Introducción. La Química, como ciencia experimental nos otorga los fundamentos necesarios... resultados a partir de actividades que se sustentan en la...

Introducción.
La Química, como ciencia experimental nos otorga los fundamentos necesarios para la obtención de
resultados a partir de actividades que se sustentan en la experiencia empírica.
En esta ocasión, una experiencia en el laboratorio nos llevara a trabajar con sales cuando estas están unidas
con moles de agua a partir de una sal hidratada.
Cabe destacar, que muchos compuestos iónicos se preparan por cristalización de una solución acuosa, en la
cual el agua se ha incorporado al cristal y el compuesto en el cual hay una proporción específica de agua y del
compuesto iónico se llama hidrato. A partir de esta definición, y en el transcurso del experimento
conoceremos los distintos pasos a seguir para poder deshidratar la sal, sulfato de cobre pentahidratado, con lo
que daremos lugar tras algunos procesos, al sulfato de cobre.
En esta experiencia química, están vinculados muchos postulados frecuentemente utilizados en la actualidad,
como es el caso de los principios termodinámicos en los cuales se abarca la mayor parte de otros conceptos
utilizados en el experimento, como el calor, el trabajo, la energía interna, entre otros; esto nos llevara a decir
que la termodinámica es fundamental conocerla para el desarrollo de nuestra sociedad actual lo que hace muy
necesaria dominarla y, para luego aplicarla.
En las posteriores hojas abarcaremos todo lo mencionado con el fin de recalcar la importancia que alcanzan
estos conceptos y la labor experimental de ellos.
RESUMEN
El estudio contempla el aprovechamiento del potencial probado de los minerales oxidados de cobre que
existen en el país, así como de los desperdicios industriales o chatarra y del cemento de cobre subproducto de
la refinería de zinc de Cajamarquilla; materiales primas para la obtención de cobre pentahidratado, CuSO4
5H2O.
El trabajo ha sido orientado a la investigación del comportamiento de las materias primas frente a: 1) los
ensayos metalúrgicos a nivel de laboratorio, y 2) al estudio termodinámico en cada una de las etapas del
proceso donde tiene lugar una reacción química de éstas con el CuSO4.
La finalidad de tal investigación ha sido la de conseguir y decidir el tratamiento más óptimo para la obtención
industrial de cristales de sulfato de cobre a una mejor y significativa inversión.
ABSTRACT
The study contemplates the profit of proved potential of copper oxidized ores that exist in the country, as well
as of copper industrial wastes (scraps) and a copper cement as subproduct of Zinc refinery in Cajamarquilla.
Also, the raw materials to obtaining the pentahydrated copper sulphate, CuSO45H2O.
Work was oriented to research of behaviour of raw materials face to: 1) metallurgical tests at laboratory level,
and 2) a thermodynamic study in each of stages of process where a chemical reaction between these and
CuSO4 takes place.
The aim of such research has been to get and decide about the best treatment for the industrial obtaining of
crystals of copper sulphate, with a better and significant investment.
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Marco Conceptual
HIDRATOS
Los hidratos son compuestos que tienen un número específico de moléculas de agua unidas a ellos. Por
ejemplo, en su estado normal, cada unidad de sulfato de cobre(II) tiene cinco moléculas de agua asociadas con
él. El nombre sistemático para este compuesto es sulfato
de cobre(II) pentahidratado, y su fórmula se escribe como CuSO4 5H20. Las moléculas de agua se pueden
eliminar por calentamiento. Cuando esto ocurre, el compuesto resultante es CuS04, que suele denominarse
sulfato de cobre(II) anhidro; la palabra "anhidro" significa
que el compuesto ya no tiene moléculas de agua unidas a él (figura 2.13). Algunos otros hidratos son
TABLA 2.7 Nombres comunes y sistemáticos de algunos compuestos
FÓRMULA
H2O
NH3
CO2
NaCÍ
NOMBRE COMÚN
Agua
Amoniaco
Hielo seco
Sal de mesa
NOMBRE SISTEMÁTICO
Óxido de dihidrógeno
Nitruro de trihidrógeno
Dióxido de carbono sólido
Cloruro de sodio
Óxido de dinitrógeno (óxido
N20
Gas hilarante
nitroso)
CaC03
Mármol, gis, piedra caliza Carbonato de calcio
CaO
Cal viva
Óxido de calcio
Ca(OH)2
Cal apagada
Hidróxido de calcio
NaHCO3
Polvo para hornear
Carbonato ácido de sodio
Carbonato de sodio
Na2C03 10H20 Sosa para lavar
decahidratado
Sulfato de magnesio
MgSO4 7H20 Sal de Epsom
heptahidratado
Mg(OH),
Leche de magnesia
Hidróxido de magnesio
CaSO4 2H20 Yeso
Sulfato de calcio dihidratado
BaCl2 2H20 cloruro de bario dihidratado
LiCl H20 cloruro de litio monohidratado
MgS04 7H20 sulfato de magnesio heptahidratado
Sr(NO3)2 4H20 nitrato de estroncio tetrahidratado
El hielo que arde
¿Hielo que arde? Si. Existe y se conoce como hidrato de metano y hay suficiente como para cubrir los
requerimientos energéticos de Estados Unidos durante años. Pero los científicos tienen que idear cómo
extraerlo sin
causar un desastre ambiental.
Las bacterias del sedimento del fondo de los océanos consumen materiales orgánicos y generan metano
gaseoso. En condiciones de alta presión y baja temperatura, el metano forma el hidrato de metano, que está
formado por moléculas simples de gas natural encerrados en ¡aulas cristalinas formadas por moléculas de
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agua
congelada. Un banco de hidrato de metano tiene la apariencia de un cubo de hielo de color gris, pero si se
le acerca un cerillo encendido, empezará a arder.
Las compañías petroleras tienen conocimiento del hidrato de metano desde la década de 1930, cuando
empezaron a utilizar tuberías de alta presión para transportar el gas natural en lugares de clima frío. A menos
que se elimine con cuidado toda el agua antes de introducir el gas en las tuberías, grandes cantidades de
hidrato de metano impedirán el flujo del gas.
Se calcula que la reserva total de hidrato de metano en los océanos es de 10'3 toneladas en contenido de
carbono, casi el doble de la cantidad de carbono en toda la hulla, el petróleo y el gas natural sobre la tierra
Sin embargo, la extracción de la energía almacenada en el hidrato de metano representa un gran reto a la
ingeniería. Se cree que el hidrato de metano actúa como una clase de cemento que mantiene juntos los
sedimentos del fondo del océano. Modificar los depósitos de hidrato de metano podría ocasionar deslaves
subterráneos, lo que causaría un derrame de metano hacia la atmósfera. Este acontecimiento podría ser de
graves consecuencias para el medio ambiente ya que el metano no es un gas responsable del efecto de
invernadero. De hecho, los científicos creen que la liberación repentina de hidrato de metano pudo haber
acelerado el final de la era glacial hace alrededor de 10000 años. A medida que se fundió el hielo del casquete
polar aumentó el nivel de agua de los océanos más de 90 metros y sumergió las regiones árticas, ricas en
depósitos de hidratos. El agua de los océanos, mas o menos caliente, debe haber fundido los hidratos, con lo
que pudo haber liberado grandes cantidades de metano, lo que condujo a un calentamiento global.
Hidrato de metano, La molécula de metano esta encerrada en una jaula de moléculas de agua congelada
¡esferas azules) que se mantienen unidas por medio de puentes de hidrógeno
(Raymond Chang Quimica Best seller internacional sexta edición)
Termodinámica
En la termodinámica, los sistemas físicos que encontramos en la naturaleza consisten en un agregado de un
número bastante grande de átomos.
Vale decir que en la materia está en uno de los tres estados: sólido, líquido o gas: en los sólidos, las posiciones
relativas (distancia y orientación) de los átomos o moléculas son fijas. En los líquidos las distancias entre las
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moléculas son fijas, sin embargo su orientación relativa cambia continuamente. En los gases, las distancias
entre moléculas, son en general, mucho más grandes que las dimensiones de las mismas. También las fuerzas
entre las moléculas son muy débiles y se manifiestan principalmente en el momento en el que chocan. Por esta
razón, los gases son más simples de describir que los sólidos y que los líquidos.
Ahora bien, el gas contenido en un recipiente, está formado por un número muy grande de moléculas,
6.02·1023 moléculas en un mol de sustancia. Cuando se intenta describir un sistema con un número tan grande
de partículas resulta inútil (e imposible) describir el movimiento individual de cada componente. Por lo que
mediremos magnitudes que se refieren al conjunto: volumen ocupado por una masa de gas, presión que ejerce
el gas sobre las paredes del recipiente y su temperatura. Estas cantidades físicas se denominan macroscópicas,
en el sentido de que no se refieren al movimiento individual de cada partícula, sino del sistema en su conjunto.
Para comprender y aplicar la termodinámica debemos manejar y aplicar los siguientes conceptos:
Se llama estado de equilibrio de un sistema cuando las variables macroscópicas presión p, volumen V, y
temperatura T, no presentan cambios. El estado de equilibrio es dinámico en el sentido de que los
constituyentes del sistema se mueven continuamente.
El estado del sistema se representa por un punto en un diagrama p−V. Podemos llevar al sistema desde un
estado inicial a otro final a través de una sucesión de estados de equilibrio. Se denomina ecuación de estado a
la relación existente entre las variables p, V, y T. La ecuación de estado más simple es la de un gas ideal
pV=nRT, donde n representa el número de moles, y R la constante de los gases R=0.082 atm·l/(K mol).
Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las
moléculas solamente tienen energía cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente
elásticos, la energía interna solamente depende de la temperatura.
Trabajo mecánico hecho por o sobre el sistema.
Para la mejor comprensión de este título señalamos el ejemplo de un gas dentro de un cilindro. Las moléculas
del gas chocan contra las paredes cambiando la dirección de su velocidad, o de su momento lineal. El efecto
del gran número de colisiones que tienen lugar en la unidad de tiempo, se puede representar por una fuerza F
que actúa sobre toda la superficie de la pared. Si una de las paredes es un pistón móvil de área A, y éste se
desplaza dx, el intercambio de energía del sistema con el mundo exterior puede expresarse como el trabajo
realizado por la fuerza F a lo largo del desplazamiento dx.
dW=−Fdx=−pAdx=−pdV Siendo dV el cambio del volumen del gas.
El signo menos indica que si el sistema realiza trabajo (incrementa su volumen) su energía interna va a
disminuir, pero si se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye su volumen) su energía interna va a aumentar
El trabajo total realizado cuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen
es VB.
El Calor
El concepto del calor no es una nueva forma de energía, es el nombre otorgado a una transferencia de energía
de tipo especial en el que intervienen gran número de partículas. Entonces se denomina calor a la energía
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intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y
el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse de forma macroscópica como producto de fuerza por
desplazamiento.
Se debe distinguir también entre los conceptos de calor y energía interna de una sustancia. El flujo de calor es
una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura. La
energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura, que es esencialmente a escala
microscópica la energía cinética de sus moléculas. El calor se considera positivo cuando fluye hacia el
sistema, cuando incrementa su energía interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema,
por lo que disminuye su energía interna.
Cuando una sustancia aumenta su temperatura de TA a TB, el calor absorbido se obtiene multiplicando la masa
(o el número de moles n) por el calor específico c y por la diferencia de temperatura TB−TA.
Q=nc(TB−TA)
Ocurre que cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos que están
en un equilibrio térmico ya que las moléculas individuales pueden intercambiar energía, pero en promedio, la
misma cantidad de energía fluye en ambas direcciones, no habiendo intercambio neto. Para que dos sistemas
estén en equilibrio térmico deben de estar a una temperatura igual.
La Primera ley de la Termodinámica
La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema donde hay
muchísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema
pasa del estado A al estado B, su energía interna cambia en ðU = UB−UA
Supongamos que el sistema está en el estado A y realiza un trabajo W, expandiéndose. Dicho trabajo
mecánico da lugar a un cambio (disminución) de la energía interna de sistema ðU =−W
También se puede cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro sistema a diferente
temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energía interna de éste
último en ð U =Q
Si el sistema experimenta una transformación cíclica, el cambio en la energía interna es cero, ya que se parte
del estado A y se regresa al mismo estado, ðU=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un
trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el
principio de conservación de la energía, W = Q.
• Si la transformación no es cíclica ðUð 0
• Si no se realiza trabajo mecánico ðU=Q
• Si el sistema está aislado térmicamente ðU=−W
• Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
• Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
• Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U
aumenta.
• Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a una temperatura inferior, U
disminuye.
Todo estas situaciones, los podemos resumir en una única ecuación que describe la conservación de la energía
del sistema. ðU =Q−W y si el estado inicial y final están muy próximos entre sí, el primer principio se escribe
dU=dQ−pdV
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( http://www.biopsychology.org/apuntes/termodin/termodin.htm )
Formulación del Sulfato de Cobre (II)
Cu-SO4 [Tetraoxosulfato (VI) de cobre (II)]
Partiendo del soluto dado, tendremos que sacar un compuesto químico a partir de sus datos.
Los datos que nos dan son:
• Los elementos
• Las valencia de los elementos
Los elementos deberán leerse de derecha a izquierda y escribirse de izquierda a derecha. Primero analizamos
el compuesto si sacamos su símbolo químico.
Tetraoxosulfato (VI) de cobre (II)
Oxo = oxígeno (O)
Sulfato = azufre (S)
Cobre = cobre (Cu)
El resultado sería este:
Cu S O
Luego tendremos que colocar el número de átomos de cada elemento encima de el para luego calcular la
valencia que falta. El número de átomos es el número que se encuentra entre paréntesis al lado del elemento;
el del oxígeno siempre es −2
Cu2 S6 O−2
Luego le añadiremos las valencias de cada elemento. La valencia del oxígeno se representa con el tetra (4), el
azufre es 1 (ya que no tiene nada y se considera 1) y la del cobre no la sabemos y la sacaremos con una
ecuación.
Cu2x S61 O−24
Para hallar el valor de X tendremos que multiplicar la suma del número de átomos de cada elemento por la
valencia. Y el resultado será 0
2 · X + 6 · 1 + (−2) · 4 = 0
Y poco a poco vamos resolviendo la ecuación.
2X + 6 − 8 = 0
2X − 2 = 0
X=1
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Y finalmente sustituimos X por su valor:
Cu S O4
Para hallar el peso molecular multiplicaremos la valencia por el peso atómico del elemento que lo hallaremos
en la tabla periódica.
• Cobre = 63.5 gr/mol0
• Azufre = 32.1gr/mol
• Oxígeno = 16 gr/mol
4 · 16 gr/mol + 32.1 gr/mol + 63.5 gr/mol = 159.6 gr/mol
Características del Sulfato de Cobre
Propiedades:
• Cristales azules, gránulos cristalinos azules o polvo ligeramente eflorescente al aire; blanco cuando
está deshidratado.
• Sabor metálico que da náuseas.
• Soluble en agua y metanol, ligeramente soluble en alcohol y glicerina.
• Pureza mínima del 98% y 25 a 25.5 % de cobre.
• PH en una solución al 5 % en agua en un rango de 4 a 4..5.
• Peso molecular : 249.68
• Densidad: 2.284
Obtención:
• Por acción del ácido Sulfúrico diluido sobre alambrón de cobre.
Calidades:
• Técnico, QP, NF, monohidratado ( como cristales o polvo )
Peligros y precauciones:
• Tóxico por ingestión, fuerte irritante.
• Debe evitarse el contacto prolongado de la solución con la piel, en caso suceda se recomienda lavar
con abundante agua la parte afectada.
• En caso de salpicadura sobre los ojos, aplicar agua limpia por 15 o 20 minutos.
Usos
• Reactivo para la minería en procesos de flotación del zinc.
• Agricultura; aditivo para la tierra; pesticidas; mezcla de Burdeos; aditivo para piensos; germicidas;
mordientes textiles; industria del cuero; pigmentos; baterías eléctricas; recubrimientos de galvanizado;
sales de cobre; reactivo de química analítica; medicina; preservante de madera; preservación de la
pasta de madera y la pulpa triturada; procesos de grabado y litografía; flotación de menas; industria
del petróleo; caucho sintético; industria del acero; tratamiento del asfalto natural.
• La sal anhidra es usada como agente deshidratante.
• Para control de algas en piscinas y piscigrangas.
(Raymond Chang Quimica Best seller internacional sexta edición)
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Variables de Estudio.
Las siguientes son las variables que se encuentran presente en nuestra actividad experimental y que fueron
parte del proceso que constituyó nuestra investigación :
• Masa: es la medida de la cantidad de materia que contiene un objeto. En este caso las masas de los
metales utilizados eran constantes en cada experimento y no sufrían cambios durante este. También la
cantidad de agua cambiaba durante el experimento ya que esta se sometía a el calor otorgado por un
mechero y en el proceso se evaporaba una pequeña cantidad de agua.
• Temperatura: magnitud que indica la cantidad de calor en una sustancia, se ocupó en este ocasión la
escala del grado centígrado. En el experimento la temperatura era variable, debido que se basaba en
equilibrios térmicos, que conlleva a una diferencia de temperaturas inicial. Además, el agua también
cambiaba su temperatura constantemente.
• Tipo de Sistema: parte de un universo físico de interés en una investigación. En termodinámica,
existen distintos tipos de sistemas; en nuestro caso el sistema es abierto, diatérmico y heterogéneo.
• Muestra: apunta hacia su fase, su naturaleza y su pureza. Por ejemplo en nuestra experiencia los tipos
de muestra eran metales y aleaciones de estos.
• Calor: Transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferente temperatura. En la
experiencia, este era una de los términos centrales y más presentes, ya que se vio en todo momento
como cuando se calentaba el agua con el mechero
• Impurezas dentro del sistema: creemos que las impurezas dentro de las muestras de metales, así como
las del agua ( que trae cloro, y otros componentes), en el recipiente, en el aire, etc. . Creemos que
aunque sea en una mínima magnitud, las impurezas alteran el resultado de los experimentos.
• Tiempo: creemos que esta variable también influye en los resultados de los experimentos, ya que si se
hubiera calentado el agua por un periodo más extenso que los 10 minutos que se ocuparon en los
experimentos, el resultado habría variado de una u otra forma.
El objetivo de este experimento es la determinación del número de moles y moléculas del agua de un hidrato,
en este caso en particular el sulfato de cobre (II) hidratado.
Es frecuente encontrar sales que, por llevar en su estructura un número definido de moléculas de agua, estos
son los llamados hidratos (Na2CO3−10 H2O, MgSO4−7H2O, etc.).
El procedimiento utilizado fue el siguiente: Primero, en un tubo de ensayo, previamente pesado, se colocan 3
g de sulfato de cobre (II) hidratado. Se pesa el conjunto para obtener por diferencia la cantidad exacta de sal
hidratada.
Se calienta suavemente sobre un mechero hasta que se observa un desprendimiento de vapor que va
acompañada de un cambio de color (pasa de ser azul a adoptar un color blanco ceniza) y de un
desprendimiento de olor acre, a continuación, se fuerza la llama durante unos 5 min. Se deja enfriar y se pesa
de nuevo. Se repiten los calentamientos y las pesadas hasta que el peso ya no disminuye debido a que por fin
se han evaporado todas las moléculas de agua.
Cálculos
• Gramos Tubo de Ensayo = 12,3 grs.
• Gramos Muestra (CuSO4 · 5 H2O)= 3 grs.
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Gramos del compuesto final:
• Gramos del conjunto Tubo de ensayo + Analito = 15,3 grs.
• Gramos del conjunto Tubo de ensayo + Analito luego del calentamiento = 14,3 grs.
• Gramos de Muestra (H2O) = 15,3 − 14,3 = 1,0 grs.
• Gramos de Muestra (CuSO4) = 3 −1,0 = 2,0 grs.
Nº de mol del agua:
• N1(H2O) = 1,2 (g) / 18 (g/mol) = 0.066666 mol
Porcentaje de agua:
• Masa CuSO4 · 5 H2O = 159,6 (g/mol) + 5 · 18 (g/mol) = 249.6 (g/mol)
• % H2O = 1.2 (g) / 3 (g) · 100 = 40% H2O
Nº de moléculas de agua:
• N1(H2O) = 1,2 (g) / 18 (g/mol) = 0.066 mol
• N2 (CuSO4) = 1.8 (g) / 159,6 (g/mol) = 0.011278 mol
• FÓRMULA: CuSO4 · n H2O ! CuSO4 + n H2O
• n = moléculas de agua = N1/ N2 = 5,8 " 6 mol
Porcentaje de error y de rendimiento:
• Moléculas teóricos de H2O= 5 moléculas
• Moléculas determinadas empíricamente = 6 moléculas
• 0,6 · 100/5 = 12
• % de error = 12%
• % de rendimiento = 88%
Discusión.
Nuestra Hipótesis se basa en la siguiente pregunta:
¿Por qué el sulfato de cobre pentahidratado, de color azul, al deshidratarse cambia de color a blanco?
• En primer lugar, el color azul del sulfato hidratado puede deberse a que esta compuesto por moléculas
de agua lo que conlleva a que la formación química de este provoque un cambio en la formación del
sulfato lo que provoca un cambio en la forma química de este, y por ende, un cambio de color
asociado a este fenómeno. Deducimos que al cambiar de color a blanco es porque el agua a
desaparecido del compuesto y nos ha quedado el sulfato en forma pura.
• Porque las propiedades químicas del sulfato hidratado, al calentarse este comienza a perder sus
propiedades básicas y comienza el compuesto a separase en forma física lo que nos lleva a una
disociación entre el sulfato y el agua, y al separarse completamente el compuesto inicial pierde sus
propiedades, y entre ellas, la del color.
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Concluyendo, hemos decidido que en ambas afirmaciones tienen cosas verdaderas y otros cosas erradas, y
como conclusión extraemos que el sulfato de cobre pentahidratado cambia de color debido a que al calentarse
este comienza a perder sus propiedades, y este compuesto el agua que esta le da el color azul, y al separarse se
comienzan a separar también sus propiedades y esto conlleva a que se disocien definitivamente el compuesto
hidratado, para dar a producir, cambios de las propiedades del compuesto, y en las cuales, encontramos el
cambio de color.
Conclusiones
• La mayoría, por no decir todos, de los procesos químicos se basan el los principios de la
termodinámica que de alguna manera son indispensables para la realización de los procesos químicos
que en la actualidad son bastante necesarios para el desarrollo de nuestra sociedad en pos del
progreso.
• En toda reacción química hay un porcentaje de error y de rendimiento que nos va a afectar, estos
aspectos dependen de las condiciones con que trabajemos, por lo que obviamente se deduce que
mientras mejor sean las condiciones con que se trabaje experimentalmente menor será el porcentaje
de error y mayor el de rendimiento.
• Los cristales azules, de sulfato de cobre pentahidratado, pierden agua cuando se calientan a
temperaturas superiores a los 150°C y forman un polvo anhídrido blanco. El color vuelve a aparecer si
se añade el agua.
• Las sales hidratadas son compuestos con energía de enlace débil, ya que, con una pequeña cantidad de
calor sufre una separación, por lo que podemos concluir que el agua al formar hidratos con sales tiene
una energía de enlace muy débil por lo que se separa del hidrato, con mucha facilidad, evaporándose
formando sulfato de cobre.
• También podemos concluir que Los hidratos no son sustancias más o menos humedecidas sino
compuestos definidos, porque su composición es constante.
Glosario de términos.
Sistema: todo centro de interés de estudio.
Sistema aislado: es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno. Sistema cerrado:
es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia.
Sistema abierto: es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno.
Sistema termodinámico: es un sistema macroscópico, es decir, un sistema cuyo detalle de sus características
microscópicas (comprendida la posición y la velocidad de las partículas en cada instante) es inaccesible y
donde sólo son accesibles sus características estadísticas.
Hidratación: Atracción que ejerce un ión en solución hacia las moléculas de agua cuando esta está como
solvente.
Átomo: La partícula más pequeña de un elemento que tiene las propiedades químicas de dicho elemento; es
un núcleo y los electrones circundantes.
Calor: Energía transferida como resultado de una diferencia de temperaturas entre el sistema y el entorno.
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Energía: Capacidad de proporcionar trabajo o calor.
Energía térmica: Energía asociada a la aleatoriedad del movimiento de los átomos y moléculas.
Enlace químico: Es la fuerza entre los átomos que los mantiene unidos en las moléculas
Hidrato: compuesto en el cual hay una proporción específica de agua y del compuesto iónico.
Temperatura: Medida de la intensidad de calor, del contenido de energía de las partículas de una muestra.
Propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico.
Termodinámica: Estudio científico de la ínter conversión del calor y otras formas de energía.
Termoquímica: Estudio de los cambios de calor en las reacciones químicas
Sales: compuestos iónicos formados por los cationes de las bases y los aniones de los ácidos.
Anexos
Los gases hidratados en los fondos marinos: una revolución científica, económica y medio−ambiental
El descubrimiento del "Hielo Inflamable" o "Hidratos de Gas", una forma sólida de los gases semejante al
hielo y que aparece en la mayoria de fondos oceánicos del mundo, ha suscitado un interes repentino tanto en
la comunidad cientifica, como en los organismos estatales dedicados a la investigación de recursos naturales,
asi como en empresas de exploración de hidrocarburos. Este interes viene provocado por un parte, porque la
primeras evaluaciones cientificas estiman que el volumen de gas contenido en los reservorios de hidratos
puedan exceder con mucho el de las reservas mundiales de gas conocidas actualmente. Por otra, la
comunidad cientifica sospecha que repentinas y masivas fusiones de este "gas helado" provocadas por
deslizamientos submarinos, terremotos, etc. puedan iniciar la emisión de grandes volumenes de metano a la
atmosfera, acelerando el efecto invernadero, y a su vez el calentamiento global de la Tierra. Uno de los
hechos mas alarmantes ligado al descubrimiento de estas reservas en los fondos oceanicos, es que el gas
metano contenido en los "hidratos submarinos" es aproximadamente 3,000 veces el volumen de metano
contenido en la atmosfera.
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Que es el "Hielo Inflamable" o Hidratos de Gas
El hidrato de gas es un sólido cristalino, similar en apariencia al hielo, pero constituido por moleculas de gas
rodeadas por una malla de moleculas de agua. Las primeras muestras de hidratos de metano, obtenidas a
bordo de buques oceanograficos, mostraron un aspecto exterior semejante a un fragmento de hielo de color
blanquecino. Los fragmentos de hidratos se "derriten" con rapidez, en respuesta al cambio de presion y
temperatura, transformandose en agua y gas metano. Los trozos de hielo recogidos de los fondos marinos
tiene la particularidad de inflaman cuando se le acerca una llama, de ahí el sobrenombre de "Hielo
Inflamable". Aunque muchos de los gases conocidos tienen la capacidad para formar hidratos, entre ellos el
dioxido de carbono y el anhidrido sulfurico, solo el hidrato del gas metano es el que aparece abundamente en
los fondos marinos
Aunque ya fueron descubiertos de forma experimental en 1811 por Sir Humphry Davy, fue muy
posteriormente en 1970, cuando se detectaron por métodos geofísicos dentro de los sedimentos marinos del
fondo del Blake Outer Ridge (EEUU). Este descubrimiento cientifico llegó casi casualmente, al observar
sobre los perfiles sísmicos un "eco" doble, que era un calco de la forma del fondo marino, y que siempre
estaba asociado la presencia de hidratos. Este eco es el denominado Bottom Simulating Reflector (BSR) o
"Eco que simula el fondo", y que se forma por reflexion cuando las ondas atraviersan la diferencia de
densidad que existe entre el fondo marino "helado" y el que hay por debajo. El fondo marino "helado" con
hidratos, a su vez, realiza las funciones de tapadera, impidiendo que los gases en estado libre lleguen a la
superficie, a no ser que haya fisuras o fallas. Este "eco doble" permite conocer la profundidad y el espesor de
los gases hidratados en el subsuelo marino, asi como la presencia de gases en estado libre por debajo de ellos.
Un "congelador" en los fondos marinos
Aunque parezca increible, solo ha sido en los últimos años, cuando los gases hidratados estan siendo
considerados como una de las fuentes mas importantes de recursos energéticos mundiales, muy por encima
de la reservas convencionales conocidas actualmente. Esto es, como si tuvieramos una congelador repleto de
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gases sin descongelar. Las reservas que se estiman de C asociado a los hidratos son de 10 4 gigatones, lo que
significa el doble de C que hay en todos los combustibles fósiles que se conocen. Muestra de la creciente
importancia de estos hidratos como fuente enérgetica es el informe publicado por el Departamento de Energia
de Estados Unidos, en agosto de 1998, mostrando las estrategias a seguir para los próximos años (hasta el
2015) en cuanto a prospección y potencial de estos sólidos. La estimación de las reservas mundiales de gas
contenido en hidratos estan todavia por investigar. Como ejemplo, estan las estimaciones del Servicio
Geológico de Estados Unidos que varian desde 100,000 trillones de pies cúbicos (Trillons Cubic Feet, TCF) a
las más optimistas de 270,000,000 TCF. Las previsiones mas pesimistas estiman que pueden ser el doble de
las reservas conocidas actualmente.
El gas hidratado: "culpable o victima" de calentamiento global de la Tierra
Como "gas invernadero", el metano contenido en el aire es 10 veces mas efectivo que el dioxido de carbono
para absorber la energia calorifica solar, y así provocar una mayor calentamiento de la temperatura del aire.
Teniendo en cuenta que el metano contenido en los fondos oceanicos en forma de "hidratos" es
aproximadamente 3,000 veces el contenido en la atmosfera, la capacidad de los hidratos subamrinos como
potencial agente provocador del "efecto invernadero" es enorme. Un gran deslizamiento submarino puede
provocar la salida de cerca de 5 gigatones de metano desde los fondos submarinos hasta la atmosfera, según
estimaciones realizadas en el deslizamiento de Storegga, en Noruega. Una decena de estos deslizamientos
submarinos en varias zonas del planeta, pueden provocar el mismo efecto o aun mayor que el provocado por
la emision de CO2 durante todo el siglo XX.
En el continente antártico, dado que la temperatura de las aguas favorecen la estabilidad de los hidratos,
expediciones geofisicas españolas, americanas e italianas ya han descubierto importantes acumulaciones de
hidratos submarinos, entre ellas en la Peninsula Antártica y en las islas Shetland del Sur, donde están sitiuadas
la bases cientificas españolas. La desestabilización de los hidratos en estas áreas entre Tierra del Fuego y el
continente antártico, puede ser un factor añadido para el calentamiento global, ya que coinciden el agujero de
ozono estable y una de las mayores zonas potenciales de fusion de casquetes polares del planeta como es el
Mar de Weddell.
Uno de los retos cientificos actuales es conocer si realmente la emision de gas a la atmosfera por fusion de los
hidratos submarinos, puede ser una de las causas mayores del calentamiento global de la Tierra. Y si por el
contrario, los hidratos submarinos son una victima del aumento progresivo de temperatura de los oceanos
como consecuencia de la emision de CO2 hacia la atmosfera.
A escala geológica, los cientificos tratan de establecer la relación entre las grandes bajadas del nivel del mar
como consecuencia del aumento de las superficies heladas del planeta por enfriamiento global (conocidas
como glaciaciones) y las emisiones de gas hidratados hacia la atmosfera. Estas bajadas del nivel del mar,
estimadas en torno a 100−130 metros por debajo del nivel actual, provocan un descenso de la presion
hidrostatica sobre los hidratos submarinos, y esto a su vez la desestabilización, fusion y emision de grandes
cantidades de metano a la atmosfera. El "efecto invernadero" provocado por la fusión de gases hidratados,
pudo "parar" el enfriamiento global en las glaciaciones y actuar como un "rebote" hacia periodos más cálidos.
En este sentido, los gases hidratados son un nexo de union entre los procesos climáticos globales y la
actividad tectonica en la historia geológica de la Tierra. Cuanto mayor actividad tectonica (por ejemplo
terremotos, aperturas oceanicas) la emision de gas libre procedente de hidratos es mayor, causada por la
desestabilizacion de los fondos submarinos, y produciendo un calentamiento global de la Tierra. Esta relacion,
puede permiter a los cientificos, conectar etapas geologicas muy activas en el funcionamiento de las placas
geológicas con fases de climas cálidos o cambios climaticos abruptos y anormales.
El efecto gasesosa por desestabilización de los hidratos: una hipótesis cientifica para el misterio de "El
Triangulo de las Bermudas"
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Cualquier sacudida sobre los fondos submarinos, como por ejemplo un terremoto, un descenso brusco del
nivel del mar como consecuencia de un fuerte tormenta, puede provocar la liberación de grandes cantidades
de gases contenido en el fondo marino en forma de hidratos. Esta masiva liberalización de gas y la
consecuente bajada de densidad del agua del mar y del aire, similar a la apertura de una botella de gaseosa,
puede provocar una repentina pérdida en la capacidad de flotabilidad de los buques, asi como en el aire, por
perdida de sustentación en los aviones. Estos podría explicar el misterio del famoso "Triangulo de las
Bermudas", localizado en el Mar de los Sargazos, donde las producción biogenica de gas por descomposicion
de algas en el fondo marino es muy alta, y por tanto la cantidad de gas en el subsuelo, puede dar lugar a la
sobresaturación y condiciones idoneas para la generacion de gases hidratados
Tsunamis provocados por grandes deslizamientos submarinos
La relacion causa−efecto entre los grandes deslizamientos submarinos a nivel mundial y los gases hidratados,
es otro de los retos cientificos abiertos con el descubrimiento de los gases hidratados. Se ha comprobado que
las zonas de inicio de la mayoria de los grandes deslizamientos submarinos coinciden donde la zona de
estabilidad de los hidratos (ZEH) intersecciona el fondo marino. Estos provocan deslizamientos de
dimensiones mayores que los generados en tierra, como ejemplo el deslizamiento de Cabo Fear con un
escarpe de 50km de anchura; el deslizamiento de Storegga, en el Atlantico Norte, con un escarpe de 250 km,
que recorre 800 km afectando un espesor de 450 m. En el Golfo de Cadiz, se han descrito deslizamientos de
200−300 km que afectan a 50x103 kilometros, del tamaño de media Andalucia.
La desestabilización de los fondos marinos causados por la fusion de los gases hidratados pueden ser tambien
reponsable de los grandes "Tsunamis" que se generan en los oceanos y que llegan a tener efectos
devastadoras en las costas, como el que sucedió en el Golfo de Cádiz en 1755 y que arrasó ciudades como
Lisboa y Cádiz. Un terremoto de fuerte magnitud , en este caso 7 en escala Richter, puede ser el
desencadenante de que grandes movimientos en masa se desplacen hacia zonas profundas. Hay que tener en
cuenta que las pendientes de la mayoria de los taludes submarinos por debajo de 5º son estables en
condiciones normales. Sin embargo la presencia de gases hidratados pueden provocar un alteración en dichas
condiciones geotecnicas. La zona de estabilidad de hidratos (ZEH) puede actuar como zona de "patinaje"
entre los sedimentos superiores "helados" y los inferiores con sedimentas blandos y con gas en estado libre.
Esto es como sin nos encontraramos una placa de hielo inestable sobre una rampa de barro. Si agitamos o
calentamos un poco la barra de hielo, esta se deslizara inmediatamente. Este mecanismo provoca que grandes
masas de sedimento se desplacen bruscamente hacia el fondo oceanico, generando importantes ondas
oceanicas conocidas como "Tsunamis", y relacionadas a su vez con sacudidas sísmicas. En el caso del
denominado terremoto de Lisboa de 1755, el efecto arrasador se produjo porque diversas ondas oceanicas
estuvieron llegando a las costas españolas y portuguesas durante quince dias despues del terremoto principal,
que tuvo como epicentro cerca del Cabo de San Vicente, en el Algarve portugues.
Pueden crecer vida submarina profunda gracias a los gases hidratados?
La vida submarina en zonas de emisión de metano se consideraba, en las últimas decadas, como inexistente
debida a las condiciones quimicas ambientales. Sin embargo, recientemente, exploraciones cientifica con
submarinos autónomos que alcanzan profundidades de 1000 metros, han observado la presencia de numerosos
organismos como mejillones, estrellas de mar, gusanos tubícolas alargados y el descubrimiento del
denominado "gusano de hielo". Estos organismos viven en este medio hostil gracias a su simbiosis con
bacterias "quimiosinteticas". Estos son grupos de bacterias que se adaptan a vivir en medios ricos en metano
y en otros componentes quimicos, adoptando la "quimiosimbiosis" , esto es la transformación energética a
traves de sulfuros o carbono del metano, como principal fuente de derivación de energía y nutrición. Estas
bacterias, que son los productores primarios de la cadena alimenticia, son los encargados de "manufacturar"
quimicamente el alimento, viviendo a cientos en el interior de los mejillones y gusanos tubiculas, que a su vez
sirven de comida a cangrejos, estrellas de mar, etc. Esta simbiosis permite el crecimiento de grandes colonias
denominadas "quimiosintéticas", con condiciones quimicas extremas, a grandes profundidades y con muy baja
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luminosidad. La emisiones de gas metano y sulfidrico, al contrario de perjudicar, son el sustento alimenticio
de estas grandes colonias de vida submarina.
En el Golfo de Mexico, se ha encontrado grandes colonias de mejillones por debajo de los 500 metros de
profundidad, con un tamaño mucho mayor que los que encontramos en las zonas costeras, y que forman
especies de mejilloneras redondeadas alrededor de puntos de escape de gases, y cerca de salmueras
sobresaturadas en gas metano. Asimismo, uno de los organismos denominado "gusano de hielo" se ha
descubierto recientemente, similar a una pulga de agua, y viviendo en simbiosis con bacterias
quimiosinteticas.
En la Antártida, la existencia de vida grandes en los grandes lago descubiertos por debajo de los casquetes
polares, como el Lago Vostok, puede estar, asimismo, favorecida por la presencia de gases hidratados, y por el
desarrollo de organismos quimiosintéticos en condiciones extremas de baja temperatura y falta de
luminosidad
La oxidación del metano que asciende a la superficie, es otro de los procesos que facilita las condiciones de
vida en zonas profundas, provocando la formación de carbonato, sulfuros y sulfatos sobre el fondo del mar y
creando costras duras sobre el fondo blando. Estas son aprovechadas como "fondeaderos", por los organismos
quimiosinteticos, que a su vez pueden crecer verticalmente formando colonias arrecifales. En Porcupine, al
sur de Irlanda, se han identificado una serie de arrecifes que viven en profundidades entre 750 a 1000 metros ,
asociados a emisiones de gas metano, a traves de fisuras en el talud continental. El estudio de los arrecifes de
colonias quimiosintéticas relacionados con emisiones de gas y disociación de hidratos metano, son uno de los
grandes retos en la exploracion submarina para la nueva decada, no solo por la posibilidad de la existencia de
nuevos recursos biológicos, sino que tambien son claros indicios de existencia de grandes volumenes de
metano en el subsuelo marino.
Desde el punto de vista medio ambiental, el descubrimiento de vida en condiciones quimicas extremas por la
presencia de grandes cantidades de gas, ha cambiado la idea de que las zonas con emisiones submarinas de
hidrocarburos son zonas abióticas "desérticas" sin presencia alguna de fauna marina. Esto puede ser un valor
decisivo en la desmantelación de plataformas petroliferas, si se llegan a "regenerar" con estos organismos
quimiosintéticos.
Fotos del Sulfato de Cobre
http://www.nacolperu.com/sulfato.htm
SULFATO DE CALCIO DIHIDRATADO
Orígenes
El yeso se originó hace 200 millones de años como resultado de depósitos marinos cuando parte de lo que
ahora son nuestros continentes eran inmensas extensiones oceánicas. Durante este período algunos mares se
secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para ser descubiertos posteriormente por el hombre.
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¿Que es el yeso?
El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o rosado. Se
denomina sulfato de calcio dihidratado y su estructura cristalina esta constituida por dos moléculas de agua
y por una de sulfato de calcio, de formula química
Proceso
Se obtiene directamente de la naturaleza por extracción en forma de roca de yeso (mineral de sulfato de calcio
dihidratado) en canteras o minas y se procesa industrialmente con poca alteración. Este proceso consiste en la
calcinación térmica del mineral triturado, eliminando total o parcialmente el agua de cristalización
químicamente combinada. Al mezclarse con agua forma una pasta que fragua y endurece, reconstituyendo su
estado original
Aplicaciones
El yeso es uno de los minerales mas ampliamente utilizados en el mundo. En la actualidad existe una amplia
gama de aplicaciones
• En construcción debido a sus excelentes propiedades bioclima ticas, de aislamiento y regulación
higrométrica, mecánicas y estéticas se utiliza en guarnecidos, enlucidos, prefabricados y relieves
arquitectónicos, proporcionando bienestar y comodidad. Esencial como agente retardarte en la
producción de cemento.
• En cerámica para la elaboración de moldes, aparatos sanitarios, tiza y esculturas artísticas
• En agricultura para mejorar las tierras de cultivo, como abono y desalinizador
• En medicina se utiliza en traumatología para elaborar vendas de yeso, en la fabricación de moldes
quirúrgicos y odontológicos y en la producción de pasta dentífrica
• En la industria química y farmacéutica como fuente de calcio, componente en medicamentos y
lápices labiales
• En la industria de alimentos en el tratamiento de agua, limpieza de vinos, refinación de azúcar,
vegetales enlatados y alimentos para animales
http://www.colgyps.com/yeso.htm
Bibliografía.
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• Raymond Chang Quimica Best seller internacional sexta edición
• Microsoft Encarta 2000
• Guías 2003 de Química Inorgánica Aplicada
• http://www.nacolperu.com/sulfato.htm
• http://www.colgyps.com/yeso.htm
• http://www.biopsychology.org/apuntes/termodin/termodin.htm
• http://www.guajara.com/wiki/es/wikipedia/t/te/termodinamica.html
Actividad Experimental :
Informe de Química
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