Los recursos más adecuados para trabajar las propiedades del agua en 1.º de ESO combinan explicaciones sobre la hidrosfera, la molécula de agua y sus propiedades básicas con experimentos sencillos, observaciones, vídeos educativos, actividades de investigación y propuestas relacionadas con el ciclo del agua, sus usos, su contaminación y su gestión sostenible.
El agua es un compuesto químico formado por moléculas de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, cuya fórmula química es H2O. Es un líquido incoloro, inodoro e insípido, aunque el agua embotellada y el agua del grifo pueden contener sales disueltas que modifican su sabor.
Qué se puede aprender en este tema
- Concepto de hidrosfera y distribución del agua en la Tierra.
- Propiedades básicas del agua.
- El ciclo del agua.
- Usos y contaminación del agua.
- Gestión sostenible del agua.
1. La hidrosfera y la distribución del agua
Se llama hidrosfera a la masa discontinua de agua que envuelve la mayor parte de la superficie terrestre. Es una característica que diferencia a la Tierra del resto de los planetas del sistema solar, en los planetas más cercanos al Sol el agua, si existe, se encuentra en forma de vapor, y en los que están más alejados, si hay, estará congelada.
Los astronautas debieron quedar fascinados al verla, dominada por el color azul de los océanos. Esa capa de agua es la HIDROSFERA. Pero, además de residir el agua en los océanos, también lo hace en mares, ríos, lagos, glaciares, aguas subterráneas y seres vivos.
La cantidad de agua del planeta es inmensa. Los científicos han calculado una cantidad de 1.400.000.000.000.000 de litros de agua. No obstante, esta cantidad no está bien repartida.
Como hemos podido ver, la Tierra tiene mucha agua en su superficie. Pero tenemos un problema: los seres vivos que vivimos en tierra no disponemos de mucha agua dulce, porque el agua salada no podemos utilizarla para beber.
El agua es la mejor sustancia capaz de disolver. La primera está “salada” porque tiene muchas sales, como la sal de mesa. La segunda tiene una menor cantidad, denominándose “agua dulce”.
Tipos de agua y reservas continentales
Solo un 0,036% del agua del planeta es agua dulce continental y la mayoría se encuentra en forma de hielo y nieve. El resto circula en los ríos y torrentes o se acumula en marismas, lagos y acuíferos subterráneos.
El agua de los continentes contiene una cierta cantidad de sales, aunque en menor concentración que el agua del mar por lo que se la considera agua dulce.
Las aguas superficiales son las que circulan por los ríos y torrentes o se acumulan en lagos y glaciares. Su movimiento está influenciado por la fuerza de la gravedad.
Parte del agua que cae sobre los continentes se infiltra y pasa por gravedad a través de los poros del suelo y los huecos de las rocas hasta que se almacena formando un acuífero. El acuífero se recarga gracias al aporte de la lluvia y el de las aguas superficiales.
Un río es una corriente de agua continua, más o menos caudalosa, que va a desembocar en otro río, en un lago o en el mar. Un lago es una gran masa permanente de agua depositada en depresiones del terreno, procedente de los ríos o del afloramiento de aguas freáticas.
Un torrente es una corriente de agua en una zona montañosa, con fuertes pendientes y caudal irregular. Solo llevan agua cuando llueve o en época de deshielo.
Un glaciar es una masa de hielo que se forma por compactación de la nieve en las zonas de las cordilleras situadas por encima del límite de las nieves perpetuas. Su extremo o lengua se desliza muy lentamente, como si fuese un río de hielo.
2. La molécula y las propiedades básicas del agua
El agua es un compuesto químico, es decir, una sustancia formada por moléculas. Nuestra molécula estrella está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Su fórmula química, sí deberías aprenderla ¡ya! H2O.
El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido. Es decir, no tiene color, no tiene olor ni sabor.
Se puede observar una etiqueta de agua embotellada. La respuesta es sencilla: NO ES AGUA PURA. Si te fijas en la composición química, el agua lleva sales disueltas.
| Propiedad | Qué permite observar |
|---|---|
| Capacidad disolvente | El agua puede disolver sustancias como la sal. |
| Elevada capacidad calorífica | El agua necesita mucha energía para aumentar o disminuir su temperatura. |
| Dilatación anómala | El hielo se comporta de forma diferente a muchos sólidos al introducirlo en agua. |
| Tensión superficial | Las moléculas de agua se mantienen unidas en la superficie. |
| Densidad | La densidad del agua cambia en sus diferentes estados. |
| Capilaridad | El agua puede desplazarse por espacios estrechos. |
El agua como disolvente universal
El agua tiene un poder inmenso de disolución de sustancias.
Para comprobarlo, toma un vaso de vidrio o plástico, llénalo con agua hasta la mitad de su capacidad, añade dos cucharaditas de sal de mesa y agita la disolución. Anota, a continuación, lo que observas en el vaso antes y después de agitar.
La actividad permite observar que la sal deja de distinguirse progresivamente al mezclarse con el agua, aunque sus partículas continúan presentes en la disolución.
La experiencia también puede ampliarse con aceite, colorantes y sal para comparar qué sustancias se mezclan con el agua y cuáles permanecen separadas.
Elevada capacidad calorífica
El agua necesita mucha energía para aumentar su temperatura. Y, lo mismo ocurre para enfriarla: necesitamos mucho gasto de energía en un congelador para que la temperatura del agua descienda.
Para comprobarlo, necesitaremos a un adulto y trabajar en la cocina o en el laboratorio. En la cocina de casa va a ser muy rápido: tomamos un cazo metálico y lo llenamos hasta la mitad de su capacidad con agua del grifo.
Lo disponemos encima de la hornilla de la cocina y encendemos el fuego. Finalmente, contamos hasta 20 segundos y, con precaución, introducimos el dedo dentro del agua y, de seguido, tocamos el cazo.
Anota, a continuación, cómo sientes de calentito el agua y el cazo.
Si se utilizan fuentes de calor o líquidos irritantes o tóxicos, se realizará una advertencia en cada ficha, siendo recomendable en estos casos la supervisión de un adulto.
Dilatación anómala y densidad
El agua es una de las sustancias más raras del mundo cuando citamos esta propiedad. Por norma general, cuando introducimos un pequeño sólido dentro de un vaso con agua, por ejemplo, un tornillo, el mismo se irá al fondo del vaso.
Pero, si se introduce un cubito de hielo, ¿dónde se queda? Compruébalo y anota las conclusiones.
La observación de cubitos de hielo, agua líquida y vapor permite comparar la apariencia y las características del agua en sus diferentes estados.
Tensión superficial y presión atmosférica
Para el experimento, se llena de agua un vaso con una rejilla y se coloca una lámina. Se le da la vuelta al vaso y la lámina se queda pegada.
A continuación, se quita la lámina de plástico y el agua queda igualmente retenida. Tras ver el experimento se explica el fenómeno.
Esto se debe a la presión atmosférica. Sobre el papel actúan dos fuerzas: por un lado, el peso del agua y, por otro lado, la presión atmosférica del aire.
Aunque no la veamos, si el agua no se cae es porque la presión atmosférica ejerce tanta fuerza sobre el papel que es capaz de sujetar todo el peso del agua.
Aquí también interviene la tensión superficial del agua, es una fuerza que ocurre entre las moléculas del agua al entrar en contacto con el aire, las moléculas se agarran fuertemente como si existiese una especie de membrana en tensión, la rejilla ayuda a aumentar la fuerza de esta membrana permitiendo que el agua se quede retenida.
Materiales y recursos: vaso grande de plástico, vaso grande de plástico con rejilla, lámina de plástico y agua.
Capilaridad, cohesión y adhesión
La práctica experimental destinada a estudiantes de 1º de ESO puede demostrar de forma práctica las propiedades del agua, como capilaridad, densidad, disolvente, tensión superficial y regulación térmica, y su importancia en los ecosistemas.
También se pueden explorar las propiedades de cohesión y adhesión a través de experimentos.
3. El ciclo del agua y sus estados
El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida.
Este proceso describe la circulación del agua a lo largo de la superficie terrestre y atmósfera, en sus diferentes estados: líquido, sólido y gaseoso.
El agua del mar, de los ríos y de los lagos, en estado líquido, es calentada por la radiación del sol y se evapora. Esta agua pasa a estado gaseoso.
El vapor de agua asciende a capas elevadas de la atmósfera donde se condensa y forma las nubes.
Los vientos desplazan las nubes hasta el interior de la tierra, provocando las precipitaciones, en forma de lluvia, nieve o granizo, dependiendo de la temperatura.
El agua de lluvia formará parte de los ríos, se introducirá en la tierra formando acuíferos, que la retornarán de nuevo al mar.
El proceso es cíclico, porque se repite.
Una actividad adecuada consiste en observar el agua en sus diferentes estados. Un grupo observará los cubos de hielo, otro analizará agua líquida y el tercero, vapor, si es posible hacer un experimento de ebullición.
Deberán llenar una hoja de trabajo donde registrarán la apariencia y características de cada estado del agua.
También se pueden plantear preguntas como: ¿qué pasa con el agua cuando se calienta o se congela? Reflexionarán sobre las distintas propiedades físicas en cada estado.
4. Recursos didácticos para investigar las propiedades del agua
El Consejo Superior de Investigaciones Científicas y Aqualogy presentan una colección de fichas didácticas que plantean sencillos experimentos con el agua dirigidos sobre todo a estudiantes de Primaria y Secundaria.
Estas fichas permitirán comprobar mediante prácticas sencillas las características peculiares del agua y sus propiedades: la solubilidad, la tensión superficial, el calor específico, la densidad en los diferentes estados, etc.
Las actividades que se proponen están pensadas para que puedan realizarse dentro o fuera de las aulas.
Introducir al alumnado en el método científico a través de la experimentación, despertar la emoción y la empatía hacia el trabajo investigador y fomentar así las vocaciones científicas, profundizar en los conocimientos teóricos por medio de experiencias totalmente prácticas y el uso de instrumentos cotidianos o desarrollar la creatividad y el sentido crítico son algunos de los objetivos que se persiguen con la edición de estas fichas.
El alumno puede realizar las actividades sugeridas tanto fuera como dentro del aula con materiales sencillos y económicos.
Estructura de las fichas experimentales
- Título: título del experimento, que incluye una breve reseña sobre la propiedad del agua en la que se basa el mismo.
- Objetivo: propiedad del agua que se pretende mostrar mediante la realización de la práctica.
- Materiales: elementos de uso cotidiano necesarios para la realización de la práctica.
- Procedimiento: explicación del proceso mediante una serie de pasos claros y concisos a seguir.
- Explicación nivel básico: explicación sencilla orientada a alumnos de Educación Primaria y que puede ser también útil para que los alumnos de Educación Infantil despierten su interés sobre la experimentación.
- Explicación nivel avanzado-medio: explicación del experimento orientada a alumnos a partir de 12 años de edad y a público adulto y que puede servir de apoyo para edades menores.
- ¿Sabías que?: en este apartado se pretende relacionar el experimento con alguna aplicación en la naturaleza, en el entorno urbano o en la ciencia.
Se mostrará alguna línea de investigación del CSIC relacionada con el experimento, así como alguna noción relacionada con el ciclo urbano del agua.
Vídeos y trabajo cooperativo
En la primera sesión, introduciremos el tema con un vídeo educativo que muestre las propiedades físicas y químicas del agua.
A medida que los estudiantes vean el vídeo, se les pedirá que hagan anotaciones sobre lo que consideran los puntos más interesantes y relevantes.
Después del vídeo, se abrirá un foro de discusión donde cada estudiante podrá compartir su reflexión y destacar los aspectos más destacados sobre el agua.
Luego, realizaremos una actividad interactiva en pequeños grupos. Cada grupo recibirá suficiente agua y diferentes materiales, como aceite, colorantes y sal, para experimentar.
Se les pedirá que observen lo que ocurre cuando añaden estos materiales al agua y reflexionen sobre por qué suceden esos fenómenos.
Por ejemplo, ¿por qué el aceite no se mezcla con el agua? Cada grupo tendrá 15 minutos para llevar a cabo sus experimentos y tomar notas sobre lo que encuentran.
Al final, volveremos al grupo grande para que cada grupo comparta sus hallazgos y se discuta sobre qué propiedades del agua se ejemplificaron en cada experimento.
Esto fomentará la capacidad crítica y el respeto por el aprendizaje de los demás.
El ciclo del agua para niños - ¿Qué es el ciclo del agua? - ¿Por qué llueve? - Ciencias para niños
5. Usos del agua
El agua es vida y sustento de vida. Y, en el caso de la superpoblación humana, es indispensable para su sustento.
Los usos consuntivos son aquellos en los que se extrae el agua de su lugar de origen para su consumo y por lo tanto reducen la cantidad o la calidad del agua, por ejemplo, los abastecimientos a las ciudades o los usos agrícolas.
Los usos no consuntivos no reducen la cantidad o calidad del agua puesto que no se extrae ni consume, por ejemplo, la producción de electricidad o la navegación.
| Uso | Ejemplos |
|---|---|
| Uso doméstico | Alimentarnos, ducharnos, lavarnos, limpiar y eliminar residuos. |
| Uso recreativo | Mantenimiento de piscinas, campos de fútbol, instalaciones de turismo y deportes acuáticos. |
| Uso energético | Producir energía eléctrica en centrales especiales. |
| Uso agrícola y ganadero | Dar de beber a las plantas y animales en los campos. |
| Uso industrial | Producción masiva de determinados productos, refrigeración y limpieza de maquinaria. |
La energía hidráulica o hídrica es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos y del movimiento de las olas y las mareas.
Las centrales hidroeléctricas transforman la energía potencial del agua embalsada en energía cinética para que mueva una turbina y genere energía eléctrica.
Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas y se instalan en zonas donde existe mucha diferencia entre el nivel del agua durante la pleamar y la bajamar.
Las centrales undimotrices aprovechan la energía de la oscilación vertical de las olas. Este tipo de centrales está en fase de experimentación.
6. Contaminación del agua y tratamiento
Con tanto gasto de agua, tendremos un problema: la CONTAMINACIÓN.
El agua se contamina cuando se modifican sus propiedades físicas, químicas y biológicas de manera que pierde su potabilidad o no puede utilizarse para las actividades domésticas, industriales o para la conservación de espacios naturales.
La contaminación del agua puede deberse a causas naturales o a la intervención humana, denominada contaminación antropogénica.
El agua usada hay que reciclarla, en la medida de nuestras posibilidades, eliminando todos los compuestos tóxicos.
Esta separación de sustancias malignas se lleva a cabo en las depuradoras de agua residual.
Hay que estar precavido y tener mucho cuidado con el agua que vierten estas depuradoras, ya que esta agua NO vale para el consumo humano.
Las aguas que utilizamos para beber nos la suministran los profesionales a partir del tratamiento de las que emanan de manantiales, pozos o las embalsadas en ríos.
Estos tratamientos se llevan a cabo en las estaciones depuradoras de agua potable.
Ejemplos de contaminación hídrica
La eutrofización se origina cuando el agua se enriquece de modo artificial con nutrientes, como desechos agrícolas o forestales, que aportan fósforo y nitrógeno.
Estas sustancias, sobre todo el fósforo, favorecen un crecimiento anormal del fitoplancton, que enturbia el agua e impide el paso de luz solar a las capas inferiores.
La falta de luz provoca la muerte de los vegetales fotosintéticos y se reduce la cantidad de oxígeno disuelto en el agua.
Una marea negra es el vertido de petróleo al mar. El efecto de una marea negra depende del tipo de vertido, su cantidad y su cercanía a la costa.
El petróleo derramado en una marea negra flota sobre la superficie del mar y obstaculiza el paso de la luz solar que necesita el fitoplancton para realizar el proceso de la fotosíntesis, entre otros problemas.
Parámetros para estudiar la calidad del agua
Los parámetros físicos más importantes para determinar la calidad del agua son: la temperatura, la conductividad eléctrica, la transparencia, la densidad, el color y los sólidos que tiene.
Los parámetros químicos más importantes para determinar la calidad del agua son: el pH, la salinidad, la dureza, la alcalinidad, la concentración de compuestos de nitrógeno, los parámetros biológicos, como la cantidad de microorganismos, y los gases disueltos, como O2, CO2, H2S y metano.
Se llama potabilización al conjunto de procesos que transforman las aguas naturales en potables, es decir, aptas para el consumo.
En el tratamiento se eliminan microorganismos patógenos, sustancias tóxicas y se evita que el agua tenga un aspecto, olor o sabor desagradables.
7. Gestión sostenible del agua
El agua es un recurso natural renovable, pero con frecuencia las actividades humanas provocan un consumo superior a su capacidad de regeneración. Por eso suele decirse que el agua es un recurso potencialmente renovable.
De toda el agua dulce que hay en la Tierra, solamente una minúscula parte es la reservada para el consumo humano y del resto de seres vivos: 1%.
La restante agua dulce está congelada en los polos, y bajo tierra.
Por lo tanto, no nos queda otra que gestionar muy bien las reservas de agua de un modo sostenible, intentando dejar este recurso a las nuevas generaciones de seres vivos que vengan a vivir a nuestro planeta.
Una medida fundamental es el ahorro de agua, reducir su consumo.
Una actividad puede consistir en proponer ideas útiles para indicar a los responsables de la gestión del agua dónde tienen que actuar.
También se pueden analizar algunas ideas de cómo ahorrar agua en casa y cómo afrontar este reto.
Sobreexplotación de los acuíferos
La sobreexplotación se origina cuando se extrae de un acuífero una cantidad de agua que supera a su capacidad de recarga.
Cuando se extrae agua de un acuífero, se produce en el lugar de la extracción una depresión del nivel hidrostático de forma cónica.
Si es sobreexplotado estas depresiones se unen y provocan el descenso del nivel freático.
8. Propuesta de secuencia didáctica
Sesión 1: introducción a las propiedades del agua
En la primera sesión, introduciremos el tema con un vídeo educativo que muestre las propiedades físicas y químicas del agua.
Después del vídeo, se abrirá un foro de discusión donde cada estudiante podrá compartir su reflexión y destacar los aspectos más destacados sobre el agua.
Luego, realizaremos una actividad interactiva en pequeños grupos. Cada grupo recibirá suficiente agua y diferentes materiales, como aceite, colorantes y sal, para experimentar.
Se les pedirá que observen lo que ocurre cuando añaden estos materiales al agua y reflexionen sobre por qué suceden esos fenómenos.
Sesión 2: estados del agua y molécula de agua
En la segunda sesión, nos enfocaremos en los diferentes estados del agua: sólido, líquido y gas.
Para empezar, iniciaremos con un breve vídeo que ilustre el ciclo del agua, que incluye la evaporación, condensación y precipitación.
Posteriormente, realizaremos una actividad que implica observar el agua en sus diferentes estados.
Después de las observaciones, fomentaremos un debate sobre la estructura de la molécula de agua y herencia de sus propiedades.
A través de dibujos y diagramas, los estudiantes aprenderán a identificar las partes que componen la molécula de agua, hidrógenos y oxígeno, y cómo esta estructura influye en sus propiedades.
Sesión 3: ciclo, usos y contaminación
El alumnado puede representar mediante un esquema la evaporación, la condensación, la precipitación, la escorrentía y la infiltración.
También puede clasificar distintos ejemplos según correspondan a usos domésticos, recreativos, energéticos, agrícolas, ganaderos o industriales.
Una investigación sobre la contaminación hídrica puede incluir la eutrofización, las mareas negras, la potabilización y el tratamiento de aguas residuales.
Sesión 4: gestión sostenible y comunicación
Al finalizar, los estudiantes crearán una presentación grupal que resuma lo aprendido, fomentando el trabajo en equipo y la comunicación.
Se espera que los estudiantes se lleven un entendimiento profundo de las propiedades físico-químicas del agua, lo que les permitirá apreciar su importancia en la vida diaria y en la naturaleza.
9. Evaluación del aprendizaje
| Criterio | Excelente (4) | Sobresaliente (3) | Aceptable (2) | Bajo (1) |
|---|---|---|---|---|
| Participación en discusiones | Participa activamente, aporta ideas y escucha a otros. | Participa, pero sus aportes son limitados. | Participación escasa y poco involucramiento. | No participa en las discusiones. |
| Realización de experimentos | Realiza todos los experimentos con entusiasmo y precisión. | Realiza los experimentos, aunque presenta algunas dificultades. | Participa poco y los experimentos son inadecuados. | No realiza los experimentos. |
| Trabajo en grupo | Colabora y contribuye al trabajo grupal de forma significativa. | Colabora, pero su contribución es limitada. | Colabora de manera escasa o desinteresada. | No colabora con el grupo. |
| Presentación final | Presenta de forma clara, organizada y creativa. | Presenta de forma clara pero faltan elementos creativos. | Presenta de manera desorganizada y poco clara. | No presenta o no se entiende. |
10. Vocabulario científico esencial
- Aguas profundas: parte del agua que cae sobre los continentes se infiltra y pasa por gravedad a través de los poros del suelo y los huecos de las rocas hasta que se almacena formando un acuífero.
- Aguas superficiales: aguas que circulan por los ríos y torrentes o se acumulan en lagos y glaciares.
- Corrientes: las corrientes marinas superficiales están causadas por los vientos dominantes y trasladan grandes masas de agua.
- Dinámica oceánica: las aguas superficiales de los océanos se encuentran siempre en movimiento.
- Mareas: ascenso y descenso periódicos del nivel del mar debido a la atracción gravitatoria que ejercen la Luna y el Sol sobre él.
- Olas: ondas producidas por los vientos que barren la superficie del agua.
- Termoclina: zona de la capa superficial del mar en la cual la temperatura del agua tiene una rápida disminución en sentido vertical.
- Recursos hídricos: el agua es un recurso natural renovable, pero con frecuencia las actividades humanas provocan un consumo superior a su capacidad de regeneración.
- Potabilización: conjunto de procesos que transforman las aguas naturales en potables, es decir, aptas para el consumo.
- Contaminación hídrica: modificación de las propiedades físicas, químicas y biológicas del agua de manera que pierde su potabilidad o no puede utilizarse para determinadas actividades.
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