REVISIÓN DEL CURSO Y ESTRATEGIAS DE TRABAJO (9:00-9:30) PRINCIPIOSDE QUÍMICA PRINCIPIOS DE QUÍMICA Soluciones acuosas y las propiedades del agua Concentración.

Presentación del tema: "REVISIÓN DEL CURSO Y ESTRATEGIAS DE TRABAJO (9:00-9:30) PRINCIPIOSDE QUÍMICA PRINCIPIOS DE QUÍMICA Soluciones acuosas y las propiedades del agua Concentración."— Transcripción de la presentación:

1 REVISIÓN DEL CURSO Y ESTRATEGIAS DE TRABAJO (9:00-9:30) PRINCIPIOSDE QUÍMICA PRINCIPIOS DE QUÍMICA Soluciones acuosas y las propiedades del agua Concentración y unidades Composición química del agua subterránea PROTOCOLO PARA LA PLANEACIÓN DE TRABAJOS DE CAMPO El concepto de muestra de agua representativa La “ correcta ” toma de muestras de agua subterránea Medición de parámetros de campo Trabajo de campo y laboratorio TRABAJO LABORATORIO DE CÓMPUTO Manejo de resultados mediante herramientas de cómputo (Excel, Surfer y Aquachem) TEMARIO DEL CURSO DÍA 1

2 EQUILIBRIO QUÍMICO Termodinámica y equilibrio químico Solubilidad de minerales Actividad y concentración Complejos en solución Cálculo de índices de saturación TRABAJO LABORATORIO DE CÓMPUTO Cálculos mediante herramientas de cómputo (Aquachem y PHREEQC) y representación gráfica de resultados (Excel y Surfer) TEMARIO DEL CURSO DÍA 2 PROTOCOLO PARA LA PLANEACIÓN DE TRABAJOS DE CAMPO

3 REACCIONES ÁCIDO-BASE Y EL SISTEMA DE CARBONATOS La importancia del dióxido de carbono Alcalinidad Sistema abierto y cerrado para la disolución de carbonatos ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO Superficies de intercambio en suelos y acuíferos Intercambio iónico en agua subterránea (Efecto cromatográfico) Intercambio catiónico en relaciones agua dulce/agua salada PROCESOS Y REACCIONES REDOX Teoría básica de las reacciones de transferencia de electrones Diagramas redox Secuencias de reacciones redox en sistemas de agua subterránea Nitrato, hierro y sulfato en el agua subterránea, reacciones de reducción por diferentes agentes TRABAJO LABORATORIO DE CÓMPUTO Cálculos mediante herramientas de cómputo (Aquachem y PHREEQC) y representación gráfica de resultados (Excel y Surfer) TEMARIO DEL CURSO DÍA 3

4 PROCESOS Y REACCIONES REDOX Teoría básica de las reacciones de transferencia de electrones Diagramas redox Secuencias de reacciones redox en sistemas de agua subterránea Nitrato, hierro y sulfato en el agua subterránea, reacciones de reducción por diferentes agentes INTERPRETACIÓN HIDROGEOQUÍMICA BÁSICA GENERACIÓN DEL MODELO HIDROGEOQUÍMICO CONCEPTUAL TRABAJO LABORATORIO DE CÓMPUTO Cálculos mediante herramientas de cómputo (Aquachem y PHREEQC) y representación gráfica de resultados (Excel y Surfer) Modelación inversa con PHREEQC TEMARIO DEL CURSO DÍA 4

5 GENERACIÓN DEL MODELO HIDROGEOQUÍMICO CONCEPTUAL CASOS DE ESTUDIO: San Luis Potosí (evolución en rocas volcánicas fracturadas e identificación de procesos de mezclas de agua) Santo Domingo (procesos de salinización en acuíferos costeros) Cuatrociénegas (evolución en rocas sedimentarias calcáreas y efectos de evaporación en cuencas endorreicas) TRABAJO LABORATORIO DE QUÍMICA TEMARIO DEL CURSO DÍA 5

6 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS PORQUE ES INTERESANTE ESTUDIAR LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS AGUAS NATURALES? EL AGUA SE ESTUDIA PORQUE: 1)QUEREMOS UTILIZARLA Y SU COMPOSICIÓN QUÍMICA PERMITE ESTABLECER SI ES APTA PARA SU USO 2)ES NECESARIO CONOCER SU RELACIÓN CON EL AMBIENTE (SISTEMAS DE FLUJO) 3)ESTÁ CONTAMINADA Y ES NECESARIO DEFINIR LA EXTENSIÓN DE ESA REGIÓN Y LOS CONSTITUYENTES QUE PRESENTA 4)TIENE RELACIÓN CON MUCHOS PROCESOS GEOLÓGICOS

7 ESTÁNDARES DE CALIDAD DEL AGUA

8 SECRETARÍA DE SALUBRIDAD Y ASISTENCIA NOM-127-SSA1-1994 LÍMITES PERMISIBLES PARA EL AGUA DE CONSUMO HUMANO (USO PÚBLICO- URBANO) ESTÁNDARES DE CALIDAD DEL AGUA

9 ESTÁNDARES INTERNACIONALES DE CALIDAD DEL AGUA PARA USO POTABLE WORLD HEALTH ORGANIZATION EPA ESTÁNDARES NACIONALES DE CALIDAD DEL AGUA PARA USO POTABLE SECRETARÍA DE SALUBRIDAD Y ASISTENCIA

10 ESTÁNDARES DE CALIDAD DEL AGUA AUNQUE EN LA NOM-127-SSA1-1994 NO SE ESTABLECE EXPLICITAMENTE, ES POSIBLE REALIZAR UNA AGRUPACIÓN DE LAS DIVERSAS CARACTERÍSTICAS DE ACUERDO A SI SON: 1) INDICADORAS DE CONTAMINACIÓN, 2) ESTÉTICAS, 3) TÓXICAS ENTRE LOS INDICADORES SE PUEDE MENCIONAR: ENTRE LOS INDICADORES SE PUEDE MENCIONAR:Coliformes, compuestos de nitrógeno, SAAM, fenoles, pH. LAS CARACTERÍSTICAS ESTÉTICAS SON: LAS CARACTERÍSTICAS ESTÉTICAS SON: Color, turbiedad, salinidad, cloruros, sodio, hierro, manganeso, dureza total. TÓXICAS: TÓXICAS: Aluminio, bario, arsénico, cadmio, cobre, cromo, fluoruro, mercurio, nitrato, pesticidas organoclorados, plomo, trihalometanos, sulfato.

11 ESTÁNDARES DE CALIDAD DEL AGUA ESTÁNDARES INTERNACIONALES DE CALIDAD DEL AGUA PARA USO AGRÍCOLA QUE TOMAN EN CUENTA LA SALINIDAD QUE CONSIDERAN LA RELACIÓN DE ADSORCIÓN DE SODIO QUE ANALIZAN EL EFECTO DE ELEMENTOS TRAZA ESPECÍFICOS COMO EL BORO

12 RELACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA CON EL AMBIENTE

13 CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA CONTAMINANTE La definición de CONTAMINANTE establece que es cualquier materia o sustancia, o sus combinaciones o compuestos derivados químicos o biológicos tales como humos, polvos, gases, cenizas, bacterias, residuos y desperdicios y cualesquiera otros, que al incorporarse o adicionarse al aire, agua o tierra puedan alterar o modificar sus características naturales o las del ambiente. AGUA CONTAMINADA De este modo, cuando el agua no es apta para consumo humano porque tiene concentraciones anómalas de compuestos introducidos a partir de actividades antropogénicas, se clasifica como AGUA CONTAMINADA.

14 Categoría I Categoría I : Fuentes diseñadas para descargar substancias Categoría II Categoría II : Fuentes diseñadas para almacenar, tratar y/o disponer substancias Categoría III Categoría III : Fuentes diseñadas para almacenar substancias durante su transporte Categoría IV Categoría IV : Fuentes que descargan substancias como una consecuencia de otras actividades lucrativas Categoría V: Categoría V: Fuentes que proporcionan un conducto para la entrada de agua contaminada a los acuíferos Categoría VI: Categoría VI: Fuentes naturales cuya descarga es incrementada por la actividad humana CLASIFICACIÓN DE FUENTES DE CONTAMINACIÓN DE ACUERDO CON OTA (1984)

15 MineralogíaPetrologíaEstratigrafíaEstructural GEOLOGÍA GEOQUÍMICA DEL AGUA Materiales geológicos (cuerpos de roca y fluidos) Procesos diagenéticos Yacimientos minerales Reecristalización de rocas metamórficas Esfuerzos tectónicos Migración de hidrocarburos REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS

16 PROPIEDADES DEL AGUA Geometría de las moléculas de agua y el enlace de hidrógeno de las moléculas Las propiedades físicas del agua se deben a las interacciones que se producen a escala molecular, ya que la molécula de agua es de tipo polar. La distribución de la carga produce una atracción conocida como enlace de hidrógeno

17 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA: ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE AGUA: Es una molécula polar covalente, por lo que le permite disolver substancias. El enlace de hidrógeno que conjunta moléculas de agua condiciona el punto de ebullición elevado y que sea un liquído a temperatura ambiente. HIDRATE SOLVATADOS ESTA POLARIDAD DE LA MOLÉCULA DE AGUA CONDICIONA QUE HIDRATE LOS IONES DE SALES Y MINERALES, NEUTRALIZANDO LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN QUE FORMAN LOS CRISTALES DE LOS MINERALES POR LO QUE LOS DISUELVE. CUANDO ESTÁN HIDRATADOS, LOS IONES ESTÁN SOLVATADOS POR MOLÉCULAS DE AGUA.

18 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS CONCENTRACIÓN Y CONVERSIÓN DE UNIDADES SOLVENTE (AGUA)SOLUTO (SUBTANCIAS DISUELTAS) NITRATO NITRÓGENO (N NITRATO (NO 3 - ) ALGUNAS CONCENTRACIONES PUEDEN EXPRESARSE EN DIFERENTES FORMAS, POR EJEMPLO EL NITRATO PUEDE EXPRESARSE EN TÉRMINOS DE LA MASA DE NITRÓGENO (N) O DE NITRATO (NO 3 - )

19 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS UNA SOLUCIÓN CON 50 mg/l DE NO 3 - QUE CONCENTRACIÓN TIENE EN TÉRMINOS DE N-NO 3 ? PESO MOLECULAR NO 3 =14+(3 x 16)=62 NITRATO NITRÓGENO (N NITRATO (NO 3 - ) ALGUNAS CONCENTRACIONES PUEDEN EXPRESARSE EN DIFERENTES FORMAS, POR EJEMPLO EL NITRATO PUEDE EXPRESARSE EN TÉRMINOS DE LA MASA DE NITRÓGENO (N) O DE NITRATO (NO 3 - )

20 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS CONCENTRACIÓN MOLAR MOLARIDAD ( M ).- MOLARIDAD ( M ).-Número de moles de soluto disuelto en 1 litro solución MOLALIDAD ( m ).- MOLALIDAD ( m ).- Número de moles de soluto disueltos en 1000 g de solución FRACCIÓN MOLAR.- FRACCIÓN MOLAR.-Se utiliza para soluciones sólidas y para mezclas de líquidos de fase no acuosa

21 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS EQUIVALENTES Y NORMALIDAD NORMALIDAD ( N ).- NORMALIDAD ( N ).-Concentración que toma en cuenta la valencia de los solutos iónicos. Debido a que la suma de cargas positivas y negativas en una solución deben balancearse, la suma de normalidades de los solutos iónicos debe balancearse. Puede determinarse como el producto de la molaridad por la carga del ion. También se le denomina equivalente o miliequivalente por litro. PESO EQUIVALENTE LAS CONCENTRACIONES DE ALGUNOS PARÁMETROS QUÍMI- COS SE EXPRESAN COMO EL PESO EQUIVALENTE DE CARBO- NATO DE CALCIO (mg/l de CaCO 3 ), POR EJEMPLO LA DUREZA Y LA ALCALINIDAD.

22 REVISIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS EQUIVALENTES Y NORMALIDAD LA CONCENTRACIÓN DE ALGUNOS PARÁMETROS SE EXPRESA COMO EL PESO EQUIVALENTE DE CARBONATO DE CALCIO (mg/l CaCO 3 ). Por ejemplo la Dureza Total del agua se expresa como la suma de las concentración de Ca y Mg en términos de CaCO 3. Cual es la Dureza total de una muestra de agua que tiene 175 mg/l de Ca y 85 mg/l de Mg?

23 CLASIFICACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES INORGÁNICOS DISUELTOS EN EL AGUA SUBTERRÁNEA CONSTITUYENTES MAYORES (CONCENTRACIÓN  5 mg/l) ANIONES Bicarbonato HCO 3 - Sulfato SO 4 -2 Cloruro Cl - CATIONES Sodio Na + Magnesio Mg +2 Calcio Ca +2 SÍLICE Y ÁCIDO CARBÓNICO CONSTITUYENTES MENORES (CONCENTRACIÓN 0.01-10 mg/l) BORO, CARBONATO, FLUORURO, NITRATO, POTASIO, HIERRO CONSTITUYENTES TRAZA (CONCENTRACIÓN <0.1mg/l) ALUMINIO, LITIO, BROMURO, ARSÉNICO, CROMO, YODO, ZINC BERILIO, MANGANESO, ENTRE OTROS

24 VERIFICACIONES PERTINENTES PARA VALIDACIÓN DE LOS ANÁLISIS QUÍMICOS ANÁLISIS DEL PROCEDIMIENTO DE CAMPO UTILIZADO PARA LA MEDICIÓN DE PARÁMETROS DE CAMPO Y PRESERVACIÓN DE MUESTRAS ANÁLISIS DEL PROCEDIMIENTO DE CAMPO UTILIZADO PARA LA MEDICIÓN DE PARÁMETROS DE CAMPO Y PRESERVACIÓN DE MUESTRAS UTILIZACIÓN DE HOJA DE CUSTODIA UTILIZACIÓN DE HOJA DE CUSTODIA UTILIZACIÓN DE BLANCOS DE CAMPO UTILIZACIÓN DE BLANCOS DE CAMPO PREVIO AL ANÁLISIS DE LABORATORIO DURANTE ANÁLISIS DE LABORATORIO METODOS ANALÍTICOS APROPIADOS PARA CADA UNA DE LAS DETERMINACIONES A REALIZAR (NORMA OFICIAL CORRESPONDIENTE O ESTÁNDAR METHODS) METODOS ANALÍTICOS APROPIADOS PARA CADA UNA DE LAS DETERMINACIONES A REALIZAR (NORMA OFICIAL CORRESPONDIENTE O ESTÁNDAR METHODS) CONTROL DE CALIDAD (PRECISIÓN Y EXACTITUD) CONTROL DE CALIDAD (PRECISIÓN Y EXACTITUD) UTILIZACIÓN DE GRÁFICAS DE CONTROL UTILIZACIÓN DE GRÁFICAS DE CONTROL

25 VERIFICACIONES PERTINENTES PARA VALIDACIÓN DE LOS ANÁLISIS QUÍMICOS POSTERIOR AL ANÁLISIS DE LABORATORIO PRECISIÓN.- PRECISIÓN.- ERRORES ESTADÍSTICOS QUE REFLEJAN FLUCTUACIONES ALEATORIAS EN EL PROCEDIMIENTO ANALÍTICO (ANÁLISIS DE DUPLICADOS) EXACTITUD.- EXACTITUD.- ERRORES SISTEMÁTICOS QUE REPRESENTAN DESVIACIONES SISTEMÁTICAS DEBIDO A PROCEDIMIENTOS ERRÓNEOS O INTERFERENCIAS DURANTE EL ANÁLISIS (ANÁLISIS DE REFERENCIAS INTERNACIONALES Y/O CONDICIÓN DE ELECTRONEUTRALIDAD)

26 CONDICIÓN DE ELECTRONEUTRALIDAD VERIFICACIONES PERTINENTES PARA VALIDACIÓN DE LOS ANÁLISIS QUÍMICOS LOS CATIONES Y ANIONES SE EXPRESAN EN meq/l; LOS ERRORES MAYORES AL 5-10% EN OCASIONES INDICAN LA NECESIDAD DE ANALIZAR CON DETALLE LOS RESULTADOS COMPARACIÓN ENTRE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA CALCULADA Y LA MEDIDA PARA UNA AGUA EN LA QUE PREDOMINA EL HCO 3 Y EL Ca

27 VERIFICACIONES PERTINENTES PARA VALIDACIÓN DE LOS ANÁLISIS QUÍMICOS Los resultados de un análisis de laboratorio son: pH= 8.22 y C.E.=290  mhos/cm La condición de electroneutralidad rinde un –0.03%

28 MAGNÉSICA CÁLCICA SÓDICA BICARBONATADA SULFATADA CLORURADA MIXTA Ca+Mg Na+K Ca+Mg, Na+K Na+K, Ca+Mg HCO3+CO3 HCO3-Cl+SO4 -Cl+SO4, HCO3 Cl+SO4 FAMILIAS DE AGUA Y FACIES HIDROGEOQUÍMICA

29 EJERCICIOS PARA COMPLEMENTAR LA INFORMACIÓN ANTERIOR 1.- Determinar el número de oxidación del N en las siguientes especies químicas. 2.- Determinar el número de oxidación del S en las siguientes especies químicas. 3.- Un análisis químico de rutina presenta los siguientes resultados (mg/l) Ca=93.9, Mg= 22.9, bicarbonato=344, sulfato 85, cloruro=9.0, pH=7.2. Expresar las concentraciones en términos de molaridad, molalidad y equivalentes, además calcular el error por balance de cargas y la familia de agua. 4.- Una salmuera tiene una densidad de 1.2 kg/l a 25º C, contiene 100,000 ppm de sodio. Expresar esta concentración en términos de mg/l. A 100º C la salmuera ocupa 0.84 litros, cual es la concentración (mg/l) de sodio a esta temperatura?. 5.- Analizar y completar (si fuera posible) el siguiente análisis (mg/l): Ca= 93, Mg=7, Na=18, K=2.4, HCO 3 =183, CO 3 =45, Cl=150, STD= 320, pH=6.7