El Agua: Extraña y Vital

Prólogo

Inadvertida en la oscuridad de una caverna una gota de agua se desliza lentamente hacia el pico de una estalactita, siguiendo la senda trazada por incontables predecesoras, e impartiendo un casi mágico toque de serena belleza, otras contribuyen al vigor de una catarata o a la sobrecogedora inmensidad de un glaciar.

Hay vida iniciada y sustentada por el agua o muerte cuando no se dispone de ella . Pero para la mayoría la forma del agua mas familiar no es ninguna de estas, es bastante simple y ordinaria , inmerecedora de atención cuando surge en abundancia y monótona de un grifo domestico.

Seguramente las características prominentes del agua es la sorpresa , porque en realidad es una sustancia de complejidad infinita, de inapreciable importancia , dotada de una rareza y belleza suficiente para excitar y retar a cualquiera que pretenda conocerla.

En este planeta , el agua es la única sustancia que se presenta , y de manera abundante , en los tres estados físicos: sólido, liquido y gaseoso. Es el liquido mas abundante y el sólido puro mas repartido, esta presente en la atmósfera como vapor de agua y en partículas de hielo suspendida y sobre la superficie de la tierra como nieve o hielo.

El agua es el principal componente de los seres vivos, es esencial para la vida como vehículo de nutrientes y material de desecho, como reactivo y medio de reacción. Su presencia en cantidades adecuadas , localizada, es necesario para la viabilidad de la materia biológica, como estabilizador de la conformación de biopolímeros ( polisacáridos , proteínas, etc.) y para la calidad aceptable de los alimentos.

Propiedades del agua

Al comparar las propiedades del agua con la de moléculas de similar peso molecular, se comprueba sorprendentemente que el agua posee valores muy elevados del punto de fusión, ebullición, tensión superficial , constante dieléctrica, calor especifico, calor de: fusión, vaporización y sublimación; un valor moderadamente bajo de la densidad, una densidad máxima extraña a 3.98 °C, una rara propiedad al dilatase cuando se solidifica por enfriamiento y cuando se calienta (incrementa un 10 % su volumen próximo a 100 °C y cuando entra en ebullición el agua que pasa del estado liquido al gaseoso aumenta 1.600 veces su volumen) .

La conductividad térmica del agua es grande comparada con otros líquidos y la conductividad térmica del hielo es moderadamente grande en comparación con la de otros sólidos no metálicos. También es de gran interés que la conductividad del hielo a 0°C sea cuatro veces la del agua a la misma temperatura, lo cual indica que el hielo conduce la energía calorífica a mayor velocidad. La difusividad térmica en el agua y el hielo es también interesante, ya que estos dos valores señalan la velocidad a la cual estas sustancia experimentan cambios con la temperatura. La difusión térmica del hielo es aproximadamente nueve veces superior a la del agua, lo que significa que el hielo nota los cambios de temperatura a una velocidad mayor que el agua.

Las insólitas propiedades del agua hacen suponer la existencia de grandes fuerzas de atracción entre moléculas de agua, la capacidad del agua de mantener sus moléculas unidas mediante enlaces “puente hidrógeno” da como resultado un modelo continuo tridimensional que proporciona explicación a sus insólitas propiedades.

En todos los sistemas biológicos el agua es uno de los componentes mas importantes. Como disolvente el agua sirve para poner en contacto las diferentes moléculas que interaccionan. Mas aun, la reactividad de muchas sustancias depende de la disociación iónica y de la configuración molecular, por consiguiente del grado de hidratación. El agua misma es a menudo uno de los reactivos o de los productos de la reacción.

La influencia del agua en la velocidad de los procesos enzimáticos y no enzimático ha sido reconocida empíricamente desde hace años. La posibilidad de retadar los procesos microbiológicos, enzimáticos o químicos mediante la simple reducción en el contenido de agua era una técnica ya conocida en las antiguas civilizaciones para preservar alimentos. Para comprender el efecto del contenido de agua sobre la velocidad de las reacciones es necesario un repaso de los conceptos básicos sobre el estado del agua en los sistemas biológicos, por ejemplo los alimentos.

El contenido de agua en los alimentos varia desde mas de un 90% en algunas hortalizas y frutas a un bajo porcentaje en ciertos granos y alimentos deshidratados. Sin embargo , se reconoce en la actualidad que la influencia del agua en la reactividad del sistema se relaciona no solo con el contenido neto de agua, sino también con el estado de las moléculas de agua. La disponibilidad en función, tanto del contenido como del estado del agua, se expresa mediante el concepto que recibe el nombre de actividad del agua . Se define la actividad aw del agua como :

aw=p/po
donde: p = presión de vapor de agua en el sistema
po = presión parcial de vapor del agua pura a la misma temperatura

Si los alimentos fueran solo mezclas de agua con sustancias inertes, que no interactuaran en modo alguno con las moléculas de agua , la actividad del agua seria siempre igual a la unidad, Independiente del contenido de agua.

En los sistemas biológicos , parte del agua se halla fuertemente adsorbida sobre la superficie de sustancias poliméricas (Proteínas, carbohidratos macromoleculares).

Una grafica experimental de la actividad del agua en función del contenido de humedad a temperatura constante se conoce con el nombre de isoterma de adsorción del agua. La Figura 1 ilustra una isoterma de adsorción típica . A niveles muy bajo de contenido de humedad (aw: hasta ~ 0.2) toda el agua se encuentra ligada a los sitios polares expuestos de los componentes macromoleculares.

FIGURA 1: Isoterma de adsorción del agua

Una cantidad definida de agua se requiere para ocupar tales sitios y formar una “monocapa” . Esta se conoce comúnmente como la monocapa de BET, en función de que el calculo teórico de su valor fue propuesto por primera vez por Brunauer, Emmet y Teller . Los valores de la monocapa para la mayor parte de los alimentos se halla en el intervalo de 3 a 10 gramos de agua por cada 100 gramos de sustancia seca . Una vez que se completa la monocapa, la actividad del agua aumenta bruscamente frente a un aumento en el contenido de humedad . Uno de los motivos de este efecto es el hecho es que el agua libre se halla parcialmente atrapada en la estructura porosa de la matriz orgánica (alimentos) y por consiguiente se ve expuesta a la acción depresiva sobre la presión de vapor que ejerce el agua atrapada en los capilares(aw: 0.2-0.6). A mayores contenidos de humedad (aw: >0.6) el sistema se comporta de hecho como una solución acuosa . En realidad la concentración de los solutos (sustancias disueltas en el agua es tan bajo que la actividad del agua se acerca a la unidad). Esta ultima es el agua liquida vital que se halla abundantemente distribuida en nuestro planeta .

El agua vital

Incolora, inodora, insípida y sin calorías: el agua es esencial para toda forma de vida. El ser humano para mantenerse saludable debe consumir en líquidos y alimentos unos dos litros y medio de agua diarios.

Si miramos nuestro planeta del espacio exterior, observamos un bello planeta azul, parece que mas que tierra debería llamarse agua. La mayor parte del agua de la tierra esta en los mares, de modo que es salada, si bebiéramos de ella , al poco tiempo moriríamos de sed o deshidratación al tratar de eliminar del cuerpo el exceso de sal. El agua marina no es apta para la agricultura ,ni la industria, así solo es posible utilizar el agua si se la desaliniza proceso que hasta hoy resulta costoso.

FIGURA 2. Total de los recursos hídricos

FIGURA 3. Reservas de agua dulce

Solo el 2,53% del agua del planeta es dulce (Figura 2), la mayor parte de esta se encuentra atrapada en glaciares y nieves permanentes o esta en capas subterráneas profundas. La humanidad tiene acceso al 1,2% (lagos y ríos) del total de agua dulce (figura 3), valor este que no parece gran cantidad ; pero que si estuviera uniformemente en el planeta y se usara racional y sustentablemente, bastaría para sostener al doble o triple de la población mundial.

La cantidad total del agua del planeta no aumenta ni disminuye, esto se debe a que el agua circula sin parar, de los océanos pasa a la atmósfera ,de esta a la corteza terrestre y de ahí a los ríos ,mediante los cuales regresa finalmente a los océanos. Esto se conoce como ciclo hidrológico de agua y transforma esta en un recurso renovable.

Sin embargo la realidad es que muchas regiones del planeta tienen graves problemas de escasez y esto representa una amenaza para la economía y la salud de mas de 80 paises . Un 40% de los habitantes tierra, mas de dos mil millones de personas no tienen acceso al agua limpia ni condiciones sanitarias seguras.

Las causas principales de la escasez de agua son: la distribución irregular del agua , el crecimiento demográfico y la contaminación. Para enfrentar esto , las naciones ricas disponen de recursos para evitar problemas graves; construyen represas, y disponen de tecnologías para potabilizar el agua. Las naciones pobres no cuentan con tales opciones y este es un factor limitante de su progreso , mas aun la disponibilidad de agua potable marca la cruda realizad en las diferencias sociales de quienes la poseen y quienes no , lo que conduce a la propagación de enfermedades y a profundizar la pobreza. El aumento continuo de la demanda de agua hace prever serias inconvenientes en el futuro.

Según la OMS el hecho de que 1200 millones de personas no puedan beber agua sin correr el riesgo de contraer enfermedades sigue siendo una grave lacra moral. La razón es la falta de compromiso social y político para satisfacer las necesidades básicas de los pobres. Se precisa el 4% de los gastos militares anuales del mundo (unos 36.000 millones de dólares) para solucionar la falta de agua .

Muchas guerras han sido a causa del petróleo, se predice que en el futuro será por el agua; curiosamente la alternativa del petróleo será el hidrógeno cuando se dispongan de tecnologías adecuadas para disponerlo a partir del agua en forma económica y al instante de su utilización . Definir si el agua es un bien social y económico o un derecho de la humanidad dará argumentos para el conflicto.

El hombre tecnológico despreció la naturaleza; explotó sus recursos y la contempló desde la ventana. Hay que cambiar esa mentalidad. Somos la naturaleza… Sería bueno recordar los párrafos de la carta que el Jefe Seatle de la tribu Suwamish le escribió al presidente de los Estados Unidos, Franklin Pierce, en 1855 y donde expresa que: “Los ríos son nuestros hermanos, ellos calman nuestra sed. Los ríos llevan nuestras canoas y alimentan a nuestros hijos… Si contamineís vuestra cama, moriréis alguna noche sofocados por vuestros propios desperdicios”… No lo olvidemos.

Eduardo A. Schiappacasse: Ingeniero ,Diplomado en estudios avanzados y candidato al Doctorado en Ingeniería de la UPV-España, Especialista en tratamiento de aguas y en alimentos . Docente Universitario e Investigador
E.mail: [email protected]

Cristian Frers: Técnico Superior en Gestión Ambiental y Técnico Superior en Comunicación Social. E-mail: [email protected]

Carlos Olivera: Técnico Superior en Gestión Ambiental. Empleado de Aguas Argentinas. E-mail: [email protected]