REACCIONES DE PRECIPITACIÓN Y DISOLUCIÓN EN AGUAS

NATURALES

CONTAMINACIÓN DE AGUAS

INTEGRANTES:• Chávez Benites Jenny

20090415• Dioses Morales Jacqueline 20090997• Nakaya Barzola Daniel

20090123

ASPECTOS GENERALES

Los fenómenos de precipitación y disolución son de suma importancia en las aguas naturales como en los procesos de tratamiento de aguas. La disolución de minerales es una de los principales factores que determinan la composición de las aguas naturales La composición química del agua natural se puede alterar por precipitación de minerales y la subsecuente sedimentación de estos sólidos en soluciones sobresaturadas.Los procesos de Tratamiento de aguas como el ablandamiento , la eliminación de hierro, la coagulación de sales metálicas hidrolizantes y la precipitación de fosfatos se basan en fenómenos de precipitación

ASPECTOS GENERALES

Reacciones de Precipitación:Aquéllas que dan como resultado la formación de un producto insoluble.Precipitado: Sólido insoluble que se forma por una reacción en disolución.

Disolución de sales:La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia de disolverse otra; esto depende de los siguientes factores: Naturaleza del soluto, Temperatura, presión, pH, etc.

ASPECTOS GENERALES

CINÉTICA DE LA PRECIPITACIÓN Y DISOLUCIÓN

• Ocurre en 3 etapas:• Nucleación• Crecimiento de cristal• Aglomeración y maduración de los

sólidos.

NUCLEACIÓN

Un núcleo es una partícula fina sobre la cual puede llevarse a cabo la formación espontanea o la precipitación de una fase sólida. Los núcleos pueden de pequeños componentes del precipitado, o bien, pueden ser partículas finas que no tienen relación con las partículas del precipitado.

Tipos de Nucleación

• Nucleación Homogénea: cuando los núcleos se forman de los iones componentes del precipitado.

• Nucleación Heterogénea: cuando las partículas extrañas son los núcleos.

CRECIMIENTO DE CRISTALESLos cristales se forman por el deposito de los iones constituyentes del precipitado sobre los núcleos; como los procesos de tratamientos de aguas y aguas residuales en que interviene la precipitación, con frecuencia no se llega al equilibrio, la velocidad de crecimiento de cristales es importante .

nCCkSdtdC

*)(

C*: Concentración de saturación, mol/LC : Concentración real del ion limitantes, mol/Lk : Constante de velocidad, Ln.t-1

S : área superficial disponible para la precipitación mg/Ln : constante

AGLOMERACIÓN Y MADURACIÓN

El sólido inicial formado por precipitación puede no ser el más estable(en la fase termodinámicamente estable) para las condiciones de reacción, entonces la estructura cristalina del precipitado puede cambiar a la de la fase estable, provocando una solubilidad inferior a la fase inicialmente formada.Envejecimiento: Se llama así a los cambios de la estructura cristalina de las partículas a lo largo del tiempo. Maduración: Fenómeno por el cual aumenta el tamaño del cristal del precipitado.

DISOLUCIÓN

De acuerdo a Walton, la disolución casi siempre está controlada por la velocidad de difusión de las especies que se alejan de los sólidos. De acuerdo con esto, se sigue la ley de velocidad.

En ocasiones la velocidad de disolución de la sustancia puede estar modificada por la formación de complejos en la superficie.

*)( CCkSdt

dC

CÁLCULOS DE EQUILIBRIO

Permite determinar las concentraciones en el equilibrio y por tanto la cantidad de

precipitado o cantidad de material disuelto.

Cálculos de equilibrio

– Producto de solubilidad– Efecto de la temperatura– Efecto del ion común– Diagramas logarítmicos de

concentración Ca, Mg, complejos de Fe.

Es el nombre que se da a la constante de equilibrio que describe la reacción por la cual un precipitado se disuelve en agua para formar sus iones constituyentes.

)(

)(

syz

yzzy

zysyz

BABA

Keq

yBzABA

yzzy BAKps

PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

↑Kps

• Una sal es más soluble cuando mayor es su Kps.

• Conocida la solubilidad de un compuesto iónico en agua, se puede calcular el valor de su Kps y viceversa.

• Producto de solubilidad: termino coloquial para constante de equilibrio

• Solubilidad: es la cantidad de sustancia en moles /litro o mg/litro que se puede disolver en una solución en un conjunto determinado de condiciones.

PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

EFECTO DE LA TEMPERATURA• La temperatura influye tanto en la posición de equilibrio de la

reacción de precipitación como en la velocidad de reacción.• En general la solubilidad aumenta , al aumentar la temperatura

exceptuando: • Como cualquier constante de equilibrio, Kps depende de la

temperatura, su aplicación se deduce aplicando el principio de Le Chatelier

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA SOLUBILIDAD

(Frecuentemente)

La solubilidad de un compuesto iónico poco soluble disminuye en presencia de un segundo soluto que proporcione un ion común.

1

)(1

)()(

1)(

2)()(2 2

acacs

acacs

IKKI

IPbPbI

Ion común

EFECTO DEL IÓN COMÚN

s (PbI2 en agua) = 1.2×10-3 Ms (PbI2 en una disolución 0.1 M de KI) = 7.1×10-7 M

La presentación de los equilibrios de precipitación en diagramas logarítmicos de concentración es una gran ayuda para la resolución de problemas de equilibrio.

DIAGRAMAS LOGARÍTMICOS DE CONCENTRACIÓN

Esta última ecuación puede representarse en diagramas para resolver diferentes problemas.

Concentración de Ca en aguas:

Agua dulce10 - 250 mg/L

De Terrenos Yesiferos

Hasta 600 mg/L

Salmueras50000 mg/L

2-

SOLUBILIDAD DE SALES DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES

Los fenómenos de precipitación y disolución se complican más si el catión de la sal es un ácido débil, como el NH , o si el anión es una base débil, como el CN o el CO Por ejemplo:

y el ion CN reacciona con agua

o, de otra forma

4+

- -

3

85.4log2 bKOHHCNOHCN

15.9)/1log( aKHCNHCN

8.13log)( sos KCNAgAgCN

EFECTO DE LA FORMACIÓN DE

COMPLEJOS SOBRE LA SOLUBILIDAD

EFECTO DE LA FORMACIÓN DE COMPLEJOS SOBRE LA SOLUBILIDAD

Cuando cualquiera de los iones constituyentes de un solido interviene en la formación de complejos después de la disolución, hay un incremento en la solubilidad del solido.

Equilibrios de formación de complejos:• Las reacciones que involucran la formación de complejos

son utilizadas en los procedimientos volumétricos y gravimetricos. Para el cloruro de plata sólido en una solución de amoniaco.

• Al compuesto se le llama "complejo“. En realidad, el compuesto es iónico y está disociado en iones y a la especie se le llama "ion complejo".

• Se forma de:

)( 33 NHAgNH2Ag

2333 NHAgNHNHAg )()(

)( 33 NHAgNH2Ag

2333 NHAgNHNHAg )()(

EFECTO DE LA FORMACIÓN DE COMPLEJOS SOBRE LA SOLUBILIDAD

Las constantes de equilibrio para estas dos reacciones son:

Las relaciones entre las constantes de formación en las etapas y la constante de formación global son y así sucesivamente.

En este caso, para el es de 2.3 x 10 x 6.0 x 10 = 1.4 x 10 .

y se les llama constantes de estabilidad o de formación de los complejos

 

3 3 7

EFECTOS COMPETITIVOS DE VARIOS LIGANDOS

En las aguas naturales y de desechos existen una gran variedad de ligandos, estos compiten entre sí y pueden influir tanto en la solubilidad de sólidos como en el tipo del sólido que se forma.Algunos ligandos presentes en aguas naturales:H2O, OH-, HCO3, Cl-, SO4

2-

Precipitación de Fe(OH)2(s) y FeCO3(s)

Durante el ablandamiento con sal sosa de agua freática que contenga hierro.

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

Diagrama de área de predominancia

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

• El ión Al3+ interactúa con el agua para formar complejos hidroxo y Al(OH)3(s), y con ortofosfato para formar AlPO4(s) .

• Las concentraciones de PO43- y OH- , son función del

pH.

Precipitación de Al(OH)3(s) y AlPO4(s)

Cuando se agrega alumbre a un agua residual para eliminar los fosfatos

SUPUESTOS PARA EL DIAGRAMA DE ÁREA DE PREDOMINANCIA• Sólo es de importancia el Al(OH)3(s) recién

precipitado.• No hay formación de complejos poliméricos

hidroxo-aluminio(III). • El único sólido de fosfato de aluminio que se

forma es AlPO4(s)

SOLUBILIDAD DEL CARBONATO DE CALCIO Y ESTABILIDAD DEL AGUA

Ca²⁺

Carbonatos- CaCO3

o

- CaHCO3+

Hidróxidos- CaOH+

CaCO3(s)

(Poco soluble)

Forma complejos solubles débiles con:

SOLUBILIDAD DEL CARBONATO DE CALCIO Y ESTABILIDAD DEL AGUA

Los procesos de la formación de carbonatos son del tipo marino inorgánico, del tipo bioquímico y del tipo terrestre.

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

MODELOS PARA EL COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS NATURALES

En equilibrio con CaCO3(s).

Sistema Cerrado

• Disolución del CaCO3 de un sedimento en el fondo de un lago estratificado

Ca2+

CO2-

3

HCO3

-

H2CO3*

H+

OH-

CaCO 3

• Cuando se CaCO3 disuelve en agua que está cerrada a la atmósfera

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

Sistema Abierto

• Cuando el agua se eleva a la superficie en

un manantial (atmósfera con PCO2

alta), se puede precipitar el CaCO3 en

forma del mineral travertina

• Cuando se CaCO3 disuelve o precipita en agua que está abierta a la atmósfera

CO2(g)

H+

,OH-

CaCO3(s)

HCO-3

H2CO*3

Ca2+

CO3

2-

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

Sistema Abierto

• La disolución del CaCO3 del suelo por la acción de H+ producto la oxidación de amoniaco de un drenaje que llega a la recarga freática.

• El CaCO3 está en equilibrio con el agua, abierta a la atmósfera y a la cual se le ha añadido cierta cantidad de ácido o base fuerte.

CO2(g)

CaCO3(s)

HCO-3

H2CO*3

Ca2+

CO3

2-

CO3

2- -

C A C B

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

El control principal de solubilidad del carbonato de calcio es la concentración de iones hidrógeno (pH), el cual es controlado por la presión parcial del dióxido de carbono de acuerdo a las siguientes reacciones: 

CO2 + H2O  →   H2CO3

H2CO3   →     H+ + HCO3

HCO3   →    H+ + CO2

CO3 + Ca   →   CaCO3

 El resultado final se resume en la siguiente ecuación: 

CO2 + H2O + CaCO3    →    Ca+ + 2HCO3Se considera que existen 5 mecanismos básicos por medio de los cuales se logra la disminución de la cantidad de dióxido para que se lleve a cabo la precipitación del carbonato de calcio:

• Aumento de temperatura• Agitación del agua• Aumento de salinidad• Actividad orgánica

          

FACTORES, QUE INFLUYEN LA DISOLUCIÓN Y LA PRECIPITACIÓN DE

CACO3

fuente:Química del agua, Jenkins

REACCIONES DE LOS FOSFATOS

El fósforo, presente como diversas formas de fosfato, es de gran importancia en una amplia variedad de procesos biológicos y químicos en las aguas naturales, los desechos y el tratamiento de aguasSe tienen las siguientes clases de fosfatos– Ortofosfatos– Polifosfatos– Metafosfatos

REACCIONES DE LOS FOSFATOS

FUENTE: Química del agua ,JENKINS

• Concentraciones típicas de fosfatos total en el agua

Drenaje doméstico 3-15 mg/litro como P 1-5 x 10 ^(-4)M

Drenaje agrícola 0.05-1 mg/litro como P 2-30x 10 ^(-6)M

Agua superficial de lago0.01-0.04 mg/litro como P 3-13 x 10 ^ (-7)M

Precipitación de oxido de hierro

Ambiente ReductorFe+2 (el hierro se encuentra en su forma reducida)

Fe+2 al contacto con el aire (O2) se oxida

a Fe+3

El hierro precipita como

Fe2O3 (Hematita)

Adición de hierro al agua

Agua dura - Cajamarca

Calcita y Dolomitas

Acumulación de

bicarbonatos en el agua.

Acumulación de cationes metálicos

CALCITA

ARENISCA

Contiene una de las más altas concentraciones de minerales del mundo, principalmente sales de Magnesio, calcio y sulfatos de sodio, además de otros ocho minerales en menor proporción como la plata y el titanio.

LAGO KLILUK en Osoyoos, Canadá

BIBLIOGRAFÍA

• Jenkins. Química del Agua. Limusa Noriega Editores. Pág. 273 – 350

• http://www.agua.uji.es/pdf/leccionRH17.pdf• http://www.ugr.es/~mota/QIA_TEMA-1_INTRO.pdf• http://www.ugr.es/~mota/Parte2-Tema05.pdf• http://www.fagundojr.com/documentos/Hidrogeoquimica.pdf• http://www.ehowenespanol.com/peligros-topografia-

karstica-info_211935/• http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/

valenzuela_m_td/capitulo3.pdf• http://www.ugr.es/~mota/Agua.html