• Author / Uploaded
• Alex Romero

Citation preview

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

¿Sabías Que...? PUNTO DE EQUIVALENCIA: VALOR DEL pH

Antes de iniciar la valoración se debe elegir un indicador de pH adecuado según el punto de equivalencia previsto de la reacción. El punto de equivalencia corresponde con el valor teórico de la valoración, pero en la práctica no es posible saberlo con exactitud. En dicho punto habrán reaccionado cantidades estequiométricas de ambos reactivos, y el pH de dicho punto depende de la fuerza relativa del ácido y la base empleados. Para conocer dicho valor se pueden emplear las siguientes reglas:   

Un ácido fuerte reacciona con una base fuerte para formar una disolución neutra (pH = 7). Un ácido fuerte reacciona con una base débil para formar una disolución ácida (pH 7).

La disolución en el punto de equivalencia será básica si la base es más fuerte que el ácido y será ácida si el ácido es más fuerte que la base. Si ambos son de igual fuerza, entonces el pH de equivalencia será neutro. Sin embargo, los ácidos débiles no se valoran normalmente frente a bases débiles, porque el cambio de color mostrado por el indicador suele ser rápido, y por lo tanto muy difícil de ver con claridad por el observador. El punto final es el punto en que se detiene la valoración, por ejemplo, tras el viraje de color del indicador. Este cambio producido en la disolución permite establecer experimentalmente el punto final de la valoración.4 El punto final debe coincidir lo más exactamente posible con el punto de equivalencia. La diferencia entre ambos puntos constituye el error

1

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

de valoración, que es propio del método (indicador empleado, uso de reactivos impuros, etc), y no debemos confundirlo con los errores accidentales debidos a manipulaciones o medidas de volumen defectuosas.

PRÁCTICA N°02 DETERMINACIÓN DE ARGILICOS EN UN NINERAL. (TEST ABA) I.-INTRODUCCIÓN. El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones de hidrógeno presentes en determinadas disoluciones. La sigla significa potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones. El significado exacto de la p en «pH» no está claro, pero, de acuerdo con la Fundación Carlsberg, significa «poder de hidrógeno». Otra explicación es que la p representa los términos latinos pondus hydrogenii («cantidad de hidrógeno») o potentia hydrogenii («capacidad de hidrógeno»). Sin lugar a dudas, el test ABA (Acid-Base Accoun), sigue siendo uno de los ensayos geoquímicos más utilizados

2

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

como elemento predictor del potencial de generación de drenaje ácido de roca (DAR). Desde su creación en el año 1978 y hasta nuestros días, han surgido una gran cantidad de “variaciones” de este ensayo, todas las cuales buscan entregar mayor y mejor información, respecto del comportamiento geoquímico de los materiales expuestos a la meteorización. En su concepto más bá sico, el test ABA consiste en establecer el potencial de generación de ácido (PA) y el potencial de neutralización (PN) de una determinada muestra para finalmente, en función de ambos, PA y PN, determinar el potencial neto de neutralización (NNP) y el ratio PN/PA. Ambos resultados pueden ser comparados con valores referenciales, con el objeto desclasificar las muestras como potenciales o no potenciales generadoras de drenaje ácido, o bien si se requiere profundizar mediante la realización de ensayos cinéticos. II.-OBJETIVOS.  General: 1.- Determinar el potencial de generación de ácido (PA) y el potencial de neutralización (PN) de una determinada muestra para finalmente.  Específicos: 1.- En función de ambos, PA y PN, determinar el potencial neto de neutralización (NNP) y el ratio PN/PA. 2.-Establecer la importancia del análisis Acido-Base dentro del sector minero. 3.-Mostrar los resultados obtenidos en el laboratorio, organizándolos en tablas, diagramas, etc. III.-MARCO TEÓRICO. 1.-Importancia del pH . El pH juega un papel muy importante en bioquímica, química y tecnología dado que afecta a numerosos procesos químicos. El pH es

3

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

más que una escala que nos permite medir el grado de acidez o alcalinidad de las disoluciones, es una medida de la cantidad de iones hidrogeno (H) presentes en una disolución. Para realizar esta escala se toma como punto de referencia el agua, producto que considera neutro, pH = 7. A partir de aquí se define que todas las sustancias que disueltas en agua tengan un pH inferior a 7 se llamaran ácidos, puesto que son capaces de liberar mas iones hidrogeno (H) que el agua. El pH indica la acidez o alcalinidad de una sustancia en disolución acuosa, sus valores van de 0 a 14 y la formula para obtenerlo es -log{H+} o sea la concentración iones hidronio en la disolución. La escala de pH es simplemente una escala de medición del carácter ácido o básico de un sistema acuoso, entre dos extremo opuestos: uno molar ácido y uno molar básico. Este escala ha sido muy útil en diferentes ciencias debido a que aun cuando existen en la naturaleza sistemas acuosos más ácidos que el pH=0, o más básicos que el pH=14, en el 99.99% de los casos, el pH de los sistemas naturales se halla comprendido dentro del rango de esta escala. En nuestras vidas modernas, prácticamente se ha probado en algún momento el pH de todo lo que usamos, es decir, en algún punto se efectúa una medición del pH del agua del grifo con la que nos cepillamos los dientes, el papel sobre el que escribimos, los alimentos que comemos o las medicinas que tomamos, por citar los ejemplos más evidentes. 2.-Determinación de un punto de equivalencia en la medición del pH. Son muy numerosos los métodos para detectar el punto de equivalencia.

4

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

Aparte de los métodos más frecuentes (uso de indicadores y medida directa del pH con p otenciómetro) se pueden usar otros métodos:5  Valoración potenciométrica: Es una medida basada en la diferencia de potencial entre un electrodo adecuado frente a un electrodo de referencia (electrodo de calomelanos de potencial fijo) en función del volumen de sustancia valorante. No confundir con la medida directa de potencial que efectúa el pH-metro. Proporcionan resultados más fiables que las valoraciones con indicadores químicos o ácido-base. Se emplean dos electrodos, en lugar de uno sólo. En el punto final hay una rápida modificación del potencial. Representando la derivada en función del volumen, se observa un pico que corresponde al punto final. También se observa en la segunda derivada. Estas medidas de potencial también permiten calcular la constante de disociación del ácido o la base que se está valorando.6  Valoración fotométrica. Se emplean espectrómetros o fotómetros de filtro. Se trata de comprobar cómo varía la absorbancia de la muestra en función del volumen de disolución valorante añadido. Aunque los ácidos y bases no absorben, basta añadir un indicador ácido-base para controlar el avance de la neutralización.  Valoración conductimétrica. Se mide la conductividad de la disolución en función del volumen añadido. Sirve para valorar ácidos o bases muy débiles, o disoluciones muy diluidas. No puede aplicarse a muchos procesos.7  Valoración amperométrica. Se aplican más a valoraciones redox que a valoraciones ácido-base.  Valoración termométrica o calorimetría. Se trata de detectar los aumentos de temperatura durante la valoración.  Valoración culombimétrica: Consta de un electrodo donde se obtiene un reactivo y otro contraelectrodo con la muestra. Se le hace pasar una corriente constante (amperioestato) durante un tiempo. Dicha corriente, por ejemplo, libera una cantidad de iones OH- (en un electrodo de Hg) proporcional a la carga

5

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

que lo atraviesa. Según las leyes de Faraday, conociendo la intensidad de corriente que circula por la célula y el tiempo, se puede calcular los moles de OH- formados y, a partir de ahí, los moles de ácido 3.- Medida del punto de equivalencia con el pHmetro. Un pH-metro es un instrumento que mide el pH de una disolución, y sirve para detectar el punto final de una valoración ácido-base. Consta de un electrodo de plata-cloruro de plata, de potencial constante, en una disolución 0,1 M de HCl dentro de una membrana de vidrio que mide la actividad de los iones H+ capaces de atravesarla, y de una unidad lectora que hace una medida directa del potencial eléctrico del electrodo y señala en una pantalla el valor del pH. Ecuación de HendersonHasselbach que indica el pH en función de las concentraciones de las formas ácida (HA) y básica (A-) de una sustancia. 4.- El azufre en un mineral. La actividad minera ha generado una percepción medioambiental negativa por los grandes impactos que produce, tanto visuales como de contaminación. Sin embargo, las cada día más estrictas normas ambientales, la educación y la evolución hacia la sostenibilidad, entre otros factores, han hecho que en nuestro tiempo se considere como un sector industrial más, y que se dispongan de procesos y técnicas respetuosas con el medio ambiente. Debido a que el azufre expresa el comportamiento ácido metálico en las rocas y suelos surge la necesidad, pues, de disponer de procedimientos adecuados para estas determinaciones, el creciente interés que ha tenido este tipo de ensayos en

6

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

nuestros laboratorios, así como de los métodos que utilizamos, nos ha llevado a hacer esta breve exposición del procedimiento que habíamos empleado para aquellos dictámenes y que no se expuso en aquella publicación citada (1) porque trataba el tema desde otros puntos de vista distintos al del análisis químico. Una revisión de la información bibliográfica sobre esta determinación analítica, aunque no exhaustiva pero sí atenta a los métodos clásicos dados para ello, nos ha llevado a las siguientes consideraciones que exponemos a continuación: Las formas más usuales en que se presentan los sulfuros en los áridos son las pertenecientes a los grupos de: blenda, würtzita, calcopirita, niquelina, pirrotina, galena y el de piritas, marcasitas (3). Por su forma ofrecen una contaminación desigualmente repartida en los áridos y, por lo tanto, también en el hormigón en los que aparecen diseminados en nódulos dispersos. Ello da lugar, en ambos tipos de materiales, a que la toma de muestra que se hace para su análisis presente la dificultad de tener forzosamente que partir de cantidades mayores de lo común para que aquélla llegue a ser representativa. Por otra parte, el mayor peso específico de estos minerales ofrece el peligro de la clasificación en el manejo de los cuarteos cuando la granulometría no es adecuadamente fina y uniforme. Los métodos para la determinación química basados en el ataque directo con ácidos fuertes ofrecen la duda que la descomposición de los sulfuros y sulfitos insolubles no sea total y, razón por la que hemos adoptado la disgregación alcalina. Esta la realizamos en crisol de oro con hidróxido sódico y peróxido sódico, aunque nos ha dado buenos resultados la disgregación en crisol de hierro o níquel. 5.-Potencial neto de neutralización (NNP) El Potencial Neto de Neutralización (NNP) (del inglés, Net Neutralization Potential) se define como la

7

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

capacidad neta de un material de neutralizar o generar acidez. Si la diferencia entre NP y AP es positiva, existe probabilidad de que no se formen ácidos, pero si esta diferencia es negativa, el riesgo de generación ácida es mayor. Cuando los valores de NNP están entre -20 y 20 la predicción de la producción ácida es incierta y algo compleja, ya que algunas veces pueden formar acidez en pequeña cantidad o comportarse como una

muestra de baja alcalinidad, tal como muestra La siguiente tabla: 6.- Razón de potencial de neutralización (NPR)= NP/AP El cociente NP/AP incorpora criterios de estabilidad química para determinar el potencial de generación de acidez. El potencial de acidez (AP) es definido como la capacidad de un material de generar acidez y depende exclusivamente de su contenido de sulfuros. El potencial de neutralización (NP) es definido como la capacidad de un material para neutralizar acidez y depende exclusivamente de su contenido de materiales consumidores de acidez tales como carbonatos, hidróxidos, etc. La Tabla 3, presenta los criterios de clasificación NPR= NP/AP (Price, 1997). Empleado para la interpretación de resultados, utilizando como parámetro variable la Razón de Potencial de Neutralización (NPR).

8

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

7.- Criterios para la evaluación de resultados . Las pruebas estáticas proporcionan una imagen instantánea, en el tiempo, de la estabilidad ambiental de los desmontes. Los resultados de las pruebas dependen enteramente de la disposición actual de los sólidos en la desmontera (por ejemplo, no oxidados vs oxidados, productos de oxidación ausente frente a los productos de oxidación presentes). Para la evaluación de los resultados se han utilizado los criterios siguientes:  Valor del Potencial Neto de Neutralización (NNP) = NP – AP  Razón de Potencial de Neutralización (NPR)= NP/AP  Valor de Generación Neta de Acidez (NAG)

IV.-MATERIALES.  Comba.  Muestra mineral con N°100.  Balanza analítica.  Papel filtro.  Estufa.  Agua destilada.  Hcl.  Baso de precipitados.  Buretra.  pH-metro.

tamiz

9

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

V.-PROCEDIMIENTO. 1.-Fase De Campo. La fase de campo se realizó con el propósito de la obtención de una muestra mineral para su posterior análisis granulométrico, tuvo lugar en la provincia de Hualgayoc que limita por el norte con los distritos de Chota y Bambamarca; por el sur con los distritos de Cajamarca, San Miguel y San Pablo; por el este con el Distrito de Bambamarca; y, por el oeste con los distritos de Chugur y San Miguel. Los integrantes del Grupo 1 partieron de la Ciudad de Cajamarca al promediar las 5.00 am del día domingo 21 de abril del presente año, llegando a Hualgayoc a las 7. 30 am del mismo día, emprendiendo así la caminata hacia los cerros aledaños en los cuales se puede observar socavones producto de la minería que fue desarrollada en esta provincia. El mineral encontrado fue pirita acompañada de pequeños cristales cuarzo.

Según el español Joaquín Ramón de Iturralde en el año 1772 sostiene que la etimología de Hualgayoc en el idioma del país, convergen todos, en que el pico más alto es el que verdaderamente se llama Gualgayoc, que quiere decir cerro con gargantilla y según él mismo explica a la verdad

10

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

lo parece por estar rodeada su falda de infinitos farallones o peñas. Otra traducción que se le asigna al mineral es la de Gargantilla de plata, por la misma razón que la citada anteriormente. Así mismo refiriéndose a la etimología de micuypampa dice: En el mismo idioma Micuy asume el significado de víveres, porque aún siendo corto el llano, llaman pampa, así deduce que su significado contextual era el de Paraje de los Víveres a donde realmente va todo.

El mineral fue recolectado del desmonte de una caja techo proveniente de un socavón abandonado y cerrado, el reconocimiento de la muestra indico que contenía pirita y cuarzo que presentaban una estructura cristalina no tan bien formada, esta muestra fue trasladada hasta el laboratorio para su posterior análisis granulométrico.

2.- Medida del punto de equivalencia con el pHmetro. a) Teniendo una muestra previamente procedemos a tamizarla hasta el tamiz N°100.

triturada,

11

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

b) Seguidamente procedemos a pesar 100 g de nuestro mineral.

c)De la muestra de 100g procedemos a realizar el cuarteo para seleccionar una muestra representativa de 10-20g. d) Después de haber pesado nuestra muestra procederemos a basarla sobre un vaso de precipitados para posteriormente agregar 50-60ml de agua.

12

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

e) Por ultimo agitaremos por unos 15 minutos, y procederemos a medir el pH de la solución utilizando el pHMetro.

13

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

VI.-Resultados.

Teniedo en cuenta la medicion final del pH=7.22 podemos concluir que la solucion analisada que corresponde a una disolucion de pirita , tiene una acides netra, o levemente acida.

VII.-Conclusiones.  Determinamos el pH de la muestra a través del pHmetro. VIII.-Bibliografía. 

Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A. Mecánica de Suelos. 3ra. Ed., Limusa, 2001.

14

2019-1

PRÁCTICAS DE FÍSICO QUÍMICA

 

Powrie, W. Soil Mechanics, Concepts & Applications.2da. Ed., Spon Press, 2004. Mecánica de Suelos, T.W.Lambe & R.V.Whitman, MIT, 1993

15