PRESENTA: M.C. J. ALFREDO OCHOA G. UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Geología MATERIA HIDROGEOLOGIA II.

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1 PRESENTA: M.C. J. ALFREDO OCHOA G. UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Geología MATERIA HIDROGEOLOGIA II

2 Conversión de Unidades: Reporte de laboratorio: mg/l o ppm para iones mayores y  g/l o ppb para elementos traza. Conversiones: Conc. en mmol/l = (ppm o mg/l)/ Peso Molecular Conc. en meq/l = Conc. en mmol/l x Carga iónica

3 Balance de Cargas El error en una medición se define como: Describe el hecho de que el total de equivalentes (eq) o miliequivalentes (meq)de cationes en un volúmen o peso dado de agua debe ser igual a los miliequivalentes o equivalentes de aniones. meq. o eq. de iones = meq. o eq. de cationes Error = Iones positivos - iones negativos Iones positivos + iones negativos El resultado se expresa en %

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6 Termodinámica de equilibrio Para cualquier reacción, por ejemplo: A + B = C + D, se tiene una K (constante de quilibrio) igual a: Keq = (a C * a D )/(a A *a B ), donde a = actividad química; A y B reactantes, y C y D los productos. La concentración reportada por el lab. analítico es m y la relación entre m (concentración) y a (actividad) esta dada por:  = a i /m i, donde i es cualquier elemento, y  (lambda) es el coeficiente de actividad.

7 Termodinámica de equilibrio (continuación) El equilibrio termodinámico se define como el estado de menor energía del sistema. Para sistemas de aguas naturales a P y T constante, la medida de energía es la ENERGIA LIBRE DE GIBBS (G), que se relaciona con la Entalpia (H) y la Entropia (S) del sistema: G = H - TS, o  G =  H - T  S En la reacción A + B = C + D;  G R =  G p -  G r si  G R >0 la reacción va, si  G R <0 la reacción va, si  G R = 0, hay equilibrio. La K eq también esta dada por la expresión: log K eq = -(  G R )/5.708 a 25C y  G R esta dada en kj/mol.

8 Equilibrio quimico (ejemplo) ¿Que fase mineral es mas estable a condiciones atmosfericas, Hematita o Magnetita? 6Fe 2 O 3 = 4Fe 3 O 4 + O 2 G r 0 (kJ/mol) Hematita -742.8 Magnetita-1012.9 Oxigeno 0

9 Equilibrio quimico (ejemplo) ¿Que fase mineral es mas estable a condiciones atmosfericas, Hematita o magnetita? 6Fe 2 O 3 = 4Fe 3 O 4 + O 2 G r 0 (kJ/mol) Hematita -742.8 Magnetita-1012.9 Oxigeno 0 dGr0 = 4(-1012.9) + 0 - 6(-742.8) = +201.6 kJ7mol La hematita es mas estable a condiciones atmosféricas

10 Fuerza Iónica y coeficiente de actividad: Teoría de Debye-Huckel: I = ½  m i z 2 i ; log  i = (-Az 2  I) / (1+Ba 0  I); Donde: I = Fuerza Iónica; A, B, a 0 son parametros termodinámicos ya tabulados. Calcular I para la muestra de Rio Grande: Calcular:  Ca 2+ y  SO4 2- Con: A = 0.5085; B = 0.3281; y a 0 =5.0 x 10 -8

11 Fuerza Iónica y coeficiente de actividad: Teoría de Debye-Huckel: I = ½  m i z 2 i ; log  i = (-Az 2  I) / (1+Ba 0  I); Donde: I = Fuerza Iónica; A, B, a 0 son parametros termodinámicos ya tabulados. Para la muestra de Rio Grande: I = 0.0189 y,  Ca 2+ = 0.591;  SO4 2- = 0.591

12 Índice de saturación IS = 0 saturado (equilibrio) IS < 0 No saturado IS > 0 Sobresaturado PAI > K eq dG r >0 CaSO 4 Ca 2+ +SO 4 2- PAI = K eq dG r = 0 CaSO 4 Ca 2+ + SO 4 2- PAI < K eq dG r < 0 CaSO 4 Ca 2+ + SO 4 2- Cuando: IS = log PAI K eq

13 Indice de saturación (IS o SI) Analizemos el ejemplo de la disolución de yeso: CaSO 4. 2H 2 O Ca 2+ + SO4 2- + 2H 2 O; Calcular  G r, Keq =, PAI y IS para el caso del agua del Rio Grande.  G r (kJ/mol) Ca 2+ -552.8 SO 4 2- -744.0 H 2 0-237.14 CaSO 4. 2H 2 0-1797.36

14 Indice de saturación (IS o SI) Analizemos el ejemplo de la disolución de yeso: CaSO 4. 2H 2 O Ca 2+ + SO4 2- + 2H 2 O;  G R = 26.28, Keq = 10 -4.60 o, Keq = (a Ca 2+ )(a SO4 2- ) = 10 -4.60 Y el producto de la actividad ionica (PAI), o Kap esta dada por: PAI = (a Ca 2+ )(a SO4 2- ) = (m  Ca 2+ )(m  SO4 2- ) donde m es la concentración resultado del análisis químico y  es el coeficiente de actividad calculado previemente: PAI = (0.00272x 0.591 ) x (0.00248x 0.591) = 2.35 x 10 -6 = 10 -5.63 Indice de saturación (IS) = log (PAI / K eq ) = log(10 -5.63 / 10 -4.60 ) =-1.03, la solucion esta subsaturada con respecto a yeso.

15 0 24681012 14 pH 2 4 6 8 10 12 1 3 5 7 9 11 - log concentración (M) H 2 CO 3 HCO 3 - CO 3 2- OH - H+H+ Distribución de especies de carbonato en función del pH

16 Adsorción SORCIÓN AdsorciónAbsorciónPrecipitación Cristal Solución O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O Fe Zn H H H H H H H H H H H H H H H H H H H