Guajira: Una experiencia para la vida
Trabajo 1
Ejercicios 13.1 1-6, pág. 417.
1. Semejanzas y diferencias que hay éntre los tres estados de materia.
Diferencias:
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Las partículas de los gases están alejadas y en un orden y movimiento aleatorio, rápido y las partículas no se interfieren entre sí. mientras que los componentes de los solidos se encuentran muy cercanos entre si y organizados. También son rígidos porque conservan la forma de acuerdo al recipiente en donde se encuentran.Por otro lado las partículas del agua se encuentran en un punto intermedio, más similar al estado solido que el gaseoso, porque las partículas están relativamente cercanas entre si sólo que más desordenadas que el estado solido.
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Los tres estados de materia tienen difenrentes densidades. Los solidos son más densos que los líquidos, (con una excepción del agua). También los solidos tienen una densidad mucho mayor que los gases.
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Los solidos ejercen grandes fuerzas de atracción entre las particulas tienen altas fuerzas intermoleculares., Los líquidos y los gases tienen una atracción menor.
Semejanzas:
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En general se observa que el estado solido y liquido tienen muchas semejanzas y ambos son muy diferentes al estado gaseoso. Son muy similares por sus densidades (0.9971 g/cm3, 0,9168 g/cm3). Se sabe que son muy similares el uno al otro en su estructura porque solo toma unos pocos kilojulios para fundir 1 mol de un solido mientras que para convertir un liquido en gas se tiene que usar 10 veces más energía.
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Los líquidos y gases son similares en cuanto a que sus partículas se mueven sin una dirección especifica y mas libremente que las particulas de los solidos.
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Los tres estados de materia pueden pasar de un estado a otro.
2. Aplicaciones, tanto en la naturaleza como en la industria, del agua como agente refrigerante.
Naturaleza
El agua es una sustancia muy importante para la tierra, en la naturaleza regula las reacciones que ocurren en el cuerpo humano, nos mantiene vivos. Por ejemplo el cuerpo humano esta conformado por 70% de agua, el cerebro 70% de agua, la sangre en un 80% y los pulmones se componen en un 90% de agua. El cuerpo usa agua en un ejemplo muy claro como el proceso de la transpiración donde el cuerpo la utiliza para enfriar el organismo. También una ducha fría en un día caluroso ayuda al enfriamiento del cuerpo y de los organismos.
También el agua del océano modera la temperatura de la tierra.
Industria:
El agua funciona como refrigerante en muchas instalaciones comerciales, por ejemplo para los motores de los automóviles y las plantas de energía nuclear para enfriar el núcleo del reactor.
3 y 4) Consecuencias e implicaciones del comportamiento anómalo en el agua liquida y solida
Conocimiento general:
El agua al congelarse se expande, esto quiere decir que el agua congelada (solida) tiene mayor volumen que el agua liquida. Por consecuente la densidad del agua liquida es mayor que la solida porque como la densidad se define como=masa/ volumen, al congelarse el agua adquiere mayor volumen, por tanto 1 gramo de hielo tiene menor densidad que 1 gramo de agua.
La expansión del agua al congelarse tiene implicaciones practicas de gran importancia, por ejemplo el agua en un espacio encerrado puede romper el recipiente que la contiene cuando se congela y se expande. Esto es lo que causa roturas en tuberías y en motores. También la menor densidad del hielo explica el porque flota en el agua, como los icebergs en los polos, entonces si la densidad del agua en estado liquida no fuera mayor que solida la vida de los seres acuático no seria posible durante el invierno porque para conservar la vida el hielo flota en la superficie de los lagos formando una capa aislante evitando que los lagos y ríos se congelen totalmente.
5. Describa a escala microscópica y macroscópica, lo que ocurre con una muestra de agua que se calienta de temperatura ambiente hasta 50º c por encima de su punto de ebullición normal.
Macroscopica: Al calentarse el agua liquida, cambia su estado físico a gas.
Microscopica: Primero la temperatura asciende. Se requiere energía para fundir el hielo para romper las fuerzas intermoleculares (entre las moléculas del agua). Para fundir 1 mol de sustancia se necesita energía llamada calor molar de fusión. Para separar las moléculas lo suficiente y que se forme un gas, es necesario vences todas las fuerza intermoleculares, lo que requiere grades cantidades de energía. Al añadir energía (calor) se incrementa el movimiento vivratorio de las moléculas. La temperatura alcanza 100º C y el agua alcanza el estado gaseoso cuando las moléculas tienen el movimiento y desorden característico del gas. El agua simpre se transforma en gas/ vapor cuando la temperatura es de 100º C, lo que se llama punto de ebullición normal.
6. Análisis de la curva de calentamiento
Los cambios de temperatura son representados por los fragmentos inclinados de la curva de calentamiento/ enfriamiento, por otro lado los sectores planos que se denominan mesetas, representan la transición de un estado físico a otro.
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Conocimientos cientificos
pH:
El pH es la abreviatura de potencial de hidrogeno, mide el grado de la alcalinidad (basicidad) o acides de una sustancia. El valor de la alcalinidad o acides esta determinado por la cantidad de iones H+ en la sustancia, en una escala de 0-14 (Rocío L.). Las sustancias ácidas tienen altas concentraciones de iones de hidrógeno mientras las sustancias alcalinas tienen concentraciones bajas de este ion.
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Los ácidos son sustancias capaces de liberar protones y por lo tanto aumentan la concentración de iones de hidrógeno en la solución,
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Las bases son sustancias capaces de aceptar (fijar) iones de hidrógeno y por lo tanto disminuyen la concentración de protones en la solución.
Para encontrar dichos valores que representan el pH se usan indicadores o c aparatos de medición digitales llamado pHmetros.
Escala de pH.
La escala de pH va desde 0 hasta 14 siendo 7 el valor medio el cual corresponde a sustancias neutras. Los números que se encuentran por debajo de 7 son soluciones ácidas y los mayores de 7 son soluciones básicas o alcalinas.
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Los valores neutros varían entre 6.5 a 7.5.
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Las bases débiles de 7.6 a 10
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Las bases fuertes de 11 a 14
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Los ácidos débiles de 6.4 a 4
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Los ácidos fuertes de 3.9 a 1
pH-metro
El pHmetro también conocido como potenciómetro es un dispositivo electrónico que es una de las técnicas para determinar la acides de una solución en unidades llamadas pH. Consiste en una membrana de vidrio que separa las dos soluciones. Una corresponde al HCl, que tiene un voltaje constante, así la diferencia de potencial es causada por el pH externo que es medido por un alambre y su amplificador. La diferencia de potencial es producida por la diferencia de ión de de hidrogeno de las diferentes soluciones.
Usando un pH-metro:
Los electrodos se colocan sobre la solución con pH desconocido. El pHmetro encuentra la diferencia entre el (H+) de la solución que se encuentra en el interior de uno de los electrodos y el (H+) de la solución en la que se analiza un potencial eléctrico y finalmente se registra el pH en el la pantalla del medidor.
Conductividad eléctrica del agua:
La conductividad de una sustancia se entiende como "la habilidad o poder de conducir o transmitir calor, electricidad o sonido" entonces la conductividad eléctrica del agua es la capacidad del agua para transportar una corriente eléctrica. Los electrones son los que provocan la corriente, estos y su disponibilidad son los que definen la conductividad; así, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones, es decir que a mayor pH, mayor conductividad. Además, a mayor conductividad del agua, mayor cantidad de solidos o sales disueltos en el agua por ejemplo si el agua es totalmente pura no tendría conductividad eléctrica, pero esto nunca ocurre porque el agua absorbe muchos elementos que se encuentran en el aire y se disuelven en ella. También la conductividad del agua aumenta cuando en ella se encuentran los siguientes iones: Cl-, NO3 - SO4-2 u otros iones.
La conductividad se mide con un conductivímetro y se puede expresar en diferentes unidades como Siemens/cm (S/cm) mili Siemens/cm (mS/cm) ó micro Siemens/cm (μS/cm)
Agua Ultra Pura 5.5 · 10-6 S/m
Agua potable 0.005 – 0.05 S/m
Agua del mar 5 S/m
Temperartura:
La temperatura es una magnitud física que muestra el nivel de calor de una sustancia: liquido, solido o gas, con relación al movimiento de las partículas=a mayor energía térmica mayor temperatura. La temperatura también es la cantidad de energía que puede ser transferida a otro cuerpo, cuando existe una diferencia de temperatura el calor se transfiere del sistema de mayor temperatura al menor hasta alcanzar el equilibrio térmico. Se relaciona con el frio (temperaturas bajas) y calor (temperaturas altas) y se miden en escalas Celsius, Fahrenheit o Kelvin.
La temperatura influyen en…
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Muchas propiedades físicas de los materiales dependen de la temperatura, como el estado de la materia (liquido, solido o gaseoso). ya que a temperaturas menores de 0ºC el agua se congela y se convierte en un solida, en temperaturas mayores de 0ºC hasta 100ºC ésta se encuentra en estado liquido y en temperaturas mayores a 100ºC el agua se convertirá en vapor al estar en un estado gaseoso
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La conductividad del agua, por lo cual para ver solamente un factor de los dos, uno debe ser constante.
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El pH del agua, donde a mayor temperatura, mayor pH ya que las moléculas tienden a descomponerse a altas temperatura, aumentando los niveles de hidrogeno y así el pH se ve afectado.
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La velocidad de las reacciones químicas.
¿Qué parámetros de conductividad y pH debe tener el agua para poder ser destinada al consumo humano?
El agua es la fuente y la base de la vida. Esencial para nuestro metabolismo, es también nuestro alimento más importante. No solamente contiene metales y nutrientes vitales, sino también – y en una medida cada vez mayor – sustancias contaminantes que se acumulan en organismos acuáticos o terrestres. El agua pura, la que debemos consumir tiene los siguientes parámetros:
El pH es uno de los análisis más comunes del agua, y con el se puede medir la toxicidad del amoniaco y nitritos. El agua pura debe tener un pH neutro, alrededor de 7. No puede ser exactamente de 7 porque el agua absorbe los componentes del aire como CO2, peri si debe estar en el rango de 6,5 a 8,5. Las soluciones de pH menor que 7 son ácidas, mientras que las soluciones alcalinas tienen valores mayores que 7.
Si se consume agua demasiado acida o alcalina es perjudicial para la salud. Los indicios de aguas con altos pH son que “tiene un tacto resbaladizo, sabe un poco como el bicarbonato de sodio, y puede dejar depósitos en los accesorios” según EPA y el agua con pH bajos “puede tener un sabor amargo o metálico, y puede contribuir a la corrosión habitual”
El agua potable suele tener muy poca conductividad, al no contener muchos materiales disueltos en ella como la sal. Es importante controlar estos niveles de conductividad, ya que indica la cantidad de polvo, gases, sal etc que se encuentran disueltos en ella. Los niveles comunes de conductividad del agua potable van desde 5 a 50 mS/m
Trabajo de campo
Tabla #1: Registro de la conductividad y del pH de agua en distintos lugares en la Guajira
Analísis:
Según los datos de la tabla #1 y la gráfica # 1, podemos observar si el agua de todos los sitios visitados es potable acuerdo al valor del pH y de la conductividad. El agua es potable si se encuentra dentro de los parámetros que esta debe tener para el consumo humano. Los paramentos son de 6.5 a 8.5. Esos valores comprendidos son los ideales. Podemos ver que los valores del pH de los cuatro lugares no varió tanto, vario entre 7.33- 9.13 sin embargo hubieron algunas diferencia.
Por ejempo en playa camarones el pH se tomó de un pozo artesanal y el resultado fue de 7,33 esto quiere decir que el agua puede ser consumida por los humanos ya que es potable. El agua de este lugar es supremamente potable, es la más potable de todas las analizadas. Su conductividad es muy baja, solo con 4,7 mv. Esto es un signo positivo, ya que demuestra que el agua contiene pocos materiales disueltos en ella, lo que la hace mas pura.
Por otro lado en la ranchería Utta del cabo de la vela se obtuvo el resultafo del pH del agua más elevado de todos los lugares. El pH es muy alto para ser parte del agua que usamos para el consumo. El pH fue de 9,13, esto quiere decir que son aguas alcalinas, lo que significa que la concentración de OH- es superior a la del H+. Es posible que las fuentes de agua que tengan un pH alto estan contaminadas por detergentes químicos, agentes de limpieza.
En la ranchería Vanessa se obtuvo el resultado del pH del agua de un valor de 7,82. Por último el resultado obtenido de palomino fue de 6,80, el menor dato de pH registrado, al igual que todos los anteriores el agua es potable.
Reflexión sobre el impacto de la ciencia
La guajira es un departamento con un gran problema respecto al agua, hay escases y contaminación de este recurso por este motivo no hay la suficiente agua potable en la región y la comunidad se ve afectada. Mi familia los indígenas Wayuu deben consumir agua contaminada por la terrible sed y a la deshidratación causada por el calor que se experimenta en el departamento. Es por esto, que muchas de las personas que habitan en la guajira son propensas a tener diversas enfermedades como gastroenteritis, tuberculosis además de enfermedades infecciosas.
Como una habitante de la comunidad Wayuu, tengo que tomar ciertas precauciones para consumir el agua que se encuentra en el pozo de mi hogar, la ranchería. La ciencia me ha ayudado notablemente para mejorar el nivel de vida de toda la comunidad de guajira, incluyéndome. Tengo que tomar las precauciones porque la mayoría del agua que se consigue esta contaminada o proviene de un lugar no confiable. Por ejemplo, para ver si el agua esta en condiciones para ser consumida, mido el pH. Me indica que puedo tomar cuando el pH ente entre 6.5 a 8.5, el agua no es apta cuando es alcalina o básica, esto indica la agresividad de las sales como el anhídrido carbónico, los bicarbonatos y carbonatos.
Para medir el pH uso el pHmetro, este utiliza un sensor (Electrodo) que utiliza el método electroquímico para medir el pH. Cuando los electrodos se sumergen en una sustancia, se genera una corriente eléctrica que depende de la concentración de los iones de hidrogeno y así mismo dependiendo de esto se determina el numero del pH.
Posteriormente tengo las siguientes recomendaciones:
Para purificar el agua de una fuente contaminada se puede filtrar, lo que significa, dejar que se asiente para después vaciarla en otro recipiente antes de desinfectarla . De este modo se eliminan los sedimentos (partículas de tierra) y realizar la desinfección será un trabajo más fácil. Para filtrar el agua se puede usar un filtro de tela, o un filtro de carbón. Después para desinfectar el agua hay varios métodos, uno de ellos es hervir el agua, para eliminar todos los organismos y bacterias hay que calentar el agua hasta su punto de ebullición, 100ºc. Este es un método muy sencillo, talves el más fácil de todos e incluso no es necesario mayores materiales, tampoco implica grandes costos.
También, otra técnica es limpiar químicamente el agua con cloro o yodo.
Además propongo instalar plantas desalinizadoras. Como se sabe el agua de mar contiene una mezcla de sales (cloruro, sodio, sulfato, calcio, magnesio, potasio) que impide el consume humano. Las plantas desalinizadoras son una alternativa para conseguir agua potable en lugares en donde el agua es escasa, como en la guajira. Pero estas plantas requieren mucha energía para funcionar por tal motivo tocaría que el gobierno se involucrara y ayudara en la creación. El método de osmosis inverso es el más usado, consiste en usar una membrana semipermeable para que atreves de ella pase solo el disolvente agua dejando atrás la sal en el recipiente original. Así con este método se solucionaría el problema de las sequias y de la escases del agua.
En conclusión el problema con el agua en mi hogar es muy serio y debe ser cuestión de solución cuando antes posible porque la comunidad de la Guajira esta pasando por una situación lamentable. Estamos teniendo un grave problema con un recurso que es vital para la vida humana y nunca, en ningún momenonto debería hacer falta. Como plantee en el escrito la ciencia es una gran manera de solucionar el problema. Puede ayudar a cambiar la situación en la que muchos habitantes de la Guajira vivimos, como expliqué anteriormente hay diversas técnicas para purificar el agua, como también para extraer agua de otros medios cuando hay sequia.
Maria Camila Orjuela
Indigena Wayuu