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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Química del Agua


La química del agua es una parte importante de la química ambiental porque se ocupa de comprender las propiedades químicas y los procesos del agua en diversos contextos ambientales. Esto incluye cuerpos de agua naturales como ríos, lagos y océanos, así como agua en entornos artificiales como plantas de tratamiento y sistemas de distribución. Comprender la química del agua permite a los científicos evaluar la calidad del agua, entender los ciclos geoquímicos y abordar problemas de contaminación y sostenibilidad ambiental.

Composición química del agua

El agua, que tiene la fórmula química H2O, es una molécula simple compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. La estructura del agua es angular en lugar de lineal debido a los dos pares de electrones solitarios en el átomo de oxígeno. El ángulo entre los átomos de hidrógeno es de aproximadamente 104.5 grados. Esta estructura angular única es importante para muchas propiedades del agua.

Abajo se presenta una ilustración simplificada de una molécula de agua:

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Propiedades del agua

Diferencia de opiniones

El agua es conocida por su polaridad. El átomo de oxígeno es más electronegativo que los átomos de hidrógeno, lo que significa que tiene una mayor tendencia a atraer electrones hacia sí mismo. Esto crea un momento dipolar, con una carga negativa parcial cerca del átomo de oxígeno y una carga positiva parcial cerca de los átomos de hidrógeno.

Enlace de hidrógeno

La polaridad de las moléculas de agua les permite formar enlaces de hidrógeno entre sí. Estos son enlaces más débiles que los covalentes, pero son significativos en número, lo que lleva a fenómenos como el alto punto de ebullición y la tensión superficial del agua.

Propiedades del solvente

Debido a su polaridad, el agua se conoce como el "solvente universal." Puede disolver muchas sustancias, incluidas sales, azúcares, ácidos, bases y gases. Esto hace que el agua sea un excelente medio para reacciones químicas y procesos biológicos.

pH del agua

El valor de pH del agua es una medida de su acidez o alcalinidad, que va de 0 a 14. El agua pura tiene un valor de pH neutral de 7. Sin embargo, el pH del agua natural puede variar dependiendo de los minerales disueltos y gases.

La escala de pH se representa como:

        Ácido (0-6) Neutral (7) Alcalino (8-14)

Los cambios en el pH del agua pueden afectar la vida acuática e influir en las reacciones químicas. Por ejemplo, el agua ácida puede conducir a condiciones perjudiciales como la corrosión y la toxicidad de metales para la vida acuática.

Dureza y composición mineral

La dureza del agua está determinada por la concentración de iones de calcio y magnesio. El "agua dura" tiene altos niveles de estos minerales, mientras que el "agua blanda" tiene bajos niveles. La dureza a menudo se mide en partes por millón (ppm).

A continuación se presentan las reacciones químicas que conducen a la formación de agua dura:

        CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2HCO3-

La presencia de carbonato de calcio y carbonato de magnesio en el agua a menudo se debe a estructuras geológicas y contenido de arcilla, lo que afecta la química de los sistemas de agua.

La dureza del agua puede afectar la utilidad del agua para fines domésticos, industriales y agrícolas. Por ejemplo, el agua dura puede causar incrustaciones en tuberías y reducir la efectividad de los jabones y detergentes.

Sistemas de agua natural

Ríos y arroyos

Los ríos y arroyos son sistemas acuáticos dinámicos, con químicas variables dependiendo de su fuente, tasa de flujo e influencias ambientales. Transportan materia disuelta y particulada, afectando los ecosistemas que cruzan.

La química del agua de río a menudo se clasifica según sus componentes, incluidos:

  • Gases disueltos como oxígeno y dióxido de carbono
  • Iones inorgánicos como sodio, potasio y cloruro
  • Compuestos orgánicos obtenidos de fuentes tanto naturales como antropogénicas

Lagos y embalses

Los lagos y embalses son cuerpos de agua estancados con profundidades variables y capas de estratificación. Exhiben interacciones químicas complejas influenciadas por la temperatura, la penetración de la luz y actividades biológicas.

Los cambios estacionales en los lagos pueden redistribuir nutrientes y gases disueltos, afectando la calidad del agua y la vida acuática:

El modelo básico de estratificación térmica en un lago incluye lo siguiente:

        epilimnion (capa superior cálida)
        Termoclina (capa media con gradiente de temperatura)
        hipolimnion (capa inferior fría)

Océano

Los océanos son vastos cuerpos de agua salada que contienen altos niveles de sales disueltas, principalmente cloruro de sodio. La química del agua oceánica es importante para la regulación climática global y la vida marina.

La salinidad del agua de mar es normalmente de alrededor de 35 partes por mil (ppt), afectada por factores como la evaporación, la cantidad de agua dulce y la actividad geológica.

Tratamiento y calidad del agua

Los procesos de tratamiento de agua se utilizan para hacer el agua segura para el consumo humano y la salud ambiental. Estos incluyen métodos tales como sedimentación, filtración y desinfección.

Sedimentación

Este proceso implica la eliminación de partículas suspendidas del agua mediante gravedad. Se pueden agregar productos químicos como alumbre para ayudar a formar partículas más grandes conocidas como flóculos.

Filtración

La filtración involucra pasar el agua a través de materiales como arena o carbón activado granular, eliminando impurezas restantes y materia particulada.

Desinfección

Los métodos de desinfección se utilizan para matar o inactivar microorganismos dañinos. Los desinfectantes comunes incluyen cloro, ozono y luz ultravioleta.

Contaminación e impacto ambiental

La contaminación del agua es una preocupación ambiental significativa, ya que los contaminantes de fuentes industriales, agrícolas y domésticas afectan los sistemas de agua de diversas maneras.

Los contaminantes comunes incluyen:

  • Nutrientes como nitratos y fosfatos que causan eutrofización
  • Metales pesados como plomo, mercurio y cadmio
  • Contaminantes orgánicos como aceites y detergentes

Eutrofización

La eutrofización es un proceso en el que un exceso de nutrientes en los sistemas acuáticos causa un crecimiento excesivo de plantas y algas. Esto puede resultar en una falta de oxígeno y afectar la vida acuática.

Lluvia ácida

La lluvia ácida causada por emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno conduce a la acidificación de los cuerpos de agua, afectando la integridad de los ecosistemas y sólidos.

Conclusión

La química del agua es un campo complejo y multidisciplinario que involucra el estudio de procesos y propiedades químicas en diversos sistemas de agua. Comprender la química del agua hace posible monitorear, gestionar y mejorar la calidad del agua, ayudando así en la protección ambiental y la protección de la salud humana. La investigación continua y la innovación tecnológica son fundamentales para abordar los desafíos relacionados con el agua y garantizar la sostenibilidad para las futuras generaciones.


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