de Oort

Y también es probable que esté presente en:

• polos de mercurio
• Tetis

Formas exóticas

El agua y otros volátiles probablemente comprenden gran parte de las estructuras internas de Urano y Neptuno y el agua en las capas más profundas puede estar en forma de agua iónica en la que las moléculas se descomponen en una sopa de iones de hidrógeno y oxígeno, y más profundamente aún como superiónicos. agua en la que el oxígeno cristaliza, pero los iones de hidrógeno flotan libremente dentro de la red de oxígeno.

Agua y habitabilidad planetaria

La existencia de agua líquida y, en menor medida, sus formas gaseosa y sólida en la Tierra son vitales para la existencia de vida en la Tierra tal como la conocemos. La Tierra está ubicada en la zona habitable del Sistema Solar; si estuviera un poco más cerca o más lejos del Sol (alrededor del 5%, o alrededor de 8 millones de kilómetros), sería mucho menos probable que existieran las condiciones que permiten que las tres formas estén presentes simultáneamente.

La gravedad de la Tierra le permite mantener una atmósfera. El vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera proporcionan un amortiguador de temperatura (efecto invernadero) que ayuda a mantener una temperatura superficial relativamente estable. Si la Tierra fuera más pequeña, una atmósfera más delgada permitiría temperaturas extremas, evitando así la acumulación de agua excepto en los casquetes polares (como en Marte).

La temperatura de la superficie de la Tierra ha sido relativamente constante a lo largo del tiempo geológico a pesar de los niveles variables de radiación solar entrante (insolación), lo que indica que un proceso dinámico gobierna la temperatura de la Tierra a través de una combinación de gases de efecto invernadero y albedo superficial o atmosférico. Esta propuesta se conoce como la hipótesis de Gaia.

El estado del agua en un planeta depende de la presión ambiental, que está determinada por la gravedad del planeta. Si un planeta es lo suficientemente masivo, el agua en él puede ser sólida incluso a altas temperaturas, debido a la alta presión causada por la gravedad, como se observó en los exoplanetas Gliese 436 b y GJ 1214 b.

Derecho, política y crisis

La política del agua es la política afectada por el agua y los recursos hídricos. Por ello, el agua es un recurso estratégico en el globo y un elemento importante en muchos conflictos políticos. Provoca impactos en la salud y daños a la biodiversidad.

El acceso al agua potable ha mejorado durante las últimas décadas en casi todas las partes del mundo, pero aproximadamente mil millones de personas aún carecen de acceso a agua potable y más de 2.500 millones carecen de acceso a un saneamiento adecuado. Sin embargo, algunos observadores han estimado que para el año 2025 más de la mitad de la población mundial se enfrentará a la vulnerabilidad basada en el agua. Un informe, publicado en noviembre de 2009, sugiere que para 2030, en algunas regiones en desarrollo del mundo, la demanda de agua superará la oferta en un 50%.

1.600 millones de personas han obtenido acceso a una fuente de agua potable desde 1990. Se calcula que la proporción de personas en los países en desarrollo con acceso a agua potable ha mejorado del 30 % en 1970 al 71 % en 1990, el 79 % en 2000 y el 84 % en 2004.

Un informe de las Naciones Unidas de 2006 afirmaba que "hay suficiente agua para todos", pero que el acceso a ella se ve obstaculizado por la mala gestión y la corrupción. Además, las iniciativas globales para mejorar la eficiencia de la entrega de ayuda, como la Declaración de París sobre la Eficacia de la Ayuda, no han sido asumidas por los donantes del sector del agua con tanta eficacia como lo han hecho en educación y salud, lo que podría dejar a múltiples donantes trabajando en proyectos superpuestos y gobiernos receptores sin facultades para actuar.

Los autores de la Evaluación integral de la gestión del agua en la agricultura de 2007 mencionaron la mala gobernanza como una de las razones de algunas formas de escasez de agua. La gobernanza del agua es el conjunto de procesos formales e informales a través de los cuales se toman decisiones relacionadas con la gestión del agua. La buena gobernanza del agua se trata principalmente de saber qué procesos funcionan mejor en un contexto físico y socioeconómico particular. A veces se han cometido errores al tratar de aplicar 'modelos' que funcionan en el mundo desarrollado a lugares y contextos del mundo en desarrollo. El río Mekong es un ejemplo; una revisión realizada por el Instituto Internacional de Gestión del Agua de las políticas en seis países que dependen del río Mekong para obtener agua encontró que rara vez se realizaban análisis de costo-beneficio y evaluaciones de impacto ambiental exhaustivos y transparentes.

El Informe sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo (WWDR, ​​2003) del Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos indica que, en los próximos 20 años, se prevé que la cantidad de agua disponible para todos disminuya en un 30%. El 40% de los habitantes del mundo actualmente no tienen suficiente agua dulce para una higiene mínima. Más de 2,2 millones de personas murieron en 2000 por enfermedades transmitidas por el agua (relacionadas con el consumo de agua contaminada) o sequías. En 2004, la organización benéfica británica WaterAid informó que cada 15 segundos muere un niño a causa de enfermedades relacionadas con el agua fácilmente prevenibles; a menudo esto significa falta de eliminación de aguas residuales.

Las organizaciones preocupadas por la protección del agua incluyen la Asociación Internacional del Agua (IWA), WaterAid, Water 1st y la Asociación Estadounidense de Recursos Hídricos. El Instituto Internacional de Gestión del Agua lleva a cabo proyectos con el objetivo de utilizar una gestión eficaz del agua para reducir la pobreza. Las convenciones relacionadas con el agua son la Convención de las Naciones Unidas para la Lucha contra la Desertificación (UNCCD), la Convención Internacional para la Prevención de la Contaminación por los Buques, la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar y la Convención de Ramsar. El Día Mundial del Agua se celebra el 22 de marzo y el Día Mundial de los Océanos el 8 de junio.

En la cultura

Religión

El agua es considerada un purificador en la mayoría de las religiones. Las religiones que incorporan el lavado ritual (ablución) incluyen el cristianismo, el hinduismo, el islamismo, el judaísmo, el movimiento rastafari, el sintoísmo, el taoísmo y la wicca. La inmersión (o aspersión o efusión) de una persona en agua es un sacramento central del cristianismo (donde se le llama bautismo); también es parte de la práctica de otras religiones, incluido el Islam ( Ghusl ), el judaísmo ( mikvah ) y el sijismo ( Amrit Sanskar ). Además, se realiza un baño ritual en agua pura para los muertos en muchas religiones, incluido el Islam y el judaísmo. En el Islam, las cinco oraciones diarias se pueden hacer en la mayoría de los casos después de lavar ciertas partes del cuerpo con agua limpia ( wudu ), a menos que no haya agua disponible (verTayammum ). En Shinto, el agua se usa en casi todos los rituales para limpiar a una persona o un área (por ejemplo, en el ritual de misogi ).

En el cristianismo, el agua bendita es agua que ha sido santificada por un sacerdote para el bautismo, la bendición de personas, lugares y objetos, o como un medio para repeler el mal.

En el zoroastrismo, el agua ( āb ) es respetada como fuente de vida.

Filosofía

El filósofo griego antiguo Empédocles vio el agua como uno de los cuatro elementos clásicos (junto con el fuego, la tierra y el aire), y la consideró como un ylem, o sustancia básica del universo. Tales, a quien Aristóteles retrató como astrónomo e ingeniero, teorizó que la tierra, que es más densa que el agua, surgió del agua. Tales, un monista, creía además que todas las cosas están hechas de agua. Platón creía que la forma del agua es un icosaedro, lo que explica por qué fluye fácilmente en comparación con la tierra en forma de cubo.

La teoría de los cuatro humores corporales asociaba el agua con la flema, como algo frío y húmedo. El elemento clásico del agua también era uno de los cinco elementos de la filosofía tradicional china (junto con la tierra, el fuego, la madera y el metal).

Algunos sistemas filosóficos asiáticos tradicionales y populares toman el agua como modelo a seguir. La traducción de James Legge de 1891 del Dao De Jing afirma: "La excelencia más alta es como (la del) agua. La excelencia del agua aparece en su beneficio de todas las cosas y en su ocupación, sin esforzarse (al contrario), el lugar bajo que a todos los hombres les disgusta. Por lo tanto (su camino) está cerca de (el del) Tao "y" No hay nada en el mundo más suave y débil que el agua, y sin embargo, para atacar cosas que son firmes y fuertes no hay nada que pueda tome precedencia de él, porque no hay nada (tan efectivo) por lo que pueda ser cambiado ". Guanzi en el capítulo "Shui di" 水地 se profundiza en el simbolismo del agua, proclamando que "el hombre es agua" y atribuyendo cualidades naturales de la gente de diferentes regiones chinas al carácter de los recursos hídricos locales.

Folklore

El "agua viva" aparece en los cuentos populares germánicos y eslavos como un medio para devolver la vida a los muertos. Tenga en cuenta el cuento de hadas de Grimm ("El agua de la vida") y la dicotomía rusa de vida  [ru] y agua muerta agua muerta  [ru] ). La Fuente de la Juventud representa un concepto relacionado de aguas mágicas que supuestamente previenen el envejecimiento.

Arte y activismo

La pintora y activista Fredericka Foster curó El valor del agua , en la Catedral de St. John the Divine en la ciudad de Nueva York, que ancló una iniciativa de un año de duración de la Catedral sobre nuestra dependencia del agua. La exposición más grande que jamás haya aparecido en la Catedral, contó con más de cuarenta artistas, incluidos Jenny Holzer, Robert Longo, Mark Rothko, William Kentridge, April Gornik, Kiki Smith, Pat Steir, William Kentridge, Alice Dalton Brown, Teresita Fernandez y Bill Viola. . Foster creó Think About Water, un colectivo ecológico de artistas que utilizan el agua como tema o medio. Los miembros incluyen a Basia Irland, Aviva Rahmani, Betsy Damon, Diane Burko, Leila Daw, Stacy Levy, Charlotte Coté,Meridel Rubenstein, Stacy Levy, Anna Macleod y Aviva Rahmani.

Para conmemorar el décimo aniversario de la declaración del acceso al agua y al saneamiento como un derecho humano por parte de la ONU, la organización benéfica WaterAid encargó a diez artistas visuales que mostraran el impacto del agua limpia en la vida de las personas.

Parodia del monóxido de dihidrógeno

El nombre químico del agua, técnicamente correcto pero rara vez utilizado, monóxido de dihidrógeno, se ha utilizado en una serie de engaños y bromas que se burlan del analfabetismo científico. Esto comenzó en 1983, cuando apareció un artículo del Día de los Inocentes en un periódico de Durand, Michigan. La historia falsa consistía en preocupaciones de seguridad sobre la sustancia.