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