Química de las aguas naturales

Química de las aguas naturales

• El agua de lluvia es una solución diluida y ligeramente acida de cloruro de sodio.
• La composición química de las aguas superficiales y subterráneas es el resultado de los minerales que han sido disueltos en ellas.
• Debe ser posible utilizar la composición química del agua para identificar esos minerales y calcular sus abundancias relativas.
• los H+ requeridos para las reacciones de intemperismo se han derivado de la disociación de ácido carbónico (H2CO3), que se encuentra en equilibrio con CO2 en una concentración en exceso en la atmósfera.
• Los iones Na+ y Ca+2 en el agua se originan por disolución incongruente de plagioclasa para formar caolinita.
• Los iones Mg+2 y K+ son liberados por intemperismo de biotita. Mg+2 adicional puede incorporarse por disolución de minerales ferromagnesianos (olivino, piroxenos y anfíboles) o dolomita.
• El ácido silícico (H4SiO4) que se incorpora proviene del intemperismo de minerales de tipo silicatos, mientras que la contribución del cuarzo es nula.
• El ion SO4-2 se produce de forma primaria por oxidación de sulfuros y por la disolución de yeso/anhidrita u otro mineral sulfatado.
• Los iones Cl- se incorporan por precipitación meteórica, por descarga de aguas mineralizadas superficiales o inclusiones fluidas en minerales.
• Los iones HCO3- se forman a partir de hidratación de CO2 gaseoso y por disolución de calcita y otros minerales carbonatados.
• La concentración de Fe+2 en agua es baja debido a la formación del Fe(OH)3, excepto bajo condiciones fuertemente ácidas y de reducción.
• La proporción de minerales alumino-silicatos incorporados al agua por disolución incongruente puede calcularse utilizando ecuaciones de reacción que den lugar a caolinita. Como plagioclasas, biotita, piroxeno.
• Reacciones que aportan SO4-2 a las aguas subterráneas: disolución de yeso o anhidrita, oxidación de pirita y reacción con calcita.
• Agua subterránea es producto de incorporación de agua de lluvia a rocas graníticas (cuarzo diorita a gneiss de microclina y cuarzo).
• Minerales principales de los granitos: feldespatos (feldespato de potasio y plagioclasa) y cuarzo.
• Minerales accesorios: hornblenda y biotita.
• Mineral de alteración principal: caolinita.

Composición de aguas superficiales:

1. Procesos inorgánicos: reacciones acido-base, disolución de minerales, disolución de sales, solubilidad de gases, reacciones superficiales de partículas.
2. Procesos orgánicos/biológicos: fotosíntesis-respiración, reacciones de complejaciòn, reacciones de ácido-reducción.
3. Procesos físicos: régimen de flujo, contenido de partículas, presión-temperatura.

• Los 20 ríos más grandes del mundo transportan a los océanos el 40% del desagüe continental total. La composición de estos ríos puede ser representativa de la composición global de las aguas superficiales, la cual debe ser comparada a la corteza continental y al agua de lluvia.  
• Cuatro metales dominan la composición, todos ellos presentes como cationes simples (Ca+2, Na+, K+ y Mg+2.
• El resto de los iones presentan bajas concentraciones.
• Esta composición es radicalmente diferente con respecto a la corteza continental, no obstante que todos ellos (salvo parte del Na+ y del K+) son producto de procesos de intemperismo.
• La diferencia entre la composición de corteza continental, precipitación y las aguas continentales es particularmente importante para Al y Fe. Esta diferencia es el resultado de la manera en que reaccionan los iones metálicos con el agua.         
• Compuestos iónicos se disuelven en solventes polares, tal como el agua.
• Iones de baja carga (+1, +2, -1, -2): usualmente se disuelven como cationes o aniones simples.
• Iones más pequeños, pero con mayor carga, reaccionan con el agua abstrayendo grupos OH- para formar hidróxidos no cargados e insolubles, con liberación de H+.
• Iones aún más pequeños y más altamente cargados reaccionarán con el agua para producir iones relativamente grandes y estables
• El efecto neto es producir grandes aniones, que se disuelven fácilmente, ya que su carga está distribuida en un gran perímetro iónico.

El patrón general de solubilidad de los elementos puede ser racionalizado en términos de la carga (z) y el radio iónico (r):

1. Iones con valores bajos de z/r son altamente solubles, forman iones simples y son enriquecidos         en la fase disuelta en comparación a la fase de partículas suspendidas.[pic 1]
2. Iones con valores intermedios de z/r son relativamente insolubles y tendrán una alta relación de partículas suspendidas: fase disuelta.
3. Iones con valores altos de z/r forman oxianiones complejos y son altamente solubles.

Las diferencias existentes entre las composiciones de los ríos obedecen a distintos regímenes de control de intemperismo:

[pic 2]

Relacion Na/ (Na + Ca) Gibbs, 1970: [pic 3]

Cuando sodio es el ión dominante (contribución salina importante) la relación se aproxima a un valor de 1.

Cuando calcio es el ión dominante (contribución de intemperismo importante), la relación tiende a 0.

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