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 1 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 3