UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente
Química inorgánica
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLA, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE
ECAPMA
TRABAJO COLABORATIVO 2
Nombre del Curso: QUÍMICA INORGÁNICA
Código: 358005
Segundo semestre de 2013
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Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente
Química inorgánica
Objetivos:
Aplicar los conceptos aprendidos en las unidades 2 y 3 en el contexto por medio de diferentes
contaminantes, algunos de ellos asociados a la aplicación de fertilizantes y a las actividades agrícolas
Fomentar el trabajo en equipo y la interrelación entre los estudiantes con el fin de acercarlos a la
producción en un equipo de trabajo.
Actividades
Composición de las sustancias
Gases: Caso emisiones de efecto invernadero
Los gases de efecto invernadero más importantes son el dióxido de carbono CO 2 , el óxido nitroso N2 O
y el metano CH 4 . Los potenciales de calentamiento global del N2O y el CH4 son 296 y 23 veces el del
CO 2 . Para la agricultura, el gas más importante es el N2O. Para la ganadería, el gas más significativo es
el metano [1].
Una vez son emitidos, los gases pueden permanecer en la atmósfera diferentes periodos de tiempo. El
metano CH4 puede permanecer en promedio 12 años en la atmósfera, el N 2O 120 años y el CO 2 100
años [2].
La concentración de CO 2 , que es el gas de efecto invernadero más importante por emisiones de origen
humano, ha variado considerablemente en los últimos 650 000 años de manera cíclica. En los últimos
1000 años se mantuvo estable hasta 1800, desde entonces ha aumentado constantemente. El
aumento es considerable y la concentración actual es un 38% más alta comparada con la era
preindustrial, siendo la concentración de CO 2 más altas registrada.
Figura 1. Evolución de la concentración de CO2 en la atmósfera [3]
1.
Seleccionen un año e identifique la concentración de CO 2 en este año. El año escogido debe
comenzar o terminar por el número de su grupo. Busquen aproximadamente a que
concentración de CO 2 corresponde en ppm (recuerden que para gases, los ppm normalmente
son moles de contaminante/moles de aire). Conviertalo a ppb, a %v/v y en g/ml de aire.
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Ejemplo: Si el grupo el número 65. Puede escoger el año -650 000, -6500 y 1965. Las
concentraciones para estos años serán:
-65000
Podría tomar las concentraciones:
Año
Concentración CO2 (ppm)
-6500
-650 000
190
1965
-6 500
260
1965
295
Para la concentración escogida deberían calcular ppb, a %v/v, g/L, g/ml y %p/v . Asuman
condiciones estándar.
La concentración atmosférica de N 2 O aumentó de 270 partes por billón a 323 ppb desde la era
preindustrial al 2009, el máximo valor reportado en los 100,000 años de medición disponibles [3] ; se
estima que alrededor de un 45% de este incremento es debido a la actividad humana. Se estima que
de este último porcentaje, alrededor de un 23% a nivel mundial corresponde a emisiones de N 2O
debido al uso de fertilizantes en tierra cultivada [1].
2.
¿En cuántos μg/L de aire se incrementó la cantidad de N 2 O entre la era preindustrial y 2009?
¿Qué cantidad de esos gramos corresponde a la actividad humana, y que al uso de
fertilizantes?
Las emisiones de N 2 O se incrementan cuando se excede las dosis adecuadas de fertilizante, falta un
adecuado balance con otros nutrientes, se aplica en zonas inadecuadas o en épocas que no
corresponden [1]. Otras fuentes importantes de nitrógeno que puede emitirse como N 2 O es el aporte
de residuos del cultivo, y en la ganadería, el aporte de nitrógeno del estiércol y la orina de los
animales [2]. Las emisiones posibles de N2 O en el suelo dependen de diferentes factores del medio
ambiente: potencial redox, temperatura, humedad, pH; propiedades de los suelos, clima, manejo del
cultivo: labranza, encalado, irrigación, drenaje, entre otros. La producción del N 2 O a partir de estas
fuentes de nitrógeno se da debido a la acción de microorganismos (nitrificadores, desnitrificadores).
Los factores del paisaje que colectan agua (depresiones, campos bajos) y dificul tades en el drenaje, y
compactación el suelo, favorecen las emisiones de N 2 O desde el suelo, debido a que se disminuye su
oxigenación [2].
Líquidos, concentración, función pX y Equilibrio químico en soluciones acuosas:
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Contaminación del agua
Los fertilizantes pueden lixiviarse y producir “Eutrofización” o “Eutrofización”
La eutrofización es el enriquecimiento de las aguas superficiales con nutrientes para plantas. [3] La
eutrofización incrementa la producción de biomasa de fitoplancton, algas y plantas macrófagas, lo que
modifica el ecosistema y afecta especies acuáticas (peces) de interés. Esto se debe a que ciertas algas
producen toxinas, pero sobre todo a que las algas mueren, se sedimentan en el fondo del cuerpo de
agua y se descomponen, consumiendo el oxígeno del agua en este proceso e impidiendo con ello la
vida de peces en ella. Por último, las condiciones anóxicas favorecen la presencia de bacterias que
generan malos olores. Dependiendo de la cantidad de nutrientes, el agua superficial puede clasificarse
en diferentes estados de “troficidad”. El estudio de la Organización para el desarrollo Económico y la
Cooperación OECD realizado en 1970 en 18 países presenta las cantidades que corresponden a estos
diferentes estados [4].
A pesar de que tanto el nitrógeno como el fósforo contribuyen a la eutrofización, la clasific ación del
estado trófico usualmente se enfoca en el nutriente limitante, el cual, en la mayoría de los caso es el
fósforo. La eutrofización es un proceso complejo en el que se tienen que tener en cuenta muchas
variables. [4]
Tabla 1. Concentración de fósforo vs. Estado trófico del lago
Estado trófico
(1) Oligotrófico
(2) Mesotrófico
(3) Eutrófico
(4) Hipertrófico
3.
Promedio total de
fósforo (mg/m3 )
8
26.7
84.4
1000*
Escojan uno de los estados tróficos. Conviertan la concentración de fósforo en ppm (m/m) y
molaridad. Asuma densidad del agua de 1 kg/L. Se recomienda usar Excel para desarrollar
este ejercicio, pero deben presentarse las fórmulas por medio de las cuales se hicieron las
conversiones.
Simuladores, fertilizantes y cultivos
4.
La siguiente tabla muestra los valores mínimos y máximos de pH para diferentes cultivos (es
decir el rango) entre los cuales este se desarrolla óptimamente. Escojan uno de estos y
calculen el rango de pOH, de la concentración de [H3O+] y de [OH-] en la fase acuosa del
suelo que permite un óptimo crecimiento de este cultivo.
Tabla 2. Sensibilidad de diferentes cultivos al pH del medio [5]
CULTIVO
Acelga
Apio
Berenjena
Boniato
pH
6.0-7.5
6.1-7.4
5.4-6.0
5.1-6.0
CULTIVO
Albaricoque
Almendro
Avellano
Café
pH
6.0-6.8
6.0-6.8
6.0-7.0
5.0-7.0
CULTIVO
Alfalfa
Algodón
Alpiste
Altramuz
pH
6.5-7.8
5.0-6.2
6.0-7.0
5.0-7.0
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Bróculi
Calabaza
Cebolla
Col
Col de Bruselas
Coliflor
Escarola
Espárrago
Espinaca
Fresa
Guisantes
Judías
Lechugas
Maíz dulce
Melón
Nabo
Pepino
Pimiento
Rábano
Remolacha
Tomate
Zanahoria
6.0-7.2
5.6-6.8
6.0-7.2
6.0-7.5
5.7-7.2
6.0-7.2
5.6-6.8
6.3-7.5
6.3-7.1
5.0-6.2
5.9-7.3
5.8-6.8
5.8-7.2
5.6-6.8
5.7-7.2
5.7-6.7
5.7-7.2
6.3-7.8
6.1-7.4
6.0-7.6
5.8-7.2
Castaño
Encina
Grosellero
Limonero
Manzano
Melocotonero
Membrillero
Naranjo
Nogal
Olivo
Peral
Pino
Platanera
Pomelo
Vid
5.0-6.5
4.8-6.0
6.0-7.0
6.0-7.5
5.3-6.7
5.3-6.8
5.5-7.2
6.0-7.5
6.2-7.8
6.0-7.8
5.6-7.2
5.0-6.0
6.0-7.5
6.0-7.5
5.3-6.7
Arroz
Avena
Batatas
Cacahuete
Caña de azúcar
Cáñamo
Cebada
Centeno
Colza
Dáctilo
Girasol
Habas
Lenteja
Lino
Maíz
Mijo
Mostaza
Patatas
Soja
Sorgo
Tabaco
Trébol blanco
5.0-6.5
5.2-7.1
5.3-6.5
5.3-6.5
6.0-7.8
6.2-7.2
6.4-7.8
5.3-6.8
5.8-7.1
5.6-7.2
6.0-7.2
7.4-8.1
5.0-7.0
5.5-7.5
5.5-7.5
5.1-6.8
6.0-8.0
5.0-5.8
6.1-7.2
5.8-7.5
5.5-7.3
5.5-7.0
5.7-7.0
Equilibrio químico en soluciones acuosas
5.
Revisen algunas de las siguientes animaciones. Expresen en un corto párrafo, cual es la
diferencia observable ente ácidos y bases fuertes y débiles. No se preocupen por el inglés,
solo necesita observar la animación.
(1) Una
introducción
a
la
química
de
los
http://www.mpcfaculty.net/mark_bishop/acids.htm
ácidos.
Mpc
Faculty.
(2) Soluciones
ácido-base
Phet
interactivative
simulations.
http://phet.colorado.edu/sims/acid-base-solutions/acid-base-solutions_es.jnlp
También puede apoyarse con los siguientes videos (Departamento de Química de la
Universidad de Guelph):
Ácido débil: Chemtoons, Ácidos débiles. En:
http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons4.ht
m
Ácido fuerte: Chemtoons, Ácidos fuertes. En:
http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons3.ht
m
6.
Revise la tabla 19 del módulo. Escojan un ácido débil de los que se presentan allí (son los que
tienen flecha para ambas direcciones), ¿Cuál sería una concentración de ácido y base
conjugada necesaria para obtener una solución amortiguado con un pH igual al medio entre el
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pH máximo y el pH mínimo que se aplica uno de los cultivos del punto 4? Si es necesario,
asuma la concentración analítica del ácido.
Ejemplo pH medio: Si escogieron tabaco, el pH medio entre el máximo y el mínimo sería
pHmin +(pHmax-pHmin)/2 = 5.5+ (7-5.5)/2 = 6.25. El pH de la solución amortiguadora que
deberán construir es 6.25. Por favor sean originales al escoger el cultivo.
En general, se recomienda que al escoger el ácido, este tenga un pKa cercano a su pH de
interés.
Para mayor claridad sobre las soluciones amortiguadoras, se recomienda:
Definición y preparación: IES Domingo Miral. El pH de soluciones amortiguadoras. En:
http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica2bac/materialdeaula/QUI2BA
C%20Tema%204%20Equilibrios%20acido-base/81_el_ph_de_las_disoluciones_reguladoras.html
Respuesta de una solución amortiguadora (buffer) a un ácido fuerte: Chemtoons. En:
http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons8.htm
Respuesta de una solución amortiguadora (buffer) a una base fuerte: Chemtoons. En:
http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons7.htm
Bono (3 puntos) Revise una de las dos siguientes animaciones para tener claro los conceptos de
concentración y solubilidad:
(1) Universidad de Colorado; simulaciones interactivas. Ley de
http://phet.colorado.edu/sims/beers-law-lab/concentration_es.jnlp
beers.
En:
(2) Universidad de Colorado; simulaciones interactivas. Solubilidad de sales. En:
http://phet.colorado.edu/sims/soluble-salts/soluble-salts_es.jnlp
A partir de la revisión, concluya:
¿Cómo cambia la solubilidad con el aumento o disminución de soluto o solvente? La
solubilidad está relacionada con la concentración de saturación. Puede concluir también
sobre la cantidad de soluto disuelto
¿De los solutos (todos sales) que se dan como opción en la animación que escogieron, ¿Cuál
es el menos soluble? Si escogen la segunda animación, tengan en cuenta la fórmulas:
bromuro de mercurio (II): HgBr 2. Fosfato de estroncio: Sr 3 (PO4 )2 ; Sulfuro de Talio: Tl 2 S;
Bromuro de Plata: AgBr, Arseniato de plata: Ag 3 SO4
7.
Aplicación de fertilizantes
En la aplicación de fertilizantes, debe cuidarse el tipo de fertilizantes que se combinan para
evitar problemas de solubilidad. Suponga que aplica un fertilizante de Sulfato de Potasio
K2 SO4 es de 11 g/L a 20°, mientras que la solubilidad del C Sulfato de amonio (NH4 ) 2 SO4 a 20°C
es 1920 g/L (ambas solubilidades son en agua pura). ¿Cómo se afecta la solubilidad del
sulfato de potasio si en vez de utilizar agua pura, se utiliza agua con una concentración de
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sulfato de amonio (en molaridad) = 1+5*No. Grupo/65? Revise conceptos de ión común.
Asuma que los coeficientes de actividad son 1 (la actividad es igual a la concentración).
Ejemplo: si fuera el grupo 65, la molaridad de sulfato de amonio que debería utilizar e s
[NH4 SO 4 ]=1+5*65/65= 6 M
Determinación concentración por titulación ácido de concentración desconocida con base fuerte
8.
Utilice el archivo Excel para observar cómo cambia la curva de titulación para diferentes Ka,
[A] y [B]. Presente por lo menos las gráficas de dos condiciones diferentes, y concluya sobre
cómo cambia la curva y los puntos de equivalencia para cambios en Ka, [A] y [B]
El
archivo
Excel
se
descarga
mediante
el
siguiente
enlace:
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358005/Guias_y_rubricas/Curvas_titulacion.xls
Química descriptiva
9.
-
Para un elemento que no haya sido escogido por otro grupo; presentar:
Grupo y periodo, propiedades fisicoquímicas más importantes del elemento puro y como se
comparan con las del agua
Estado o forma en que se encuentra en la naturaleza
Importancia de sus compuestos para: ecosistemas O como contaminantes O para remedición
ambiental y tecnologías limpias (alguno de los tres)
Se tendrá en cuenta que todo esté correctamente citado y referenciado, y como puntos extra,
un formato agradable.
Publique el elemento que va a analizar en la wiki del curso, junto con su número de grupo.
Guía para la presentación del trabajo escrito
El trabajo deberá realizarse siguiendo las normas ICONTEC o APA para la presentación de trabajos
escritos, como debe ser para un informe de un equipo de futuros tecnólogos e ingenieros ambientales
Portada (1 página)
Puntos 1 al 8 (No hay límite de páginas, pero se deben cumplir las instrucciones de la guía,
todo debe estar referenciado y se deben presentar los pasos de cálculos realizados, ya sea en el
documento o como un archivo Excel adjunto)
Punto 9 (1 página)
Bibliografía y anexos (Sin límite)
En cuanto a la cibergrafía que utilicen recuerden evaluar la calidad de las fuentes electrónicas que usen, se
desestimarán fuentes con credibilidad dudosa como “rincón del vago” “yahoo answers”. Wikipedia no
puede ser la única fuente utilizada.
El trabajo final debe presentarse con el nombre: “TC2QI _GrupoXX.pdf”. Todos los cálculos realizados
deben ser presentados, ya sea como un documento Excel anexo o como un anexo al informe final en
Word. Si se adjunta el respaldo en Excel, “TC2.cálculos:GrupoXX.xls”. Si no, este debe ir como anexo en
Word, ya sea a mano (escáner en jpg) o en ecuaciones de Word.
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La copia de internet sin realizar las citaciones y referencias adecuadas, así como la copia de trabajos de
otros grupos, se considera plagio, y es una falta grave de fraude. Cualquier fraude cometido en el
desarrollo de esta actividad, se penalizará con una nota de cero (0).
Formato de entrega del trabajo
Hoja tamaño carta
Márgenes arriba, y abajo (2.5 cm) izquierda y derecha (2 cm)
Interlineado sencillo
Fuente Arial o Times New Roman entre 10 y 12
Formato de archivo PDF
Evaluación:
En la evaluación del trabajo se tendrá en cuenta la calidad de la redacción y de la ortografía, el apego
a las guías propuestas del trabajo, la calidad de la información contenida y la presentación y formato
del documento
Bibliografía:
[1] Snyder C.S., Bruulsema T.W.; Jensen T.I. Mejores prácticas de manejo para minimizar emisiones de
gases de efecto invernadero asociadas con el uso de fertilizantes. [En línea] Disponible en:
http://www.ipni.net/ppiweb/iaecu.nsf/$webindex/1523EB64F3E5C940052574CE00733B4F/$file/Mejo
res+Pr%C3%A1cticas+de+Manejo+para+Minimizar+Emisiones+de+Gases.pdf
[2] Taboada, Miguel A. Emisiones de gases de efecto invernadero derivados del proceso
agroproductivo. El caso del Óxido Nitroso N2O. Presentado en el Foro de Recursos Naturales,
Sustentabilidad de Mercosoja 2011. Instituto de Suelos, CIRN, INTA CONICET Facultad de Agronomía
UBA.
[3] USA, EPA. Atmospheric Concentrations of Greenhouse Gases. [en linea] Disponible en:
http://cfpub.epa.gov/eroe/index.cfm?fuseaction=detail.viewPDF&ch=46&lShowInd=0&subtop=342&lv
=list.listByChapter&r=239797
[4] FAO. Los fertilizantes, en cuanto contaminantes del agua. [En línea] Disponible en:
http://www.fao.org/docrep/w2598s/w2598s05.htm
[5] Curso Fertirrigación en cultivos intensivos. pH, Medida y Aplicaciones en agricultura y medio
ambiente. [En línea] Disponible en: http://www.infoagro.com/abonos/pH_informacion.htm
[6] Smart! Fertilización Inteligente. La solubilidad de fertilizantes. [en línea] Disponible en:
http://www.smart-fertilizer.com/articulos/solubilidad-de-fertilizantes
[7] University of Guelph. Departament of Chemistry. Simulaciones de química [en línea] Disponible
en: http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/
[8] Quimica 2º de BAC. El pH de soluciones reguladoras. [En línea] Disponible en:
http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica2bac/materialdeaula/QUI2BA
C%20Tema%204%20Equilibrios%20acido-base/81_el_ph_de_las_disoluciones_reguladoras.html
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[9]
PhET
Interactive
Simulations.
[En
línea]
http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/chemistry/general
Disponible
en:
[10] O'Haver, Tom. Monoprotic tritation curve. [en linea] [archivo excel] Disponible en:
http://terpconnect.umd.edu/~toh/models/TitrationDemo.html#OpenOffice