Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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pH y dureza del agua


Introducción al pH

En química ambiental, el concepto de pH es fundamental. El pH es una medida de cuán ácida o alcalina es el agua y afecta las reacciones químicas, los procesos biológicos y la estabilidad ambiental. La escala de pH varía de 0 a 14, donde un pH de 7 es neutro, un pH menor a 7 indica acidez y un pH mayor a 7 indica alcalinidad.

pH = -log[H⁺]

Aquí, [H⁺] representa la concentración de iones de hidrógeno en moles por litro. Por ejemplo, si la concentración de iones de hidrógeno es 1 × 10⁻⁷ moles por litro, el pH es 7, lo que indica una solución neutra.

0 7 14

Importancia del pH en la química del agua

El pH del agua afecta significativamente la solubilidad y la disponibilidad biológica. Muchos sistemas biológicos, como la sangre humana, mantienen un pH estrictamente regulado. De manera similar, los ecosistemas acuáticos son sensibles a los cambios de pH. Los peces y la vida acuática generalmente prosperan dentro de ciertos niveles de pH, y las desviaciones pueden llevar a efectos perjudiciales.

Por ejemplo, en niveles bajos de pH, los metales como el aluminio se vuelven más solubles, lo que puede ser tóxico para la vida acuática. El agua ácida, a menudo causada por la lluvia ácida, puede dañar plantas y animales, mientras que el agua alcalina puede alterar las membranas biológicas y afectar las actividades enzimáticas.

Comprensión de la dureza del agua

La dureza del agua está determinada por la concentración de cationes polivalentes, principalmente calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺). El agua dura forma depósitos e incrustaciones en tuberías, calderas y otros sistemas. La escala de dureza también varía, con agua blanda que generalmente contiene menos de 60 mg/L de carbonato de calcio, agua moderadamente dura que contiene 60–120 mg/L, agua dura que contiene 120–180 mg/L, y agua muy dura que contiene más de 180 mg/L.

Dureza total = [Ca²⁺] + [Mg²⁺]
Blando Moderadamente duro Duro Muy duro

El papel de la dureza del agua

La dureza del agua es importante tanto para el medio ambiente como para la salud humana. Aunque el agua dura no es directamente perjudicial para la salud, puede causar una serie de problemas prácticos. La presencia de calcio y magnesio afecta el rendimiento de los jabones y detergentes, aumentando su consumo. En operaciones industriales, como calderas y torres de refrigeración, el agua dura conduce a incrustaciones que pueden reducir la eficiencia y aumentar los costos de mantenimiento.

Un aspecto positivo de la dureza del agua es que aporta calcio y magnesio a la dieta, lo cual es beneficioso para la salud humana, ayudando en el desarrollo óseo y la función enzimática.

Interrelación entre pH y dureza del agua

Existe una interrelación entre los niveles de pH y la dureza del agua. Aunque pueden ser independientes en algunos aspectos, la química del agua a menudo vincula estos parámetros. Por ejemplo, en diferentes niveles de pH, la solubilidad de carbonatos y bicarbonatos, que contribuyen a la dureza del agua, puede cambiar.

En el agua alcalina con un pH alto, los iones bicarbonato y carbonato pueden precipitar como carbonato de calcio, afectando el nivel de dureza. En contraste, el dióxido de carbono se disuelve más fácilmente en agua ácida, aumentando la dureza.

Medición del pH y la dureza del agua

El pH se mide típicamente usando un medidor de pH con electrodo de vidrio, con la sonda de pH sumergida en una muestra de agua para obtener una lectura precisa. Para las mediciones de campo, son comunes los medidores de pH portátiles, mientras que se utilizan instrumentos más precisos en laboratorios.

La dureza del agua se mide generalmente mediante métodos de titulación, como el método de titulación con EDTA. En este método, se titula una muestra con un agente quelante que forma complejos con los iones metálicos, y el punto final se determina con indicadores.

CaCO₃ + EDTA → Ca-EDTA + CO₃²⁻

Implicaciones prácticas y manejo

Comprender el pH y la dureza es importante para los procesos de tratamiento del agua. Por ejemplo, se pueden usar procesos de intercambio iónico o ablandamiento con cal para ablandar el agua dura. Estos métodos eliminan el calcio y el magnesio reemplazándolos con iones sodio o precipitándolos.

De manera similar, controlar el pH en el suministro de agua garantiza seguridad y eficiencia. Para el agua potable, las instalaciones de tratamiento a menudo ajustan el pH para prevenir la corrosión en tuberías y limitar la solubilidad de sustancias potencialmente nocivas.

Conclusión

El estudio del pH y la dureza del agua desempeña un papel vital en la química ambiental, afectando los sistemas biológicos y los procesos industriales. Una comprensión clara de sus interacciones e impactos permite el desarrollo de prácticas efectivas de gestión del agua, garantiza la sostenibilidad de los ecosistemas acuáticos y promueve la salud pública.


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