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Undécimo 11° · Química
El agua, las disoluciones y sus unidades de concentración · El agua y los ambientes acuáticos

Impacto de las acciones humanas sobre los ambientes acuáticos

Un domingo, un grupo de estudiantes de San Carlos baja a una quebrada para una mejenga de fútbol y nota que, río abajo de una finca, el agua huele mal y ya no hay pececitos. El agua se ve casi igual que arriba. ¿Qué cambió realmente, y cómo se mide? En este apartado usted aprenderá a interpretar datos de calidad del agua y a explicar qué hace cada tratamiento para volverla potable.

Oxígeno disuelto y temperatura

Los peces no respiran el oxígeno de la molécula $H_2O$: respiran el gas $O_2$ que está disuelto entre las moléculas de agua. A esta cantidad se le llama oxígeno disuelto (OD) y se mide en $mg/L$.

Un río sano tiene mucho OD. El oxígeno entra al agua desde el aire (sobre todo donde hay turbulencia, como en los rápidos) y también lo produce la fotosíntesis de las plantas acuáticas y las algas durante el día.

¿Y por qué el OD baja cuando sube la temperatura? Los gases se disuelven peor en agua caliente. Al calentarse, las moléculas de gas ganan energía cinética y escapan con más facilidad hacia el aire. Es lo mismo que ocurre con una gaseosa: tibia pierde el gas más rápido que fría.

Gráfica que muestra cómo disminuye el oxígeno disuelto del agua al aumentar la temperatura 18 °C: más OD 25 °C 28 °C: menos OD Temperatura del agua (°C) OD (mg/L)

Además de la temperatura, las descargas de aguas residuales con materia orgánica bajan el OD: las bacterias que descomponen esa materia consumen oxígeno. Por eso el OD es un buen indicador de la salud de un ambiente acuático.

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Seleccione la opción correcta. ¿Cuál de los siguientes cambios provoca una disminución del oxígeno disuelto en un río? A) Un descenso de la temperatura del agua. B) Un…

Seleccione la opción correcta. ¿Cuál de los siguientes cambios provoca una disminución del oxígeno disuelto en un río?

A) Un descenso de la temperatura del agua.

B) Un aumento de la temperatura del agua.

C) Un aumento de la turbulencia del agua en los rápidos.

D) La presencia de plantas acuáticas que realizan fotosíntesis durante el día.

Justifique brevemente por qué descartó las otras opciones.

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Un grupo de estudiantes de un colegio de San Carlos midió el oxígeno disuelto (OD) en tres puntos de un río y obtuvo los siguientes datos: | Punto | Descripción |…

Un grupo de estudiantes de un colegio de San Carlos midió el oxígeno disuelto (OD) en tres puntos de un río y obtuvo los siguientes datos:

Punto Descripción Temperatura (°C) OD (mg/L)
1 Naciente en el bosque 18 8,5
2 Después de una zona agrícola 25 5,0
3 Debajo de una descarga de aguas residuales 28 1,5

Suponga que los peces sensibles necesitan al menos $5\ mg/L$ de oxígeno disuelto para sobrevivir. Seleccione el punto o los puntos donde estos peces podrían vivir y explique por qué el oxígeno disuelto disminuye al aumentar la temperatura y al aumentar la materia orgánica en el agua.

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Metales tóxicos disueltos

Algunos metales en el agua, incluso en cantidades muy pequeñas, dañan a los seres vivos. Los más conocidos son el mercurio (Hg), el plomo (Pb) y el arsénico (As). (El arsénico es en realidad un metaloide, pero se estudia junto con los metales tóxicos.)

Elemento Origen frecuente Efecto en la salud
Mercurio, Hg minería, algunos procesos industriales daño al sistema nervioso
Plomo, Pb tuberías viejas, pinturas, baterías afecta el desarrollo neurológico, sobre todo en niños
Arsénico, As rocas y suelos naturales, algunos pozos lesiones en la piel, mayor riesgo de cáncer

Otros metales, como sodio, potasio, calcio, magnesio, hierro o zinc, son necesarios en pequeñas cantidades en la dieta. La diferencia no es el metal «bueno» o «malo», sino cuál es y cuánta concentración hay.

Dos ideas clave:

  • Los metales no se degradan: son elementos y no desaparecen con el tiempo. Hervir el agua mata microbios, pero no elimina un metal disuelto (incluso lo concentra un poco al evaporarse agua).

  • Bioacumulación: los organismos absorben el metal más rápido de lo que lo eliminan, y se acumula en sus tejidos. Al pasar por la cadena alimentaria (plancton → pez pequeño → pez grande → persona), la concentración aumenta en cada nivel.

Cadena alimentaria acuática en la que la concentración de mercurio aumenta en cada nivel Plancton Pez pequeño Pez grande Persona poco Hg mucho Hg
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Seleccione la opción correcta. ¿Cuál de los siguientes grupos contiene solamente metales que, disueltos en el agua, resultan tóxicos para los seres vivos? A) Sodio,…

Seleccione la opción correcta. ¿Cuál de los siguientes grupos contiene solamente metales que, disueltos en el agua, resultan tóxicos para los seres vivos?

A) Sodio, potasio y calcio.

B) Mercurio, plomo y arsénico.

C) Magnesio, hierro y zinc en cantidades normales de la dieta.

D) Oxígeno, nitrógeno y carbono.

Indique además un efecto sobre la salud que pueda causar uno de los metales que eligió. (Nota: el arsénico es un metaloide, pero se estudia junto con los metales tóxicos en el agua).

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En una comunidad cercana a un río se detectó mercurio proveniente de una actividad minera. Seleccione las afirmaciones correctas: A) El mercurio puede acumularse en los…

En una comunidad cercana a un río se detectó mercurio proveniente de una actividad minera. Seleccione las afirmaciones correctas:

A) El mercurio puede acumularse en los tejidos de los peces y aumentar su concentración a lo largo de la cadena alimentaria.

B) Hervir el agua elimina el mercurio disuelto.

C) Las personas que consumen con frecuencia peces contaminados pueden sufrir daños en el sistema nervioso.

D) Los metales tóxicos se degradan rápidamente en el agua y dejan de ser peligrosos.

Justifique su selección y explique el significado del término «bioacumulación».

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Concentraciones permitidas y ppm

Para saber si un agua es segura, no basta saber que contiene un metal: hay que saber cuánto. Las autoridades fijan un límite máximo permitido. Se expresa en $mg/L$ o en ppm (partes por millón).

En disoluciones acuosas diluidas, $1\ L$ de agua tiene una masa cercana a $1\ kg = 1.000.000\ mg$. Entonces $1\ mg$ de soluto en ese litro es 1 parte por millón:

$$1\ mg/L \approx 1\ ppm$$
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El análisis de una muestra de agua de un pozo reportó una concentración de plomo de $0{,}02\ mg/L$. Suponga que el límite máximo permitido para el agua de consumo humano…

El análisis de una muestra de agua de un pozo reportó una concentración de plomo de $0{,}02\ mg/L$. Suponga que el límite máximo permitido para el agua de consumo humano es de $0{,}01\ mg/L$.

  1. a) Exprese ambas concentraciones en ppm, considerando que en disoluciones acuosas diluidas $1\ mg/L$ equivale a $1\ ppm$.
  1. b) Seleccione la conclusión correcta: el agua es apta para beber, el agua excede el límite en la mitad de lo permitido o el agua duplica el límite permitido.
  1. c) Mencione un tratamiento que podría emplearse para disminuir la concentración de este metal.
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Fertilizantes y eutrofización

En las zonas agrícolas (piña, banano, caña de azúcar) el agua de lluvia arrastra fertilizantes hacia quebradas y lagos. Esos fertilizantes contienen nitratos y fosfatos, que son nutrientes. Lo que alimenta a las plantas también alimenta a las algas, y ahí empieza una cadena de sucesos:

  1. Los nutrientes llegan al agua.

  2. Las algas crecen en exceso y cubren la superficie.

  3. Las algas bloquean la luz, mueren y se hunden.

  4. Las bacterias descomponen las algas muertas y consumen oxígeno disuelto.

  5. El OD cae y los peces mueren por falta de oxígeno.

A este proceso se le llama eutrofización.

Secuencia de la eutrofización: nutrientes, exceso de algas, descomposición, falta de oxígeno y muerte de peces Nitratos yfosfatos Excesode algas Algasmueren Bacteriasgastan OD Pecesmueren

Observe que los peces no mueren por «veneno» de las algas, sino por falta de oxígeno disuelto. Los peces dependen del oxígeno disuelto en el agua, no del aire.

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Cerca de una quebrada de la zona norte, el agua de escorrentía de una plantación arrastra fertilizantes ricos en nitratos y fosfatos hacia un pequeño lago. Después de…

Cerca de una quebrada de la zona norte, el agua de escorrentía de una plantación arrastra fertilizantes ricos en nitratos y fosfatos hacia un pequeño lago. Después de algunas semanas, el lago se cubre de algas verdes y varios peces aparecen muertos. Seleccione las afirmaciones verdaderas y justifique cada decisión:

A) Los nutrientes estimulan el crecimiento excesivo de algas.

B) Al morir y descomponerse las algas, las bacterias consumen oxígeno disuelto.

C) La disminución del oxígeno disuelto no afecta a los peces porque ellos respiran aire.

D) El proceso descrito se llama eutrofización.

Con base en su análisis, proponga dos acciones humanas que podrían reducir este problema.

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Planta potabilizadora

Una planta potabilizadora (como las del AyA) combina etapas, cada una dirigida a un problema distinto.

Etapa Qué hace
Sedimentación Las partículas grandes (barro, arena) se hunden por su peso; a veces se agregan sustancias que las agrupan.
Filtración El agua pasa por capas de arena y grava que retienen partículas más finas.
Desinfección con cloro Elimina bacterias, virus y otros microorganismos patógenos.
Tratamiento específico para metales Precipitación química, adsorción u ósmosis inversa, según el metal.

El orden importa: primero se quitan las partículas (sedimentación y filtración), porque el cloro actúa mejor en agua limpia; la desinfección va casi al final para dejar cloro residual que proteja el agua en las tuberías. El tratamiento para metales se aplica cuando el análisis lo exige, antes de la desinfección final.

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Seleccione la opción correcta. En una planta potabilizadora, ¿cuál etapa se realiza específicamente para eliminar bacterias y otros microorganismos patógenos del agua?…

Seleccione la opción correcta. En una planta potabilizadora, ¿cuál etapa se realiza específicamente para eliminar bacterias y otros microorganismos patógenos del agua?

A) Sedimentación.

B) Filtración con arena.

C) Desinfección con cloro.

D) Aireación.

Explique en una o dos frases qué función cumplen las etapas que no eligió.

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Un acueducto rural recibe agua con tres problemas: (1) partículas de barro que la ponen turbia, (2) bacterias de origen fecal y (3) una concentración de arsénico…

Un acueducto rural recibe agua con tres problemas: (1) partículas de barro que la ponen turbia, (2) bacterias de origen fecal y (3) una concentración de arsénico superior al límite permitido.

Para cada problema, seleccione el tratamiento más adecuado entre estas opciones: filtración y sedimentación, desinfección con cloro, o tratamiento específico para metales (por ejemplo, precipitación química, adsorción u ósmosis inversa). Argumente por qué un solo tratamiento no basta para resolver los tres problemas y proponga el orden lógico en que aplicaría las etapas.

Resolver

Resumen

Vuelva al principio: la quebrada debajo de la finca olía mal y no tenía peces porque los nutrientes y la materia orgánica hicieron caer el oxígeno disuelto, algo que el agua clara no deja ver pero que una medición de OD sí revela.

Ver todos los ejercicios de este apartado