SEMANA 24 Promovemos el consumo ... - Aprendo en casa · supervivencia de la vida en el planeta. De hecho, sin agua no podríamos sobrevivir más de tres a cuatro días. ... la edad,

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Educación Secundaria

Promovemos el consumo responsable del recurso hídrico

SEMANA 24

5.° grado: Ciencia y Tecnología

¿Sabías que el agua es un recurso fundamental necesario para la vida de las personas, la conservación de la biodiversidad, del ambiente y todos los seres vivos que viven en el planeta? Saber la importancia del agua para la vida implica conocer los beneficios que nos brinda para aprender a valorarla y conservarla. El agua es un elemento de la naturaleza que integra los ecosistemas y es fundamental para el sostenimiento y supervivencia de la vida en el planeta. De hecho, sin agua no podríamos sobrevivir más de tres a cuatro días.

La importancia del agua para el ser humano es evidente, ya que casi las dos terceras partes de nuestro cuerpo están constituidas de agua. En otras palabras, ¡podríamos afirmar que somos agua! Esta forma parte de todos los tejidos corporales y está presente en todos nuestros órganos vitales. Según el sexo y la edad, y dependiendo de las etapas de la vida, el 65 % de nuestro peso corporal, en promedio, es agua.

El agua es esencial para todos los procesos corporales vitales, y es fundamental para el desarrollo de los procesos orgánicos como la digestión, absorción de nutrientes y la eliminación de desechos. Asimismo, hace posible el funcionamiento del sistema circulatorio y distribuye todos los nutrientes por todo el cuerpo a través de la sangre. Los beneficios del agua para la salud están ampliamente demostrados. El agua alivia la fatiga, porque, cuando hace falta agua, el corazón trabaja más para bombear la sangre oxigenada a todas las células y otros órganos, y eso causa fatiga. Además, evita el dolor de cabeza y las migrañas, y reduce el riesgo de padecer cáncer de colon y de vejiga, porque la causa de estos males es la deshidratación. Finalmente, sin ella no es posible un aseo adecuado del cuerpo humano, por ejemplo, de las manos para eliminar el virus SARS-CoV-2, causante de la pandemia que atravesamos. Aquí también es fundamental el jabón porque destruye su estructura; sin embargo, la propiedad de las moléculas de agua hace que este proceso sea posible cuando el agua forma una micela para barrer con todos los fragmentos del virus.

También debemos saber que el 71 % de la superficie de la Tierra está cubierta de agua, dejando en claro que la superficie no es igual a la masa de la Tierra. Aparentemente, está cantidad implicaría abundancia; sin embargo, casi la totalidad es agua salada (96,5 %) y solo el 3,5 % restantes es agua dulce. Ahora, si juntamos toda el agua en estado líquido sería igual a 1386 millones de km3, lo que en términos relativos representa solo el 0,02 % de la masa total de la Tierra. Entonces, aun cuando de los satélites se ve nuestro planeta de color azul, porque está cubierta de agua, es solamente su superficie, pues la mayor parte de su masa es tierra, como bien lo indica su nombre.

Entonces, de toda el agua en estado líquido, 1337,5 millones de km3 es agua salada y 48,5 millones de km3 es dulce. Esta agua dulce se encuentra en los ríos, lagos y arroyos. En realidad, esta cantidad es muy pequeña para la alimentación y el cuidado de la salud de la población mundial que sigue creciendo. En realidad, el agua dulce que se requiere para el consumo, la agricultura y la industria es limitada. A esto hay que añadir la contaminación de fuentes de agua con residuos mineros o sólidos.

Para enfrentar esta situación de carencia de agua no solo en la comunidad, sino en el mundo, es necesario tomar algunas medidas. ¿Qué medidas debemos asumir para conservar el agua? ¿Qué implica el uso responsable del agua? ¿Cómo podemos optimizar el uso del agua? ¿Existe algún otro elemento que puede reemplazar el agua? ¿Qué propiedades químicas del agua hacen posibles sus diversas aplicaciones? ¿Qué alternativa de solución tecnológica puedes plantear frente a este problema?

Para responder estas preguntas y otras que tú formules, deberás usar conceptos, modelos, teorías y evidencias científicas. Tu reto será construir explicaciones y argumentos con base en conocimientos del agua y sus propiedades, que te permitan persuadir a tu familia y comunidad a fin de que se promueva el consumo responsable de este recurso. Tu reto también será diseñar y construir una solución tecnológica para afrontar el problema de la carencia de agua en el hogar y en la comunidad.

Lee la siguiente situación y responde las preguntas.


EDUCACIÓN SECUNDARIA5.° grado: Ciencia y Tecnología

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1. ¿Qué función cumple el agua en los procesos vitales?

En los procesos corporales vitales, tales como la digestión, absorción de nutrientes y la eliminación de desechos, el agua actúa como solvente. Por ejemplo, en la elaboración de cualquier bebida basada en agua, sea limonada o té, cuando se le agrega azúcar, esta se disuelve; es decir, has tenido la oportunidad de observar una de las propiedades más importantes del agua: actuar como solvente.

Un solvente es una sustancia que puede disolver otras moléculas y compuestos a los que se denominan solutos. Una mezcla homogénea de soluto y solvente se llama solución. En el ejemplo anterior, la limonada es una solución, en la que el soluto es el azúcar, y el limón y el agua son los solventes. Una solución en la que el solvente es el agua se llama solución acuosa.

2. ¿Qué propiedades químicas del agua hacen que sea solvente?

Debido a la polaridad de las moléculas del agua y su capacidad para formar puentes de hidrógeno, el agua es un excelente solvente, lo que significa que puede disolver muchos tipos de moléculas diferentes. La mayoría de las reacciones químicas importantes para la vida se realizan en un medio acuoso dentro de las células, y la capacidad del agua de disolver una amplia variedad de moléculas es fundamental para que dichas reacciones se puedan realizar.

Se dice que el agua es un disolvente “universal”; sin embargo, esto no es totalmente cierto, porque existen sustancias que no se pueden disolver en el agua, por ejemplo, el aceite. En forma general, el agua es buena para disolver moléculas y iones polares, pero mala para disolver moléculas no polares. Una molécula polar es aquella que no tiene una carga neta, es decir, es neutral, pero tiene una distribución interna de cargas que forman una región parcialmente positiva y una región parcialmente negativa.

3. ¿Cómo es la distribución de cargas parciales en la molécula de agua?

El agua interactúa de manera diferente con sustancias polares y no polares debido a la propia estructura polar de sus moléculas. Estas moléculas de agua son polares, con cargas parciales positivas en los átomos de hidrógeno y cargas parciales negativas en los átomos de oxígeno, y dispuestas en una estructura angular (figura 1).

La distribución desigual de cargas en la molécula de agua refleja la mayor electronegatividad o avidez de electrones del oxígeno respecto al hidrógeno: los electrones compartidos en los enlaces O-H pasan más tiempo en el átomo de oxígeno que en el de hidrógeno.1

Sin duda, el agua es tan importante, que sin ella sería inconcebible la vida de las personas, los animales, las plantas y otros seres vivientes. Pero ¿qué propiedades químicas hacen posible tanta utilidad? Del texto anterior sabemos que el agua dulce en la Tierra en realidad no es suficiente. ¿Cómo podemos persuadir a nuestra familia o comunidad a consumir el agua de manera responsable? Para responder estas y otras interrogantes, lee con atención las siguientes preguntas y respuestas, a fin de que construyas tus propias respuestas y puedas proponer una alternativa de solución tecnológica.

H H

Oδ+

δ-

δ+

1 Raven, P.; Johnson, G.; Mason, K.; Losos, J. y Singer, S. (2014). La naturaleza de las moléculas y las propiedades del agua. Biología (10ma. ed.), pp. 17-30. Nueva York: McGraw-Hill.

Figura 1. Distribución de cargas en la

molécula de agua

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4. ¿Cómo es la interacción del agua con sustancias polares y con iones?

Debido a su polaridad, el agua puede formar interacciones electrostáticas, es decir, atracciones basadas en cargas, con otras moléculas polares y con iones. Las moléculas polares y los iones interactúan con los extremos parcialmente positivos o negativos del agua, de manera que las cargas positivas atraen las negativas (como en los extremos + y – de los imanes). Cuando hay muchas más moléculas de agua en relación con las del soluto, como en una solución acuosa, las interacciones forman una capa esférica de moléculas de agua alrededor del soluto, llamada capa de hidratación. Las capas de hidratación permiten la distribución uniforme de las moléculas de agua.

5. ¿Cómo la capa de hidratación hace que se disuelva el soluto?

Consideremos, por ejemplo, lo que sucede con un compuesto iónico, como la sal de mesa (NaCl) cuando es agregada al agua. Si se disuelve la sal de mesa, la red cristalina de NaCl comenzará a disociarse en iones Na+ y Cl–. La disociación es solo un nombre para el proceso en el cual un compuesto o molécula se separa para formar iones. Las moléculas de agua forman capas de hidratación alrededor de los iones: los iones Cl–, cargados negativamente, son rodeados por los extremos del hidrógeno con carga parcial positiva, mientras que los iones Na+, con carga positiva, son rodeados por las cargas parciales negativas del lado del oxígeno de las moléculas de agua, tal como se muestra en la figura 2. Durante este proceso, todos los iones de los cristales de sal de mesa son los rodeados por capas de hidratación y dispersados en la solución.

Las moléculas no polares, como las grasas y los aceites, no interactúan con el agua ni forman capas de hidratación. Estas moléculas no tienen regiones de cargas parciales positivas o negativas, por lo que no son atraídas electrostáticamente por las moléculas de agua. Por eso, en lugar de disolverse, las sustancias no polares como los aceites se mantienen separadas y forman capas o gotas cuando se agregan al agua.2

6. ¿Por qué es importante la eficiencia del consumo de agua?

El agua es importante para la producción de cultivos debido a que de la disponibilidad de este recurso vital depende la formación de una nueva biomasa vegetal. En algunos cultivos como el tomate o la lechuga, el contenido de agua en el interior de la planta supera el 90 %; de ahí su importancia. Es evidente la importancia del agua para los cultivos, pero también está claro que es un recurso cada vez más escaso, por las razones expuestas anteriormente.

Para ejemplificar el consumo del agua en la agricultura, supongamos que la meta de producción de trigo es de 5 toneladas por hectárea de cultivo (ton/ha). Para esta meta se requieren 500 litros de agua para producir 1 kg de trigo. Para 1000 kg se requieren 500 000 litros y, entonces para 5000 kg, que es una tonelada, se requerirán 5 veces el volumen de agua, es decir, 2 500 000 litros. Por ello, para la producción de 5 toneladas de trigo, se requieren 2500 m3 (1 m3 = 1000 l) de agua por hectárea de cultivo. Es una cantidad abundante de agua… ¿Y si hay pérdida de agua por mal uso? Obviamente la cantidad de agua usada es mayor; por ello hay la necesidad de consumir el agua de manera eficiente en la agricultura.


2 Reece, J.; Urry, L.; Cain, M.; Wasserman, S.; Minorsky, P. y Jackson, R. (2011). El agua y la vida. En Biología de Campbell (10ma. ed.), pp. 44-54. San Francisco: Pearson.

H

HO

Cl-Na+

HH

H

H

O

O

δ+

δ+

δ+

δ+

δ+

δ+

δ- H

H

H

H

H H

O O

O

δ+

δ+

δ+

δ+δ+

δ+

δ-

δ-

δ-

δ-

δ-

Figura 2. Moléculas de agua en interacción con iones Cl– y Na+

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Estos cálculos también se pueden realizar para saber cuánta agua usamos en la preparación de alimentos, en el aseo personal, en la limpieza de la casa, en la bomba de baño, etc. La cantidad de agua requerida en el hogar por persona es abundante; por ello la imperiosa necesidad de la eficiencia en el consumo y el uso responsable de este líquido vital.

Afortunadamente, el aumento de producción de alimentos es compatible con el uso eficiente del agua. Para ello se requieren más conocimientos y tecnologías que deben desarrollarse para hacer más sostenible la producción de alimentos, y así mejorar la agricultura y la economía del país, que es esencialmente agrícola.

7. ¿Qué sistemas de riego se usan actualmente en la agricultura?

Entre los sistemas de riego más utilizados en la agricultura podemos mencionar el riego por goteo, por aspersión, automático, hidropónico, por microaspersión, por nebulización y sistemas de recirculados. A continuación proporcionamos una caracterización de estos sistemas de riego.

a) El sistema de riego por goteo o riego gota a gota es un método de irrigación que permite hacer óptimo uso del agua y abonos en los sistemas agrícolas de las zonas áridas. El agua aplicada se infiltra en el suelo, irrigando directamente la zona de influencia radicular a través de un sistema de tuberías y emisiones.

b) El sistema de riego por aspersión hace un reparto de lo más homogéneo posible del agua, teniendo en cuenta los factores climáticos como el viento, tipo y altura del cultivo, necesidades del cultivo y la orografía del terreno.

c) El sistema de riego automático dispone de un sistema automático de control de riego que tiene un sistema de comunicación mediante PC, que dispone de un acceso remoto a través de internet, telefonía móvil o SMS.

d) El sistema de riego hidropónico es el sistema de regadío por el cual las raíces de los cultivos reciben una solución nutritiva equilibrada disuelta en agua con los elementos químicos necesarios para el desarrollo de las plantas, las cuales pueden crecer directamente sobre la solución mineral, o bien en un sustrato o medio inerte.

e) El sistema de riego por microaspersión está destinado a suministrar riego mediante gotas muy finas. Posee un deflactor giratorio denominado rotor o bailarina que ayuda a alcanzar un mayor diámetro de cobertura, un mayor tamaño de gota y una mejor distribución del agua. Por cada tipo de microaspersor existen varios tipos de bailarinas.

f) El sistema de riego por nebulización produce niebla fina. El agua sale a presión por un pequeño orificio, de forma que el chorro producido colisiona contra la pared cóncava que lo despide y distribuye en forma nebulizada. Estos sistemas suelen trabajar con presiones relativamente elevadas, alrededor de 1,97 a 3,95 atmósferas.


Fuente: Shutterstock






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8. ¿En qué consiste el sistema de riego por goteo?

El sistema de riego por goteo es uno de los más eficientes en la actualidad, porque el suministro de agua es gota a gota, constante y uniforme, que permite mantener el agua en la zona radicular en condiciones de baja tensión. El agua aplicada por los goteros humedece el interior del suelo alrededor de la planta en forma de cebolla. Esta parte del suelo se llama bulbo húmedo y alcanza su máximo diámetro en una profundidad de 30 cm aproximadamente. Su forma está condicionada por las características del suelo, especialmente por su textura.

El sistema de riego por goteo alcanza una eficiencia de 90 a 95 % en el uso del agua, mientras que un riego por gravedad, que usamos habitualmente en el riego de las plantaciones, alcanza solamente entre 55 y 60 %. El riego por goteo difiere de otros sistemas de riego, por lo que permite aprovechar al máximo sus beneficios y evitar problemas.

9. ¿Cuáles son las ventajas del sistema de riego por goteo?

Las ventajas del sistema de riego por goteo se mencionan a continuación:

a) Adaptabilidad. Puede instalarse en diversas condiciones topográficas y es muy versátil al uso de diferentes calidades de agua y las limitaciones de la salinidad del suelo (figura 3). También permite irrigar y al mismo tiempo emplear maquinaria agrícola para cosechar, asperjar, etc.

b) Alta eficiencia. El uso solo del agua necesaria para el cultivo y el suministro de agua gota a gota permiten la uniformidad en el riego. Asimismo, la alta frecuencia del riesgo, pero de bajo caudal, permite mantener un nivel óptimo de humedad en la zona radicular de los cultivos, logrando así un desarrollo uniforme de las raíces. A ello hay que añadir que este tipo de riego permite la fertiirrigación o la nutrición detallada de las plantas.

El contenido del presente documento tiene finalidad educativa y pedagógica, formando parte de la estrategia de educación a distancia y gratuita que imparte el Ministerio de Educación.


Distribución de sales Distribución del agua

Figura 3. Adaptibilidad a la salinidad del suelo

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