PRINCIPIPIOS DE LA TERMODINAMICA PATRE 3 PRESENTA: M.C. J. ALFREDO OCHOA G. UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Geología MATERIA HIDROGEOLOGIA II
CaCO 3 Ca +2 +CO 3 -2 G R G R RT ln( PAI) o G ( 47.8) (8.3143*10 3 )(298)ln(10 3.04 *10 5.56 ) R =-1.27 8.37 *10 IS log( PAI ) log 10 5.56 3.04 K ps EN AMBOS CASOS EL SIGNO NEGATIVO SUGIERE QUE LA REACCIÓN DEBE PROCEDER A LA DERECHA, LO QUE INDICA QUE SI EXISTE CALCITA EN EL ACUÍFERO SERÁ DISUELTA POR EL AGUA SUBTERRÁNEA. SIN EMBARGO ES CONVENIENTE TOMAR EN CUENTA QUE: 1) LA TEMPERATURA DE ANÁLISIS FUE DE 25 o C, 2) LOS DATOS REALES QUE SE TIENEN DEL LABORATORIO NO INCLUYEN LA ACTIVIDAD SINO LA CONCENTRACIÓN MOLAR TOTAL (ION LIBRE Y COMPLEJOS). UNA MUESTRA DE AGUA SUBTERRÁNEA TIENE UNA ACTIVIDAD DE CALCIO ( a Ca ) DE Y UNA a co DE DETERMINAR EL ÍNDICE DE SATURACIÓN CON 3 RELACIÓN AL MINERAL CALCITA. PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA: CONDICIONES DE EQUILIBRIO-DESEQUILIBRIO
SALES Y SUS IONES: Cálculos relacionados con su solubilidad Otro tipo de cálculos en los que podemos estar interesados, es en determinar el estado de equilibrio que guarda una solución con relación a un mineral específico. Ca 2 5x10 2 mol / L SO 2 7x10 3 mol / L 4 24 Ca SO 10 K ps CaSO Ca SO 2 4.54.5 2 IAP 5x10 2 7x10 3 10 3.45 ps IAP es mayor queK
SALES Y SUS IONES: Cálculos relacionados con su solubilidad (5 10 2 x)(7 10 3 x) 10 4.6 x 2 (5.7 10 2 )x 3.25 10 4 0 4ps Cuando una solución está sobresaturada con relación a una sal u otro mineral, puede ser interesante calcular cual será la cantidad de moles que teóricamente pueden precipitar a partir de la solución. Si “x” moles de yeso precipitan, las actividades de los iones en solución serán: Ca 2 SO 2 10 4.5 K CaSO Ca 2 SO 2 4 Ca 5x10mol / L x SO 7x10mol / L x 2323 2222 4 x=6.45x10 -3 mol/L=1.11 gramos Otra situación importante es que la relación (Ca)/(SO 4 ) en la solución cambia conforme seproducelaprecipitaciónapartirde la soluciónsaturada.De acuerdoconelejemplo,lacontinuaprecipitacióndeyesoproduceuna solución rica en Ca y empobrecida en SO 4.
LIMITACIONES DE LOS CÁLCULOS RELACIONADOS CON EQUILIBRIO A PARTIR DE DATOS TERMODINÁMICOS CON LA AYUDA DE COMPUTADORAS, LOS CÁLCULOS QUE SE REALIZAN PUEDEN SER MUY PRECISOS, LA MAYOR LIMITACIÓN SE PRESENTA EN LA BASE DE DATOS TERMODINÁMICOS VALORES DE G f o.- Estos datos son más o menos precisos, pero el cálculo de G r incluye la adición y resta de valores de G f resultando un número pequeño. Como la incertidumbre en G f o se suman, el valor resultante puede ser grande con relación a G r COEFICIENTES DE ACTIVIDAD.- En la medida de que se incrementa la fuerza o o.o. iónica, es más complicado de calcular en forma precisa los coeficientes de actividad. La mayoría de los programas fallan en estos cálculos cuando la fuerza iónica es mayor de 0.5. SUPOSICIÓN DE EQUILIBRIO.- Las predicciones basadas en termodinámica están sustentadas por la aproximación de equilibrio. Las discrepancias con la realidad se producen cuando el sistema real no está condicionado por el equilibrio.
LA INFORMACIÓN ANTERIOR 1.-Unanálisisquímicodeunamuestradeaguatienelassiguientes concentraciones (mg/l) Ca +2 =93.9, Mg +2 =22.9, Na + = 19.1, HCO 3 -- =344, Cl - =9.0, SO 4 -2 =85, pH=7.20. Cual es la fuerza ionica? 2.- Escribir la expresión correspondiente a la ley de acción de masas para las siguientes reacciones 3.- Para el agua del problema 1 determinar el índice de saturación con respecto a la calcita a 25º C, (CO 3 =0.34e-05) y que la constante de equilibrio para la disolución de la calcita es 4.27e-9. Que indica el resultado con respecto al estado de saturación con respecto a la calcita?. 4.- Calcular la constante de equilibrio para el yeso a 50º C utilizando los valores de DH y DS. Como se comparan estos resultados con los obtenidos para 25º C?. CaCO Ca 2 CO 2 CO (g) CO (aq)Mn 2 Cl MnCl 2233 EJERCICIOS PARA COMPLEMENTAR