Química del Agua: Solubilidad, Alcalinidad y Procesos de Purificación

Factores que Afectan la Solubilidad: Presión y Temperatura

La presión influye significativamente en la solubilidad de gases en líquidos, pero su efecto es mínimo en la solubilidad de sólidos en líquidos. Por esta razón, la presión no se considera relevante en las disoluciones de sólidos iónicos en líquidos.

En cuanto a la temperatura, un aumento de esta generalmente incrementa la solubilidad de un sólido en un líquido en la mayoría de los casos. Sin embargo, la magnitud de este incremento varía considerablemente, dependiendo del compuesto en cuestión y de la naturaleza endotérmica del proceso de disolución.

Alcalinidad del Agua

La capacidad del agua para aceptar iones H⁺ (protones) se denomina alcalinidad. Este parámetro es de vital importancia en el tratamiento del agua, así como en la química y biología de las aguas naturales. Es fundamental conocer la alcalinidad del agua para determinar las cantidades óptimas de productos químicos a añadir en su tratamiento.

La alcalinidad se expresa comúnmente de dos maneras:

• Alcalinidad a la fenolftaleína (o fenolftaleínica): Corresponde a la valoración con ácido hasta el pH 8.3, punto en el que el ion bicarbonato (HCO₃⁻) es la especie predominante de carbonato.
• Alcalinidad total: Se refiere a la valoración con ácido hasta el punto final del anaranjado de metilo (pH 4.3), momento en el que tanto el bicarbonato como el carbonato se han convertido en dióxido de carbono (CO₂).

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es una medida de la capacidad de la materia orgánica presente en una muestra de agua natural para consumir oxígeno. Este proceso es generalmente catalizado por bacterias.

Procedimiento para la Determinación de la DBO:

1. Medición inicial del oxígeno disuelto (O₂) en la fuente de agua (arroyo o lago).
2. Toma de una muestra de agua y almacenamiento en condiciones controladas a 25°C durante cinco días.
3. Nueva medición del contenido de oxígeno disuelto (O₂) tras el periodo de incubación.

Procesos de Tratamiento de Agua

El tratamiento del agua implica una serie de procesos diseñados para mejorar su calidad y hacerla apta para diversos usos. A continuación, se describen algunos de los procesos clave:

Aireación del Agua

Consiste en aumentar el contenido de oxígeno en el agua. Esto se logra para oxidar especies inorgánicas en bajo estado de oxidación, como el hierro(II) (Fe(II)), el manganeso(II) (Mn(II)) y los sulfuros, entre otros.

Preoxidación

Su objetivo es precipitar y eliminar los iones Fe(II) y Mn(II) remanentes que no fueron oxidados en la etapa de aireación. El cloro es el oxidante más común utilizado en este proceso (denominado precloración), aunque también se emplean otros oxidantes como el ozono y el permanganato potásico.

El permanganato potásico es eficaz en la eliminación de hierro, manganeso, sulfuros, cianuros y fenoles. Además, posee propiedades algicidas y bactericidas. Su uso es óptimo en medio básico, donde se reduce a manganeso(IV) (Mn(IV)), que precipita.

Coagulación-Floculación

La coagulación se logra mediante la adición de electrolitos. Las sales de metales trivalentes, como el aluminio(III) (Al³⁺) y el hierro(III) (Fe³⁺), son las más empleadas, siendo aproximadamente 30 veces más efectivas que los iones divalentes. En ciertos casos, los iones H⁺ también se utilizan debido a su alta movilidad.

Los floculantes son sustancias químicas que promueven la aglomeración de las partículas coloidales desestabilizadas (coaguladas) en flóculos de mayor tamaño, facilitando así su sedimentación.

Decantación

La decantación, también conocida como sedimentación, es la operación que permite separar los flóculos formados durante la coagulación-floculación. Esto se logra aumentando el tiempo de permanencia del agua en depósitos específicos llamados decantadores. Los flóculos sedimentados forman lodos que son purgados periódicamente del decantador. El agua decantada, ya libre de flóculos, se recoge en la superficie.

Filtración

La filtración es un proceso que consiste en hacer pasar un líquido con materias en suspensión a través de un medio poroso o filtro. Este medio permite el paso del líquido, pero retiene las partículas sólidas. De esta manera, las partículas que no sedimentaron en el decantador son retenidas en los filtros, dependiendo de su tamaño y del tamaño del poro del filtro.

Ósmosis y sus Aplicaciones

La ósmosis es un fenómeno natural que implica el paso o difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable (que permite el paso de disolventes, pero no de solutos), desde una disolución más diluida hacia una más concentrada.

Sus principales aplicaciones incluyen:

• Producción de agua potable mediante desalinización.
• Usos industriales: producción de agua desmineralizada y agua ultrapura.
• Usos alimentarios: obtención de concentrados alimenticios de alta calidad.

Problema de Química: Concentración y Solubilidad

A continuación, se presenta un problema de química relacionado con la concentración y la solubilidad:

1. ¿Cuántos cm³ de una disolución 1 M de Pb(NO₃)₂ contienen 600 mg de Pb²⁺?
2. ¿Cuál será la concentración de esa disolución en partes por millón (ppm)?

Nota: Este apartado presenta el enunciado de un problema y no incluye su resolución.