El color del agua varía según las condiciones ambientales en las que está presente. Mientras que cantidades relativamente pequeñas de agua parecen ser incoloras , el agua pura tiene un ligero color azul que se vuelve más profundo a medida que aumenta el espesor de la muestra observada. El tono del agua es una propiedad intrínseca y es causada por la absorción selectiva y la dispersión de la luz azul. Los elementos disueltos o las impurezas en suspensión pueden dar al agua un color diferente.
El color intrínseco del agua líquida se puede demostrar mirando una fuente de luz blanca a través de un tubo largo lleno de agua purificada y cerrado en ambos extremos con una ventana transparente. El color cian claro es causado por una débil absorción en la parte roja del espectro visible . [2]
Las absorciones en el espectro visible generalmente se atribuyen a excitaciones de estados de energía electrónica en la materia. El agua es una molécula simple de tres átomos , H 2 O, y todas sus absorciones electrónicas ocurren en la región ultravioleta del espectro electromagnético y, por lo tanto, no son responsables del color del agua en la región visible del espectro. La molécula de agua tiene tres modos fundamentales de vibración . Se producen dos vibraciones de estiramiento de los enlaces O-H en el estado gaseoso del agua en v 1 = 3650 cm −1 y v 3 = 3755 cm −1 . La absorción debida a estas vibraciones se produce en la región infrarroja del espectro. La absorción en el espectro visible se debe principalmente al armónico v 1 + 3 v 3 = 14,318 cm −1 , que equivale a una longitud de onda de 698 nm. En estado líquido a 20°C, estas vibraciones se desplazan al rojo mediante enlaces de hidrógeno, lo que da como resultado una absorción de rojo a 740 nm; otros armónicos como v 1 + v 2 + 3 v 3 dan una absorción de rojo a 660 nm. [3] La curva de absorción del agua pesada (D 2 O) tiene una forma similar, pero está desplazada aún más hacia el extremo infrarrojo del espectro, porque las transiciones vibratorias tienen una energía más baja. Por esta razón, el agua pesada no absorbe la luz roja y, por lo tanto, las masas grandes de D 2 O carecerían del color cian característico del agua ligera más común ( 1 H 2 O). [4]
La intensidad de la absorción disminuye notablemente con cada armónico sucesivo, lo que resulta en una absorción muy débil para el tercer armónico. Por este motivo, la tubería debe tener una longitud de un metro o más y el agua debe ser depurada mediante microfiltración para eliminar posibles partículas que puedan producir dispersión de Mie .
Los lagos y océanos aparecen de color cian por varias razones. Una es que la superficie del agua refleja el color del cielo , que va del cian al azul claro . Es un error común pensar que este reflejo es la única razón por la que los cuerpos de agua aparecen cian, aunque puede contribuir. Esta contribución generalmente hace que la masa de agua parezca más de un tono azul celeste que cian, dependiendo de qué tan brillante sea el cielo. [5] [6] El agua de las piscinas con paredes y fondo pintados de blanco aparecerá cian, incluso en piscinas cubiertas donde no hay cielo que se refleje. Cuanto más profunda es la piscina, más intenso se vuelve el color cian. [7]
Parte de la luz que llega a la superficie del océano se refleja, pero la mayor parte penetra en la superficie del agua, interactuando con las moléculas de agua y otras sustancias en el agua. Las moléculas de agua pueden vibrar en tres modos diferentes cuando interactúan con la luz. Las longitudes de onda de luz roja, naranja y amarilla se absorben , por lo que la luz restante que se ve se compone de longitudes de onda verde, cian y azul. Ésta es la razón principal por la que el color del océano es cian. La contribución relativa de la claraboya reflejada y la luz dispersada desde las profundidades depende en gran medida del ángulo de observación. [8]
La dispersión de partículas en suspensión también juega un papel importante en el color de lagos y océanos, haciendo que el agua parezca más verde o más azul en diferentes áreas. Unas pocas decenas de metros de agua absorberán toda la luz, por lo que, sin dispersarse, todas las masas de agua parecerían negras. Debido a que la mayoría de los lagos y océanos contienen materia viva suspendida y partículas minerales, la luz que viene desde arriba se dispersa y parte de ella se refleja hacia arriba. La dispersión de partículas suspendidas normalmente daría un color blanco, como ocurre con la nieve, pero debido a que la luz pasa primero a través de muchos metros de líquido de color cian, la luz dispersada parece cian. En agua extremadamente pura, como la que se encuentra en los lagos de montaña, donde la dispersión de las partículas es muy baja, la dispersión de las moléculas de agua también contribuye al color cian. [9] [10]
La radiación difusa del cielo debida a la dispersión de Rayleigh en la atmósfera a lo largo de la línea de visión da a los objetos distantes un tinte cian o azul claro . Esto se nota más comúnmente en las montañas distantes, pero también contribuye al color cian del océano en la distancia. [ cita necesaria ]
Los glaciares son grandes masas de hielo y nieve que se forman en climas fríos mediante procesos que implican la compactación de la nieve caída. Mientras que los glaciares nevados parecen blancos desde la distancia, los largos recorridos de la luz interna reflejada hacen que los glaciares parezcan de un azul profundo cuando se ven de cerca y cuando se protegen de la luz ambiental directa. [ cita necesaria ]
Cantidades relativamente pequeñas de hielo normal parecen blancas porque hay muchas burbujas de aire presentes y también porque pequeñas cantidades de agua parecen incoloras. En los glaciares, por el contrario, la presión hace que las burbujas de aire atrapadas en la nieve acumulada sean expulsadas aumentando la densidad del hielo creado. Grandes cantidades de agua aparecen cian, por lo que un gran trozo de hielo comprimido o un glaciar también aparecerán cian.
El material disuelto y en partículas en el agua puede hacer que parezca más verde, tostado, marrón o rojo. Por ejemplo, los compuestos orgánicos disueltos llamados taninos pueden dar lugar a colores marrón oscuro, o las algas que flotan en el agua (partículas) pueden impartir un color verde. [11] Las variaciones de color se pueden medir con referencia a una escala de color estándar. Dos ejemplos de escalas de colores estándar para cuerpos de agua naturales son la escala Forel-Ule y la escala Platino-Cobalto . Por ejemplo, una ligera decoloración se mide en la escala Platino-Cobalto en unidades Hazen (HU). [12]
El color de una muestra de agua se puede informar como:
La prueba de color puede ser una prueba rápida y sencilla que a menudo refleja la cantidad de material orgánico en el agua, aunque ciertos componentes inorgánicos como el hierro o el manganeso también pueden impartir color.
El color del agua puede revelar condiciones físicas, químicas y bacteriológicas. En el agua potable, el color verde puede indicar lixiviación de cobre de las tuberías de cobre y también puede representar el crecimiento de algas. El azul también puede indicar cobre, o podría ser causado por el sifón de limpiadores industriales en el tanque de los inodoros, comúnmente conocido como reflujo. Los rojos pueden ser signos de óxido de tuberías de hierro o bacterias transmitidas por el aire de lagos, etc. El agua negra puede indicar el crecimiento de bacterias reductoras de azufre dentro de un tanque de agua caliente a una temperatura demasiado baja. Esto generalmente tiene un fuerte olor a azufre o a huevo podrido (H 2 S) y se corrige fácilmente drenando el calentador de agua y aumentando la temperatura a 49 °C (120 °F) o más. El olor siempre estará en las tuberías de agua caliente si la causa son las bacterias reductoras de sulfato y nunca en las tuberías de agua fría. [ cita necesaria ] Aprender el espectro de colores de indicación de impureza del agua puede facilitar la identificación y resolución de problemas cosméticos, bacteriológicos y químicos.
La presencia de color en el agua no indica necesariamente que el agua no sea potable . El agua con alta claridad generalmente tiene un color más cian debido a las bajas concentraciones de partículas y/o sustancias disueltas . Las sustancias particuladas que causan color se pueden eliminar fácilmente mediante filtración. Las sustancias disueltas que causan color, como los taninos, sólo son tóxicas para los animales en grandes concentraciones. [14]
Los filtros de agua típicos no eliminan el color de las sustancias disueltas ; sin embargo, el uso de coagulantes puede lograr atrapar los compuestos que causan el color dentro del precipitado resultante . [ cita necesaria ] Otros factores pueden afectar el color visto:
Varias culturas dividen el campo semántico de los colores de manera diferente al uso del idioma inglés y algunas no distinguen entre azul y verde de la misma manera. Un ejemplo es el galés , donde glas puede significar azul o verde, o el vietnamita, donde xanh también puede significar cualquiera de los dos. Por el contrario, en ruso y en algunos otros idiomas, no existe una sola palabra para azul, sino palabras diferentes para azul claro ( голубой , goluboy ) y azul oscuro ( синий , siniy ).
Otros nombres de colores asignados a cuerpos de agua son verde mar y azul ultramar . Las coloraciones oceánicas inusuales han dado origen a los términos marea roja y marea negra .
El antiguo poeta griego Homero utiliza el epíteto " mar oscuro como el vino "; además, también describe el mar como "gris". William Ewart Gladstone ha sugerido que esto se debe a que los antiguos griegos clasificaban los colores principalmente por su luminosidad en lugar de por su tono, mientras que otros creen que Homero era daltónico . [ cita necesaria ]
La antigua sabiduría india de los Veda considera que las contribuciones de agua que dan vida son parte de lo divino y reconocen el agua como un Dios primitivo Varuna ; y el color de Varuna se describe como azul. En el Gayatri asociado con Varuna, la palabra "neela purusha" viene en segunda línea y llama a la deidad del agua, la azul.
El agua pesada es incolora porque todas sus transiciones vibratorias correspondientes se desplazan a energías más bajas (longitudes de onda más altas) debido al aumento de la masa del isótopo.