Hidroquímica

HIDROQUíMICA BÁSICA
Molécula del agua: estructura
HIDROQUíMICA BÁSICA
Molécula del agua
Está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a uno
de oxígeno mediante enlaces covalentes polares
formando un ángulo de 105º. Esta asimetría y la polaridad
de sus enlaces le confieren propiedades de dipolo lo que
le permite:
Formar enlaces de puente de hidrógeno, gracias a lo cual se
mantiene en estado líquido dentro de un intervalo de Tª mayor al
que cabría esperar por su peso molecular
Solvatar iones y moleculares polares, actuando en estos casos
como buen disolvente y como mal disolvente frente a moléculas
apolares
El agua. Propiedades
Ley de acción de masas
Acción disolvente (disolvente universal)
Expresa en un equilibrio químico la relación entre productos y reactivos
Elevada fuerza de cohesión
Elevada fuerza de adhesión
Gran calor específico
Elevado calor de vaporización
K: constante de equilibrio termodinámico para una P y T dadas
Cuando la concentración de una disolución aumenta, los iones
interfieren unos con otros por efectos electrostáticos de forma que sus
concentraciones expresadas en molaridad o molalidad no dan buenos
resultados, por lo que se usa la actividad, la cual varía con la salinidad
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Ley de acción de masas
Ley de acción de masas
Actividad = γ * molalidad
Fuerza iónica
γ : Coeficente de actividad, que se puede calcular como
zi: carga del ión
Fórmula de Debye-Hückel
mi: concentración molal
Esta igualdad es cierta para valores de fuerza iónica I ≅ 0.1 que
corresponden a valores de 5 y 8 g/l de sales disueltas. Un agua dulce
tiene ≅ 0.2 g/l
A y B, constantes según P y T
Zi carga del ión
El equilibrio químico en una reacción es la
situación en la que la actividad de cada una
de las especies que intervienen permanecen
constante. La relación entre estas actividades
es la constante de equilibrio.
ai: depende del radió hidratado
I: fuerza iónica, que es función del contenido de iones en disolución
Ley de acción de masas
Electroneutralidad
Los factores que modifican el equilibrio de una
reacción son:
meq / l ( + ) =
Cambios en las concentraciones
Variaciones en la presión (gases)
Variaciones en la temperatura
Los cambios que se producen se rigen por
principio de Le Chatelier: Si en un sistema
equilibrio se modifican la concentraciones,
presión o la temperatura, éste reacciona en
sentido de contrarrestar esta modificación.
Las cargas positivas deben compensar las negativas, es decir;
mizi ( + ) =
el
en
la
el
meq / l ( − )
mizi ( − )
Luego tenemos que E(Ca, Mg, Na, K) = E(HCO3, Cl, SO4, NO3, CO3), lo cual permite
calcular el error de balance y por tanto los errores analítico en la determinación de
cada uno de los componentes.
Error =
meq / l (cationes ) −
meq / l ( aniones)
meq / l ( cationes) +
meq / l ( aniones )
∗ 200
Conduct (uS/cm)
50
200
500
2000
>2000
Error admisible (%)
30
10
8
4
4
2
Expresión de concentraciones
Molaridad (m)
nº de moles de sustancia / Volumen de disolución (l) moles / litro
Molalidad (m)
nº de moles de sustancia / Kg de disolvente (agua pura) moles / kg
Normalidad (N)
Concentración ponderal de una sustancia dividida por el peso
equivalente de la sustancia disuelta mg/meq
Peso equivalente: Pe = Peso molecular / Carga del ión
Numero de equivalente
Peso de la sustancia/ peso equivalente meq / litro
Expresiones ponderales (en peso)
mg/l = Peso de soluto / volumen de disolvente
ppm = Peso de soluto (mg) / Peso de disolución (Kg)
ppb = µg/l =10-3 ppm
Aguas con TSD <10000 mg/l y T <100ºC, densidad muy próxima a 1 Kg/l.
En tal caso, la molaridad es igual a
la molalidad y mg/l es similar a ppm.
Expresión de concentraciones
TSD (Total de sólidos disueltos)
Es la suma de las concentraciones de las sustancias disueltas. Por ejemplo:
Tipos de aguas según el total de TSD:
Agua dulce (freshwater) 0 - 1 g/l
Agua salobre (brackish) 1 - 10 g/l
Agua salina (saline )
10 - 100 g/l
Salmuera (brines)
mayor de 100 g/l
Agua de mar
35 g/l
Fracción molar Es el número de moles del elemento i en una disolución
respecto al número total de moles.
Si nB es el número de moles del soluto B y nA moles de disolvente y
Nc, nD,...el número de moles de otros solutos:
χB = nB / nA + nB + nC + nD +...
nB
En disoluciones acuosas (agua pura):
χB =
55. 5 + mB , C , D...
Disociación del agua
Si aplicamos la ley de acción de masas:
Kw =
H + OH −
H2O
Se puede admitir que
Kw = H + ⋅ OH −
ya que, por convenio, a la actividad de las partículas definidas como agua se les adjudica
el valor de 1.
=1.008 x 10-14 = 10-14
Kw = H + ⋅ OH −
[H ] = [OH ] = 10
+
−
−7
y
[ ]
pH = − log H + = 7
a 25 ºC y 1 atm.
Por ejemplo, a 50 ºC y 1 atm, Kw = 5.474 x 10-14
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