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Composición de las aguas subterráneas




Enviado por ad170775



    SUSTANCIAS QUE SE ENCUENTRAN DISUELTAS
    EN UN AGUA NATURAL
    SUBTERRANEA. IONES FUNDAMENTALES Y MENORES

    En un agua
    subterránea natural, la mayoría de las sustancias
    disueltas se encuentran en estado
    iónico. Unos cuantos de estos iones se encuentran
    presentes casi siempre y su suma representa casi la totalidad de
    los iones presentes; estos son los iones
    fundamentales.

    Estos iones fundamentales son

    Aniones Cationes

    Cloruro Cl- Sodio Na+

    Sulfato SO4–
    Calcio Ca++

    Bicarbonato
    CO3H- Magnesio Mg++

    Es frecuente que los aniones nitrato
    (NO3-) y carbonato
    (CO3– ) y el catión potasio
    (K+) se consideren dentro del grupo de iones
    fundamentales aun cuando en general su proporción es
    pequeña. Otras veces se incluye además el ion
    ferroso (Fe++).

    Entre los gases deben
    considerarse como fundamentales el anhídrido
    carbónico (CO2) y el oxígeno disuelto
    (O2), aunque no es frecuente que se analicen en aguas
    subterráneas.

    Entre las sustancias disueltas poco ionizadas o en
    estado
    coloidal son importantes los ácidos y aniones derivados de
    la sílice (SiO2).

    El resto de iones y sustancias disueltas se encuentran
    por lo general en cantidades notablemente más
    pequeñas que los anteriores y se llaman iones menores a
    aquellos que se encuentran habitualmente formando menos del 1%
    del contenido iónico total y elementos traza a aquellos
    que aunque presentes están por lo general en cantidades
    difícilmente medibles por medios
    químicos usuales.

    Los iones menores más importantes son,
    además de los ya citados NO3-,
    CO3–, K+ y Fe++, el
    NO2-, F-,
    NH4+ y Sr++. Suelen estar en
    concentraciones entre 0.01 y 10 ppm. En concentraciones entre
    0.0001 y 0.1 ppm, suelen estar los iones menores:

    aniones: Br-, S–,
    PO4-3,
    BO3H2-,
    NO2-, OH-, I-,
    etc.

    cationes: Fe+++, Mn++,
    NH4+, H+, Al+++,
    etc.

    Los iones metálicos derivados del As, Sb, Cr, Pb,
    Cu, Zn, Ba, V, Hg, U, etc., a veces están en cantidades
    medibles, pero en general son elementos traza. El resto de
    posibles iones están casi siempre en cantidades menores
    que 0.0001 ppm.

    Las aguas subterráneas llamadas dulces contienen
    como máximo 1000 o quizá 2000 ppm de sustancias
    disueltas; si el contenido es mayor, por ejemplo hasta 5000 ppm
    se llaman aguas salobres y hasta 40000 aguas saladas. No es raro
    encontrar aguas que superen los 40000 ppm de sustancias disueltas
    llegando a veces hasta 300000 ppm. A estas aguas se les llama
    salmueras y están asociadas con frecuencia a
    depósitos salinos, aguas de yacimientos
    petrolíferos o bien aguas muy antiguas situadas a gran
    profundidad.

    CARACTERISTICAS QUIMICAS DE LOS IONES
    Y SUSTANCIAS DISUELTAS MAS IMPORTANTES

    Aniones y sustancias aniónicas

    1. ION CLORURO, Cl-

    a) Características químicas. Sales
    en general muy solubles. Muy estable en disolución y muy
    difícilmente precipitable. No se oxida ni reduce en aguas
    naturales.

    b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas
    dulces. El agua de mar
    tiene entre 18000 y 21000 ppm. Las salmueras naturales pueden
    llegar a tener 220000 ppm (saturación).

    c) Nocividad y toxicidad. Más de 300 ppm
    comunican sabor salado al agua de
    bebida, pero no es perjudicial por lo menos hasta algunos miles
    de ppm. Es esencial para la vida. Contenidos elevados son
    perjudiciales para muchas plantas y
    comunican corrosividad al agua.

    d) Análisis en laboratorio. Valoración con
    NO3Ag usando como indicador cromato potásico
    (viraje de amarillo a naranja).

    e) Análisis de campo. Igual que en
    laboratorio,
    con bureta portatil o cuentagotas.

    f) Toma de muestras. No se precisan precauciones
    especiales.

    2. ION SULFATO, SO4–

    a) Características químicas. Sales
    moderadamente solubles a muy solubles, excepto las de Sr (60 ppm)
    y de Ba (2 ppm). Es difícilmente precipitable
    químicamente ya que las sales solubles de Sr y Ba son muy
    escasas en la naturaleza, pero
    puede separarse de la solución por concentración si
    existe un evaporación importante.

    b) Concentraciones. Entre 2 y 150 ppm en aguas
    dulces pudiendo llegar a 5000 ppm en aguas salinas si existe Ca y
    hasta 200000 si está asociado a Mg y Na en ciertas
    salmueras. El agua del
    mar contiene alrededor de 3000 ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. Las aguas selenitosas
    (elevado contenido en sulfato) no quitan la sed y tienen sabor
    poco agradable y amargo. Por sí mismo o si va asociado a
    Mg o Na en cantidades importantes puede comunicar propiedades
    laxantes. En cantidades elevadas puede ser perjudicial a las
    plantas.
    Más de algunos centenares de ppm perjudican a la resistencia del
    hormigón y cemento.

    d) Análisis en laboratorio. Puede realizarse por
    valoración complexométrica pero se precisa cierta
    práctica en determinar el punto de viraje. El método
    mejor es el gravimétrico pero es engorroso y largo y por
    eso es de uso restringido.

    e) Análisis de campo. No realizado
    habitualmente, excepto por turbidimetría.

    f) Toma de muestras. No se precisan precauciones
    especiales.

    3. IONES BICARBONATO Y CARBONATO, CO3
    H- y CO3–

    a) Características químicas. Estos
    iones comunican alcalinidad al agua en el
    sentido que dan capacidad de consumo de
    ácido al producir una solución tampón. Se
    pueden precipitar con muicha facilidad como
    CO3Ca.

    b) Concentraciones. El ion bicarbonato
    varía entre 50 y 350 ppm en aguas dulces pudiendo llegar a
    veces hasta 800 ppm. El agua del
    mar tiene alrededor de 100 ppm. El ion carbonato está en
    concentraciones mucho menores que el ion bicarbonato y si el
    pH < 8.3 se
    le considera cero. En aguas alcalinas con pH > 8.3
    puede haber cantidades importantes, hasta 50 ppm en algunas aguas
    naturales. El agua del
    mar tiene menos de 1 ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas de
    toxicidad. Las aguas bicarbonatadas sódicas son malas para
    riego, debido a la fijación del Na en el terreno y
    creación de un medio alcalino.

    d) Análisis en laboratorio. Se determinan en función
    de la alcalinidad del agua.

    e) Análisis de campo. Se realiza a veces
    determinando la alcalinidad del agua.

    f) Toma de muestras. Debe realizarse con cuidado
    para evitar la pérdida de CO2 . Debe protegerse
    de cambios de temperatura y
    analizar lo antes posible. Las botellas deben ir bien cerradas y
    llenas a tope. En general los valores de
    CO3H- medidos en laboratorio
    son algo menores que los reales.

    4. ION NITRATO, NO3-

    a) Características químicas. Sales
    muy solubles y por lo tanto es muy difícilmente
    precipitable.

    b) Concentraciones. Normalmente entre 0.1 y 10
    ppm pero en aguas polucionadas puede llegar a 200 ppm y en
    algún caso hasta 1000 ppm. El agua del
    mar tiene alrededor de 1 ppm o menos.

    c) Nocividad y toxicidad. Concentraciones
    elevadas en agua de bebida puede producir cianosis en los
    niños y comunican corrosividad (oxidaciones) al agua y
    producen interferencias en fermentaciones.

    d) Análisis en laboratorio. No siempre se
    determina pues en general es escaso y su análisis es complicado y lento. Se
    determina colorimétricamente a través del
    ácido fenildisulfónico.

    e) Análisis de campo. No suele
    realizarse.

    f) Toma de muestras. No se precisan precauciones
    especiales excepto quizás en aguas que contienen
    NH4+ para evitar su oxidación y que
    aparezca como NO3- .

    5. SILICE, SiO2

    a) Características químicas. La
    hidroquímica del silicio no está del todo aclarada
    pero se cree que la mayoría de la sílice
    está como SiO4H4 , en parte disuelta
    y en parte coloidal, y sólo una pequeña parte
    está ionizada (SiO4H3- )
    a pH
    normales.

    b) Concentraciones. La mayoría de las
    aguas naturales tienen entre 1 y 40 ppm en SiO2
    pudiendo llegar hasta 100, en especial en aguas bicarbonatadas
    sódicas. En aguas muy básicas se puede llegar a
    1000 ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente
    está relacionado con su incrustabilidad en calderas y
    calentadores.

    d) Análisis en laboratorio. Se suele
    realizar por colorimetría por el método
    llamado del azul de molibdeno (silicomolibdato) con un error
    menor del 2%. El método
    gravimétrico se emplea poco.

    e) Análisis de campo. No realizado
    habitualmente.

    f) Toma de muestras. Conviene evitar cambios de
    pH
    importantes, y utilizar botellas de plástico o vidrio Pirex. Los
    vidrios normales pueden aportar algo de sílice soluble si
    no se los mantiene antes uno o dos días con agua
    destilada.

    Cationes y sustancias
    catiónicas

    1. ION SODIO, Na+

    a) Características químicas.
    Solubilidad muy elevada y muy difícil de
    precipitar.

    b) Concentraciones. Entre 1 y 150 ppm en aguas
    dulces, no siendo raro encontrar contenidos mucho mayores, hasta
    varios miles de ppm. El agua del mar tiene alrededor de 10000
    ppm, las salmueras naturales pueden llegar a tener 100000 ppm,
    siendo un límite que rara vez se sobrepasa el de 500 meq/l
    (= 110000 ppm).

    c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con
    concentraciones elevadas en sodio son perjudiciales a las
    plantas al
    reducir la permeabilidad del suelo; son
    especialmente nocivas si las concentraciones de Ca y Mg son
    bajas.

    d) Análisis en laboratorio. Actualmente se
    determina habitualmente mediante un fotómetro de llama con
    un error menor del 1 a 3%, pero se precisa disponer de este
    instrumento el cual es caro.

    e) Análisis de campo. No se
    realiza.

    f) Toma de muestras. No se precisan precauciones
    especiales.

    2. ION POTASIO, K+

    a) Características químicas.
    Solubilidad muy elevada y difícil de
    precipitar.

    b) Concentraciones. Entre 0.1 y 10 ppm en aguas
    dulces. Extraordinariamente se pueden tener algunos cientos de
    ppm y sólo muy raramente se pueden tener algunos cientos
    de ppm y sólo muy raramente se puede tener salmueras de
    hasta 100000 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 400
    ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas
    especiales a las concentraciones habituales y es un elemento
    vital para las plantas.

    d) Análisis en laboratorio. Actualmente se
    la determina con cierta frecuencia por fotometría de llama
    con un error menor del 3 ó 10%.

    e) Análisis de campo. No se
    realiza.

    f) Toma de muestras. No se precisan precauciones
    especiales.

    3. ION CALCIO, Ca++

    a) Características químicas. Sales
    de moderadamente solubles a muy solubles. Es muy fácil de
    precipitar como CO3Ca.

    b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas
    dulces, pudiendo llegar a 600 ppm en aguas selenitosas. El agua
    del mar contiene alrededor de 400 ppm. Excepcionalmente se puede
    tener 50000 ppm en salmueras de Cl2Ca.

    c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente
    va asociado al aporte de dureza y producción de incrustaciones.

    d) Análisis de laboratorio.
    Valoración complexométrica con ácido
    etilendiaminotetracético (EDTA). También puede
    realizarse por fotometría de llama pero es poco
    usual.

    e) Análisis de campo. Se realiza a veces
    por valoración complexométrica utilizando bureta o
    cuentagotas.

    f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases,
    llenando bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de
    temperatura.

    4. ION MAGNESIO, Mg++

    a) Características químicas.
    Propiedades similares a las del ion calcio pero más
    soluble y algo más difícil de
    precipitar.

    b) Concentraciones. Entre 1 y 100 ppm en aguas
    dulces, pudiendo llegar a veces a algunos miles de ppm en aguas
    salinas o salmueras. El agua del mar contiene 1200
    ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. Propiedades laxantes y
    da sabor amargo al agua de bebida si hay algunos centenares de
    ppm. Contribuye a la dureza del agua.

    d) Análisis en laboratorio.
    Valoración complexométrica con EDTA indirecta (Mg =
    dureza – Ca), rara vez realizada directamente.

    e) Análisis de campo. Se determina como
    dureza menos calcio.

    f) Toma de muestras. En principio las mismas
    precauciones indicadas para el Ca++ .

    Principales gases
    disueltos

    1. ANHIDRIDO CARBONICO, CO2

    a) Características químicas. Es un
    gas
    relativamente soluble y que al hidrolizarse produce ácido
    carbónico parcialmente disociado.

    b) Concentraciones. Frecuentemente se
    sitúa entre 1 y 30 ppm, correspondiendo los valores
    más bajos a aguas en contacto fácil con la atmósfera.

    c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con un exceso
    de CO2 son agresivas y las que pierden CO2
    pueden convertirse en incrustantes. Aguas con más de 20
    ppm de CO2 libre pueden ser agresivas para el
    hormigón.

    d) Análisis en laboratorio. Se determina
    la alcalinidad TAC y el pH.

    e) Análisis de campo. Se realiza por
    cálculo
    si se ha determinado la alcalinidad TAC y el pH, o directamente
    con sosa caústica, utilizando una bureta o
    cuentagotas.

    f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases llenando
    bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de temperatura y
    analizar pronto.

    2. OXIGENO
    DISUELTO, O2

    a) Características químicas.
    Produce un medio oxidante y juega un papel de gran
    importancia en la solubilización o insolubilización
    de iones que cambian con facilidad de valencia así como en
    la actividad de los microorganismos.

    b) Concentraciones. La concentración a
    saturación del oxígeno en el agua en contacto con
    el aire es del
    orden de 10 ppm. La mayoría de las aguas
    subterráneas tienen entre 0 y 5 ppm, frecuentemente por
    debajo de 2 ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. El mayor problema que
    presenta el oxígeno disuelto en el empleo del
    agua es que produce corrosividad. Su ausencia puede ser origen de
    malos gustos.

    d) Análisis de laboratorio. Se determina
    por el método de
    Winkler o su modificación de Alsterberg.

    e) Análisis de campo. No se realiza
    habitualmente por ser engorroso excepto si se dispone de un
    medidor electrométrico.

    f) Toma de muestras. Es preciso utilizar botellas
    especiales que permiten cerrar sin dejar gas en su
    interior (botella Winkler) y la muestra no debe
    agitarse en la toma. Analizar lo antes posible pues puede
    consumirse durante el almacenamiento,
    en especial si la iluminación es suficiente.

    Aniones y sustancias aniónicas menores
    más importantes

    1. FLUORURO, F-

    a) Características químicas.
    Solubilidad en general limitada y al parecer contribuye
    ligeramente a la alcalinidad del agua pues se hidroliza
    ligeramente.

    b) Concentraciones. Frecuentemente entre 0.1 y 1
    ppm, pudiendo llegar a veces hasta 10 y raramente a 50 en aguas
    muy sódicas con muy poco Ca. El agua del mar tiene entre
    0.6 y 0.7 ppm. Las aguas de zonas áridas pueden tener
    cantidades elevadas.

    c) Nocividad y toxicidad. Parece jugar un
    papel muy
    importante en la conservación de la dentadura, creando
    problemas
    cuando está tanto por exceso como por defecto.

    d) Análisis. Sólo se determina
    algunas veces.

    2. BROMURO, Br-

    a) Características químicas. Su
    comportamiento
    es similar al del ion Cl- .

    b) Concentraciones. En general menos de 0.01 ppm
    en aguas dulces. El agua del mar tiene 65 ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones
    usuales no ocasiona ningún problema.

    d) Análisis. Rara vez se
    analiza.

    3. IONES DERIVADOS DEL BORO

    a) Características químicas.
    Contribuye algo a la alcalinidad.

    b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm
    pero a veces puede llegar a 10 y excepcionalmente a 30. El agua
    del mar contiene 4.6 ppm en B. Puede ser elvado en aguas antiguas
    y termales.

    c) Nocividad y toxicidad. En pequeñas
    cantidades ya es nocivo para las plantas pero no
    en el agua de bebida.

    d) Análisis. Se determina raras veces,
    excepto en aguas para riegos, sospechosas de tener cantidades
    nocivas, en especial en zonas áridas.

    4. SULFURO Y GAS SULFHIDRICO,
    S– y SH2

    a) Características químicas. El
    S– se hidroliza con facilidad a SH- y
    SH2 , estando en equilibrio con
    fase gas y el
    SH2 se hidroliza a SH- y S–
    .

    b) Concentraciones. Generalmente muy por debajo
    de 1 ppm, aunque en aguas de medios muy
    reductores con reducción de sulfato, se puede llegar a
    veces hasta a 100 ppm. Extraordinariamente el contenido en
    SH2 puede llegar a 1000 ppm en aguas relacionadas con
    yacimientos de petróleo.

    c) Nocividad y toxicidad. Comunica muy mal olor,
    fácilmente detectable incluso a 1 ppm o menos. Es
    corrosivo, en especial para aleaciones de
    Cu.

    d) Análisis. Se determina oxidando con un
    exceso de iodo que pasa a I- .

    5. FOSFATO, PO4-3

    a) Características químicas. Aunque
    presente sales solubles, la mayoría lo son muy poco. Se
    hidroliza con facilidad y contribuye a la alcalinidad del
    agua.

    b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1 ppm
    pudiendo llegar a 10 ppm y excepcionalmente a 50.

    c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones
    usuales, no origina problemas.

    d) Análisis. No es frecuente determinarlo.
    Se determina colorimétricamente, con buena
    precisión.

    Cationes y sustancias catiónicas menores
    más importantes

    1. ION MANGANESO, Mn++

    a) Características químicas. El
    manganeso tiene un comportamiento
    similar al Fe.

    b) Concentraciones. En general por debajo de 0.2
    ppm, rara vez por encima de 1 ppm. Es más abundante en
    aguas ácidas.

    c) Nocividad y toxicidad. Al oxidarse forma
    manchas negruzcas y favorece el crecimiento de ciertas bacterias.

    d) Análisis. Se le determina sólo
    cuando se sospecha su existencia.

    2. ION AMONIO Y AMONIACO DISUELTO,
    NH4+ y NH3

    a) Características químicas. Son
    oxidados con gran facilidad y son fácilmente retenidos por
    el terreno por cambio de
    bases.

    b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm
    pero en casos muy excepcionales puede llegar a 400 ppm. El agua
    del mar tiene entre 0.005 y 0.05 ppm, a veces hasta
    0.35

    c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones
    usuales no es origen de problemas pero
    a concentraciones mayores puede llegar a dar olor amoniacal.
    Suele ser índice de contaminación.

    d) Análisis. Se determina por el método de
    Nessler.

    3. ION ESTRONCIO, Sr++

    a) Características químicas. Es
    similar al Ca pero sus sales son menos solubles.

    b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1
    ppm, a veces hasta 20. El agua marina tiene 13 ppm. Algunas
    salmueras pueden llegar a tener, extraordinariamente 1000
    ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. En las bajas
    concentraciones normales no es nocivo ni molesto.

    d) Análisis. Se le determina por
    fotometría de llama, pero se hace pocas veces.

    4. ION LITIO, Li+

    a) Características químicas. Sales
    muy solubles y es poco retenido por el terreno.

    b) Concentraciones. Entre 0.001 y 0.5 ppm, a
    veces hasta 1 ppm pudiendo llegar en algunas salmueras hasta 10
    ppm.

    c) Nocividad y toxicidad. En las bajas
    concentraciones usuales no es nocivo ni crea
    problemas.

    d) Análisis. Se le determina por
    espectrometría de absorción atómica y con
    menos precisión por fotometría de llama, pero se
    hace pocas veces.

    5. IONES DERIVADOS DEL ALUMINIO
    (ALUMINA, Al2O3)

    a) Características químicas. El
    aluminio es
    muy difícil de poner en solución y queda
    fuertemente retenido en las arcillas.

    b) Concentraciones. En general entre 0.005 y 0.3
    ppm pudiendo llegar muy extraordinariamente a 100 ppm en aguas
    muy ácidas.

    c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas
    especiales.

    d) Análisis. Rara vez se determina y su
    análisis es complicado.

     

     

    Autor:

    Antonio Diaz Santos

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