Deshidratación

Química analítica. Hidratación. Pentahidratado. Sulfato de cobre. Sales. Termodinámico. Metalúrgicos. Hidratos. Termoquímica. Gas hidratado. Hielo inflamable

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Introducción.

La Química, como ciencia experimental nos otorga los fundamentos necesarios para la obtención de resultados a partir de actividades que se sustentan en la experiencia empírica.

En esta ocasión, una experiencia en el laboratorio nos llevara a trabajar con sales cuando estas están unidas con moles de agua a partir de una sal hidratada.

Cabe destacar, que muchos compuestos iónicos se preparan por cristalización de una solución acuosa, en la cual el agua se ha incorporado al cristal y el compuesto en el cual hay una proporción específica de agua y del compuesto iónico se llama hidrato. A partir de esta definición, y en el transcurso del experimento conoceremos los distintos pasos a seguir para poder deshidratar la sal, sulfato de cobre pentahidratado, con lo que daremos lugar tras algunos procesos, al sulfato de cobre.

En esta experiencia química, están vinculados muchos postulados frecuentemente utilizados en la actualidad, como es el caso de los principios termodinámicos en los cuales se abarca la mayor parte de otros conceptos utilizados en el experimento, como el calor, el trabajo, la energía interna, entre otros; esto nos llevara a decir que la termodinámica es fundamental conocerla para el desarrollo de nuestra sociedad actual lo que hace muy necesaria dominarla y, para luego aplicarla.

En las posteriores hojas abarcaremos todo lo mencionado con el fin de recalcar la importancia que alcanzan estos conceptos y la labor experimental de ellos.

RESUMEN

El estudio contempla el aprovechamiento del potencial probado de los minerales oxidados de cobre que existen en el país, así como de los desperdicios industriales o chatarra y del cemento de cobre subproducto de la refinería de zinc de Cajamarquilla; materiales primas para la obtención de cobre pentahidratado, CuSO4 5H2O.

El trabajo ha sido orientado a la investigación del comportamiento de las materias primas frente a: 1) los ensayos metalúrgicos a nivel de laboratorio, y 2) al estudio termodinámico en cada una de las etapas del proceso donde tiene lugar una reacción química de éstas con el CuSO4.

La finalidad de tal investigación ha sido la de conseguir y decidir el tratamiento más óptimo para la obtención industrial de cristales de sulfato de cobre a una mejor y significativa inversión.

ABSTRACT

The study contemplates the profit of proved potential of copper oxidized ores that exist in the country, as well as of copper industrial wastes (scraps) and a copper cement as subproduct of Zinc refinery in Cajamarquilla. Also, the raw materials to obtaining the pentahydrated copper sulphate, CuSO45H2O.

Work was oriented to research of behaviour of raw materials face to: 1) metallurgical tests at laboratory level, and 2) a thermodynamic study in each of stages of process where a chemical reaction between these and CuSO4 takes place.

The aim of such research has been to get and decide about the best treatment for the industrial obtaining of crystals of copper sulphate, with a better and significant investment.

Marco Conceptual

HIDRATOS

Los hidratos son compuestos que tienen un número específico de moléculas de agua unidas a ellos. Por ejemplo, en su estado normal, cada unidad de sulfato de cobre(II) tiene cinco moléculas de agua asociadas con él. El nombre sistemático para este compuesto es sulfato
de cobre(II) pentahidratado, y su fórmula se escribe como CuSO4 • 5H20. Las moléculas de agua se pueden eliminar por calentamiento. Cuando esto ocurre, el compuesto resultante es CuS04, que suele denominarse sulfato de cobre(II) anhidro; la palabra "anhidro" significa
que el compuesto ya no tiene moléculas de agua unidas a él (figura 2.13). Algunos otros hidratos son

TABLA 2.7 Nombres comunes y sistemáticos de algunos compuestos

FÓRMULA

NOMBRE COMÚN

NOMBRE SISTEMÁTICO

H2O

Agua

Óxido de dihidrógeno

NH3

Amoniaco

Nitruro de trihidrógeno

CO2

Hielo seco

Dióxido de carbono sólido

NaCÍ

Sal de mesa

Cloruro de sodio

N20

Gas hilarante

Óxido de dinitrógeno (óxido nitroso)

CaC03

Mármol, gis, piedra caliza

Carbonato de calcio

CaO

Cal viva

Óxido de calcio

Ca(OH)2

Cal apagada

Hidróxido de calcio

NaHCO3

Polvo para hornear

Carbonato ácido de sodio

Na2C03 • 10H20

Sosa para lavar

Carbonato de sodio decahidratado

MgSO4 • 7H20

Sal de Epsom

Sulfato de magnesio heptahidratado

Mg(OH),

Leche de magnesia

Hidróxido de magnesio

CaSO4 • 2H20

Yeso

Sulfato de calcio dihidratado

BaCl2 • 2H20 cloruro de bario dihidratado
LiCl • H20 cloruro de litio monohidratado
MgS04 • 7H20 sulfato de magnesio heptahidratado
Sr(NO3)2 • 4H20 nitrato de estroncio tetrahidratado


El hielo que arde

¿Hielo que arde? Si. Existe y se conoce como hidrato de metano y hay suficiente como para cubrir los requerimientos energéticos de Estados Unidos durante años. Pero los científicos tienen que idear cómo extraerlo sin
causar un desastre ambiental.

Las bacterias del sedimento del fondo de los océanos consumen materiales orgánicos y generan metano
gaseoso. En condiciones de alta presión y baja temperatura, el metano forma el hidrato de metano, que está
formado por moléculas simples de gas natural encerrados en ¡aulas cristalinas formadas por moléculas de agua
congelada. Un banco de hidrato de metano tiene la apariencia de un cubo de hielo de color gris, pero si se
le acerca un cerillo encendido, empezará a arder.

Las compañías petroleras tienen conocimiento del hidrato de metano desde la década de 1930, cuando
empezaron a utilizar tuberías de alta presión para transportar el gas natural en lugares de clima frío. A menos
que se elimine con cuidado toda el agua antes de introducir el gas en las tuberías, grandes cantidades de hidrato de metano impedirán el flujo del gas.

Se calcula que la reserva total de hidrato de metano en los océanos es de 10'3 toneladas en contenido de carbono, casi el doble de la cantidad de carbono en toda la hulla, el petróleo y el gas natural sobre la tierra
Sin embargo, la extracción de la energía almacenada en el hidrato de metano representa un gran reto a la ingeniería. Se cree que el hidrato de metano actúa como una clase de cemento que mantiene juntos los sedimentos del fondo del océano. Modificar los depósitos de hidrato de metano podría ocasionar deslaves subterráneos, lo que causaría un derrame de metano hacia la atmósfera. Este acontecimiento podría ser de graves consecuencias para el medio ambiente ya que el metano no es un gas responsable del efecto de invernadero. De hecho, los científicos creen que la liberación repentina de hidrato de metano pudo haber acelerado el final de la era glacial hace alrededor de 10000 años. A medida que se fundió el hielo del casquete polar aumentó el nivel de agua de los océanos más de 90 metros y sumergió las regiones árticas, ricas en depósitos de hidratos. El agua de los océanos, mas o menos caliente, debe haber fundido los hidratos, con lo que pudo haber liberado grandes cantidades de metano, lo que condujo a un calentamiento global.

'Deshidratación'

Hidrato de metano, La molécula de metano esta encerrada en una jaula de moléculas de agua congelada ¡esferas azules) que se mantienen unidas por medio de puentes de hidrógeno

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Termodinámica

En la termodinámica, los sistemas físicos que encontramos en la naturaleza consisten en un agregado de un número bastante grande de átomos.

Vale decir que en la materia está en uno de los tres estados: sólido, líquido o gas: en los sólidos, las posiciones relativas (distancia y orientación) de los átomos o moléculas son fijas. En los líquidos las distancias entre las moléculas son fijas, sin embargo su orientación relativa cambia continuamente. En los gases, las distancias entre moléculas, son en general, mucho más grandes que las dimensiones de las mismas. También las fuerzas entre las moléculas son muy débiles y se manifiestan principalmente en el momento en el que chocan. Por esta razón, los gases son más simples de describir que los sólidos y que los líquidos.

Ahora bien, el gas contenido en un recipiente, está formado por un número muy grande de moléculas, 6.02·1023 moléculas en un mol de sustancia. Cuando se intenta describir un sistema con un número tan grande de partículas resulta inútil (e imposible) describir el movimiento individual de cada componente. Por lo que mediremos magnitudes que se refieren al conjunto: volumen ocupado por una masa de gas, presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente y su temperatura. Estas cantidades físicas se denominan macroscópicas, en el sentido de que no se refieren al movimiento individual de cada partícula, sino del sistema en su conjunto.

  Para comprender y aplicar la termodinámica debemos manejar y aplicar los siguientes conceptos:

Se llama estado de equilibrio de un sistema cuando las variables macroscópicas presión p, volumen V, y temperatura T, no presentan cambios. El estado de equilibrio es dinámico en el sentido de que los constituyentes del sistema se mueven continuamente.

El estado del sistema se representa por un punto en un diagrama p-V. Podemos llevar al sistema desde un estado inicial a otro final a través de una sucesión de estados de equilibrio. Se denomina ecuación de estado a la relación existente entre las variables p, V, y T. La ecuación de estado más simple es la de un gas ideal pV=nRT, donde n representa el número de moles, y R la constante de los gases R=0.082 atm·l/(K mol).

Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente elásticos, la energía interna solamente depende de la temperatura.

Trabajo mecánico hecho por o sobre el sistema.

Para la mejor comprensión de este título señalamos el ejemplo de un gas dentro de un cilindro. Las moléculas del gas chocan contra las paredes cambiando la dirección de su velocidad, o de su momento lineal. El efecto del gran número de colisiones que tienen lugar en la unidad de tiempo, se puede representar por una fuerza F que actúa sobre toda la superficie de la pared. Si una de las paredes es un pistón móvil de área A, y éste se desplaza dx, el intercambio de energía del sistema con el mundo exterior puede expresarse como el trabajo realizado por la fuerza F a lo largo del desplazamiento dx.

dW=-Fdx=-pAdx=-pdV Siendo dV el cambio del volumen del gas.

El signo menos indica que si el sistema realiza trabajo (incrementa su volumen) su energía interna va a disminuir, pero si se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye su volumen) su energía interna va a aumentar

El trabajo total realizado cuando el sistema pasa del estado A cuyo volumen es VA al estado B cuyo volumen es VB.

'Deshidratación'

El Calor

El concepto del calor no es una nueva forma de energía, es el nombre otorgado a una transferencia de energía de tipo especial en el que intervienen gran número de partículas. Entonces se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse de forma macroscópica como producto de fuerza por desplazamiento.

Se debe distinguir también entre los conceptos de calor y energía interna de una sustancia. El flujo de calor es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura, que es esencialmente a escala microscópica la energía cinética de sus moléculas. El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema, cuando incrementa su energía interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye su energía interna.

Cuando una sustancia aumenta su temperatura de TA a TB, el calor absorbido se obtiene multiplicando la masa (o el número de moles n) por el calor específico c y por la diferencia de temperatura TB-TA.

Q=nc(TB-TA)

Ocurre que cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos que están en un equilibrio térmico ya que las moléculas individuales pueden intercambiar energía, pero en promedio, la misma cantidad de energía fluye en ambas direcciones, no habiendo intercambio neto. Para que dos sistemas estén en equilibrio térmico deben de estar a una temperatura igual.

La Primera ley de la Termodinámica

La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema donde hay muchísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energía interna cambia en ðU = UB-UA

Supongamos que el sistema está en el estado A y realiza un trabajo W, expandiéndose. Dicho trabajo mecánico da lugar a un cambio (disminución) de la energía interna de sistema ðU =-W

También se puede cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energía interna de éste último en ð U =Q

Si el sistema experimenta una transformación cíclica, el cambio en la energía interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, ðU=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservación de la energía, W = Q.

  • Si la transformación no es cíclica ðUð 0

  • Si no se realiza trabajo mecánico ðU=Q

  • Si el sistema está aislado térmicamente ðU=-W

  • Si el sistema realiza trabajo, U disminuye

  • Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta

  • Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U aumenta.

  • Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a una temperatura inferior, U disminuye.

Todo estas situaciones, los podemos resumir en una única ecuación que describe la conservación de la energía del sistema. ðU =Q-W y si el estado inicial y final están muy próximos entre sí, el primer principio se escribe d U = d Q - p d V

( http://www.biopsychology.org/apuntes/termodin/termodin.htm )

Formulación del Sulfato de Cobre (II)

Cu­SO4 [Tetraoxosulfato (VI) de cobre (II)]

Partiendo del soluto dado, tendremos que sacar un compuesto químico a partir de sus datos.

Los datos que nos dan son:

  • Los elementos

  • Las valencia de los elementos

Los elementos deberán leerse de derecha a izquierda y escribirse de izquierda a derecha. Primero analizamos el compuesto si sacamos su símbolo químico.

Tetraoxosulfato (VI) de cobre (II)

Oxo = oxígeno (O)

Sulfato = azufre (S)

Cobre = cobre (Cu)

El resultado sería este:

Cu S O

Luego tendremos que colocar el número de átomos de cada elemento encima de el para luego calcular la valencia que falta. El número de átomos es el número que se encuentra entre paréntesis al lado del elemento; el del oxígeno siempre es -2

Cu2 S6 O-2

Luego le añadiremos las valencias de cada elemento. La valencia del oxígeno se representa con el tetra (4), el azufre es 1 (ya que no tiene nada y se considera 1) y la del cobre no la sabemos y la sacaremos con una ecuación.

Cu2x S61 O-24

Para hallar el valor de X tendremos que multiplicar la suma del número de átomos de cada elemento por la valencia. Y el resultado será 0

2 · X + 6 · 1 + (-2) · 4 = 0

Y poco a poco vamos resolviendo la ecuación.

2X + 6 - 8 = 0

2X - 2 = 0

X = 1

Y finalmente sustituimos X por su valor:

Cu S O4

Para hallar el peso molecular multiplicaremos la valencia por el peso atómico del elemento que lo hallaremos en la tabla periódica.

  • Cobre = 63.5 gr/mol0

  • Azufre = 32.1gr/mol

  • Oxígeno = 16 gr/mol

4 · 16 gr/mol + 32.1 gr/mol + 63.5 gr/mol = 159.6 gr/mol

Características del Sulfato de Cobre

Propiedades:

  • Cristales azules, gránulos cristalinos azules o polvo ligeramente eflorescente al aire; blanco cuando está deshidratado.

  • Sabor metálico que da náuseas.

  • Soluble en agua y metanol, ligeramente soluble en alcohol y glicerina.

  • Pureza mínima del 98% y 25 a 25.5 % de cobre.

  • PH en una solución al 5 % en agua en un rango de 4 a 4..5.

  • Peso molecular : 249.68

  • Densidad: 2.284


Obtención:

  • Por acción del ácido Sulfúrico diluido sobre alambrón de cobre.

Calidades:

  • Técnico, QP, NF, monohidratado ( como cristales o polvo )

    Peligros y precauciones:

  • Tóxico por ingestión, fuerte irritante.

  • Debe evitarse el contacto prolongado de la solución con la piel, en caso suceda se recomienda lavar con abundante agua la parte afectada.

  • En caso de salpicadura sobre los ojos, aplicar agua limpia por 15 o 20 minutos.

    Usos

  • Reactivo para la minería en procesos de flotación del zinc.

  • Agricultura; aditivo para la tierra; pesticidas; mezcla de Burdeos; aditivo para piensos; germicidas; mordientes textiles; industria del cuero; pigmentos; baterías eléctricas; recubrimientos de galvanizado; sales de cobre; reactivo de química analítica; medicina; preservante de madera; preservación de la pasta de madera y la pulpa triturada; procesos de grabado y litografía; flotación de menas; industria del petróleo; caucho sintético; industria del acero; tratamiento del asfalto natural.

  • La sal anhidra es usada como agente deshidratante.

  • Para control de algas en piscinas y piscigrangas.

(Raymond Chang Quimica Best seller internacional sexta edición)


Variables de Estudio.

Las siguientes son las variables que se encuentran presente en nuestra actividad experimental y que fueron parte del proceso que constituyó nuestra investigación :

  • Masa: es la medida de la cantidad de materia que contiene un objeto. En este caso las masas de los metales utilizados eran constantes en cada experimento y no sufrían cambios durante este. También la cantidad de agua cambiaba durante el experimento ya que esta se sometía a el calor otorgado por un mechero y en el proceso se evaporaba una pequeña cantidad de agua.

  • Temperatura: magnitud que indica la cantidad de calor en una sustancia, se ocupó en este ocasión la escala del grado centígrado. En el experimento la temperatura era variable, debido que se basaba en equilibrios térmicos, que conlleva a una diferencia de temperaturas inicial. Además, el agua también cambiaba su temperatura constantemente.

  • Tipo de Sistema: parte de un universo físico de interés en una investigación. En termodinámica, existen distintos tipos de sistemas; en nuestro caso el sistema es abierto, diatérmico y heterogéneo.

  • Muestra: apunta hacia su fase, su naturaleza y su pureza. Por ejemplo en nuestra experiencia los tipos de muestra eran metales y aleaciones de estos.

  • Calor: Transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferente temperatura. En la experiencia, este era una de los términos centrales y más presentes, ya que se vio en todo momento como cuando se calentaba el agua con el mechero

  • Impurezas dentro del sistema: creemos que las impurezas dentro de las muestras de metales, así como las del agua ( que trae cloro, y otros componentes), en el recipiente, en el aire, etc. . Creemos que aunque sea en una mínima magnitud, las impurezas alteran el resultado de los experimentos.

  • Tiempo: creemos que esta variable también influye en los resultados de los experimentos, ya que si se hubiera calentado el agua por un periodo más extenso que los 10 minutos que se ocuparon en los experimentos, el resultado habría variado de una u otra forma.

El objetivo de este experimento es la determinación del número de moles y moléculas del agua de un hidrato, en este caso en particular el sulfato de cobre (II) hidratado.

Es frecuente encontrar sales que, por llevar en su estructura un número definido de moléculas de agua, estos son los llamados hidratos (Na2CO3-10 H2O, MgSO4-7H2O, etc.).

El procedimiento utilizado fue el siguiente: Primero, en un tubo de ensayo, previamente pesado, se colocan 3 g de sulfato de cobre (II) hidratado. Se pesa el conjunto para obtener por diferencia la cantidad exacta de sal hidratada.

Se calienta suavemente sobre un mechero hasta que se observa un desprendimiento de vapor que va acompañada de un cambio de color (pasa de ser azul a adoptar un color blanco ceniza) y de un desprendimiento de olor acre, a continuación, se fuerza la llama durante unos 5 min. Se deja enfriar y se pesa de nuevo. Se repiten los calentamientos y las pesadas hasta que el peso ya no disminuye debido a que por fin se han evaporado todas las moléculas de agua.

Cálculos

  • Gramos Tubo de Ensayo = 12,3 grs.

  • Gramos Muestra (CuSO4 · 5 H2O)= 3 grs.

Gramos del compuesto final:

  • Gramos del conjunto Tubo de ensayo + Analito = 15,3 grs.

  • Gramos del conjunto Tubo de ensayo + Analito luego del calentamiento = 14,3 grs.

  • Gramos de Muestra (H2O) = 15,3 - 14,3 = 1,0 grs.

  • Gramos de Muestra (CuSO4) = 3 -1,0 = 2,0 grs.

Nº de mol del agua:

  • N1(H2O) = 1,2 (g) / 18 (g/mol) = 0.066666 mol

Porcentaje de agua:

  • Masa CuSO4 · 5 H2O = 159,6 (g/mol) + 5 · 18 (g/mol) = 249.6 (g/mol)

  • % H2O = 1.2 (g) / 3 (g) · 100 = 40% H2O

Nº de moléculas de agua:

  • N1(H2O) = 1,2 (g) / 18 (g/mol) = 0.066 mol

  • N2 (CuSO4) = 1.8 (g) / 159,6 (g/mol) = 0.011278 mol

  • FÓRMULA: CuSO4 · n H2O ! CuSO4 + n H2O

  • n = moléculas de agua = N1/ N2 = 5,8 " 6 mol

Porcentaje de error y de rendimiento:

  • Moléculas teóricos de H2O= 5 moléculas

  • Moléculas determinadas empíricamente = 6 moléculas

  • 0,6 · 100/5 = 12

  • % de error = 12%

  • % de rendimiento = 88%

Discusión.

Nuestra Hipótesis se basa en la siguiente pregunta:

¿Por qué el sulfato de cobre pentahidratado, de color azul, al deshidratarse cambia de color a blanco?

  • En primer lugar, el color azul del sulfato hidratado puede deberse a que esta compuesto por moléculas de agua lo que conlleva a que la formación química de este provoque un cambio en la formación del sulfato lo que provoca un cambio en la forma química de este, y por ende, un cambio de color asociado a este fenómeno. Deducimos que al cambiar de color a blanco es porque el agua a desaparecido del compuesto y nos ha quedado el sulfato en forma pura.

  • Porque las propiedades químicas del sulfato hidratado, al calentarse este comienza a perder sus propiedades básicas y comienza el compuesto a separase en forma física lo que nos lleva a una disociación entre el sulfato y el agua, y al separarse completamente el compuesto inicial pierde sus propiedades, y entre ellas, la del color.

Concluyendo, hemos decidido que en ambas afirmaciones tienen cosas verdaderas y otros cosas erradas, y como conclusión extraemos que el sulfato de cobre pentahidratado cambia de color debido a que al calentarse este comienza a perder sus propiedades, y este compuesto el agua que esta le da el color azul, y al separarse se comienzan a separar también sus propiedades y esto conlleva a que se disocien definitivamente el compuesto hidratado, para dar a producir, cambios de las propiedades del compuesto, y en las cuales, encontramos el cambio de color.

Conclusiones

  • La mayoría, por no decir todos, de los procesos químicos se basan el los principios de la termodinámica que de alguna manera son indispensables para la realización de los procesos químicos que en la actualidad son bastante necesarios para el desarrollo de nuestra sociedad en pos del progreso.

  • En toda reacción química hay un porcentaje de error y de rendimiento que nos va a afectar, estos aspectos dependen de las condiciones con que trabajemos, por lo que obviamente se deduce que mientras mejor sean las condiciones con que se trabaje experimentalmente menor será el porcentaje de error y mayor el de rendimiento.

  • Los cristales azules, de sulfato de cobre pentahidratado, pierden agua cuando se calientan a temperaturas superiores a los 150°C y forman un polvo anhídrido blanco. El color vuelve a aparecer si se añade el agua.

  • Las sales hidratadas son compuestos con energía de enlace débil, ya que, con una pequeña cantidad de calor sufre una separación, por lo que podemos concluir que el agua al formar hidratos con sales tiene una energía de enlace muy débil por lo que se separa del hidrato, con mucha facilidad, evaporándose formando sulfato de cobre.

  • También podemos concluir que Los hidratos no son sustancias más o menos humedecidas sino compuestos definidos, porque su composición es constante.

Glosario de términos.

Sistema: todo centro de interés de estudio.

Sistema aislado: es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno. Sistema cerrado: es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia.

Sistema abierto: es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

Sistema termodinámico: es un sistema macroscópico, es decir, un sistema cuyo detalle de sus características microscópicas (comprendida la posición y la velocidad de las partículas en cada instante) es inaccesible y donde sólo son accesibles sus características estadísticas.

Hidratación: Atracción que ejerce un ión en solución hacia las moléculas de agua cuando esta está como solvente.

Átomo: La partícula más pequeña de un elemento que tiene las propiedades químicas de dicho elemento; es un núcleo y los electrones circundantes.

Calor: Energía transferida como resultado de una diferencia de temperaturas entre el sistema y el entorno.

Energía: Capacidad de proporcionar trabajo o calor.

Energía térmica: Energía asociada a la aleatoriedad del movimiento de los átomos y moléculas.

Enlace químico: Es la fuerza entre los átomos que los mantiene unidos en las moléculas

Hidrato: compuesto en el cual hay una proporción específica de agua y del compuesto iónico.

Temperatura: Medida de la intensidad de calor, del contenido de energía de las partículas de una muestra. Propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico.

Termodinámica: Estudio científico de la ínter conversión del calor y otras formas de energía.

Termoquímica: Estudio de los cambios de calor en las reacciones químicas

Sales: compuestos iónicos formados por los cationes de las bases y los aniones de los ácidos.

Anexos

Los gases hidratados en los fondos marinos: una revolución científica, económica y medio-ambiental

'Deshidratación'
El descubrimiento del "Hielo Inflamable" o "Hidratos de Gas", una forma sólida de los gases semejante al hielo y que aparece en la mayoria de fondos oceánicos del mundo, ha suscitado un interes repentino tanto en la comunidad cientifica, como en los organismos estatales dedicados a la investigación de recursos naturales, asi como en empresas de exploración de hidrocarburos. Este interes viene provocado por un parte, porque la primeras evaluaciones cientificas estiman que el volumen de gas contenido en los reservorios de hidratos puedan exceder con mucho el de las reservas mundiales de gas conocidas actualmente. Por otra, la comunidad cientifica sospecha que repentinas y masivas fusiones de este "gas helado" provocadas por deslizamientos submarinos, terremotos, etc. puedan iniciar la emisión de grandes volumenes de metano a la atmosfera, acelerando el efecto invernadero, y a su vez el calentamiento global de la Tierra. Uno de los hechos mas alarmantes ligado al descubrimiento de estas reservas en los fondos oceanicos, es que el gas metano contenido en los "hidratos submarinos" es aproximadamente 3,000 veces el volumen de metano contenido en la atmosfera.

'Deshidratación'

 
 

Que es el "Hielo Inflamable" o Hidratos de Gas

El hidrato de gas es un sólido cristalino, similar en apariencia al hielo, pero constituido por moleculas de gas rodeadas por una malla de moleculas de agua. Las primeras muestras de hidratos de metano, obtenidas a bordo de buques oceanograficos, mostraron un aspecto exterior semejante a un fragmento de hielo de color blanquecino. Los fragmentos de hidratos se "derriten" con rapidez, en respuesta al cambio de presion y temperatura, transformandose en agua y gas metano. Los trozos de hielo recogidos de los fondos marinos tiene la particularidad de inflaman cuando se le acerca una llama, de ahí el sobrenombre de "Hielo Inflamable". Aunque muchos de los gases conocidos tienen la capacidad para formar hidratos, entre ellos el dioxido de carbono y el anhidrido sulfurico, solo el hidrato del gas metano es el que aparece abundamente en los fondos marinos

Aunque ya fueron descubiertos de forma experimental en 1811 por Sir Humphry Davy, fue muy posteriormente en 1970, cuando se detectaron por métodos geofísicos dentro de los sedimentos marinos del fondo del Blake Outer Ridge (EEUU). Este descubrimiento cientifico llegó casi casualmente, al observar sobre los perfiles sísmicos un "eco" doble, que era un calco de la forma del fondo marino, y que siempre estaba asociado la presencia de hidratos. Este eco es el denominado Bottom Simulating Reflector (BSR) o "Eco que simula el fondo", y que se forma por reflexion cuando las ondas atraviersan la diferencia de densidad que existe entre el fondo marino "helado" y el que hay por debajo. El fondo marino "helado" con hidratos, a su vez, realiza las funciones de tapadera, impidiendo que los gases en estado libre lleguen a la superficie, a no ser que haya fisuras o fallas. Este "eco doble" permite conocer la profundidad y el espesor de los gases hidratados en el subsuelo marino, asi como la presencia de gases en estado libre por debajo de ellos.

Un "congelador" en los fondos marinos

Aunque parezca increible, solo ha sido en los últimos años, cuando los gases hidratados estan siendo considerados como una de las fuentes mas importantes de recursos energéticos mundiales, muy por encima de la reservas convencionales conocidas actualmente. Esto es, como si tuvieramos una congelador repleto de gases sin descongelar. Las reservas que se estiman de C asociado a los hidratos son de 10 4 gigatones, lo que significa el doble de C que hay en todos los combustibles fósiles que se conocen. Muestra de la creciente importancia de estos hidratos como fuente enérgetica es el informe publicado por el Departamento de Energia de Estados Unidos, en agosto de 1998, mostrando las estrategias a seguir para los próximos años (hasta el 2015) en cuanto a prospección y potencial de estos sólidos. La estimación de las reservas mundiales de gas contenido en hidratos estan todavia por investigar. Como ejemplo, estan las estimaciones del Servicio Geológico de Estados Unidos que varian desde 100,000 trillones de pies cúbicos (Trillons Cubic Feet, TCF) a las más optimistas de 270,000,000 TCF. Las previsiones mas pesimistas estiman que pueden ser el doble de las reservas conocidas actualmente.

El gas hidratado: "culpable o victima" de calentamiento global de la Tierra

Como "gas invernadero", el metano contenido en el aire es 10 veces mas efectivo que el dioxido de carbono para absorber la energia calorifica solar, y así provocar una mayor calentamiento de la temperatura del aire. Teniendo en cuenta que el metano contenido en los fondos oceanicos en forma de "hidratos" es aproximadamente 3,000 veces el contenido en la atmosfera, la capacidad de los hidratos subamrinos como potencial agente provocador del "efecto invernadero" es enorme. Un gran deslizamiento submarino puede provocar la salida de cerca de 5 gigatones de metano desde los fondos submarinos hasta la atmosfera, según estimaciones realizadas en el deslizamiento de Storegga, en Noruega. Una decena de estos deslizamientos submarinos en varias zonas del planeta, pueden provocar el mismo efecto o aun mayor que el provocado por la emision de CO2 durante todo el siglo XX.

En el continente antártico, dado que la temperatura de las aguas favorecen la estabilidad de los hidratos, expediciones geofisicas españolas, americanas e italianas ya han descubierto importantes acumulaciones de hidratos submarinos, entre ellas en la Peninsula Antártica y en las islas Shetland del Sur, donde están sitiuadas la bases cientificas españolas. La desestabilización de los hidratos en estas áreas entre Tierra del Fuego y el continente antártico, puede ser un factor añadido para el calentamiento global, ya que coinciden el agujero de ozono estable y una de las mayores zonas potenciales de fusion de casquetes polares del planeta como es el Mar de Weddell.

Uno de los retos cientificos actuales es conocer si realmente la emision de gas a la atmosfera por fusion de los hidratos submarinos, puede ser una de las causas mayores del calentamiento global de la Tierra. Y si por el contrario, los hidratos submarinos son una victima del aumento progresivo de temperatura de los oceanos como consecuencia de la emision de CO2 hacia la atmosfera.

A escala geológica, los cientificos tratan de establecer la relación entre las grandes bajadas del nivel del mar como consecuencia del aumento de las superficies heladas del planeta por enfriamiento global (conocidas como glaciaciones) y las emisiones de gas hidratados hacia la atmosfera. Estas bajadas del nivel del mar, estimadas en torno a 100-130 metros por debajo del nivel actual, provocan un descenso de la presion hidrostatica sobre los hidratos submarinos, y esto a su vez la desestabilización, fusion y emision de grandes cantidades de metano a la atmosfera. El "efecto invernadero" provocado por la fusión de gases hidratados, pudo "parar" el enfriamiento global en las glaciaciones y actuar como un "rebote" hacia periodos más cálidos. En este sentido, los gases hidratados son un nexo de union entre los procesos climáticos globales y la actividad tectonica en la historia geológica de la Tierra. Cuanto mayor actividad tectonica (por ejemplo terremotos, aperturas oceanicas) la emision de gas libre procedente de hidratos es mayor, causada por la desestabilizacion de los fondos submarinos, y produciendo un calentamiento global de la Tierra. Esta relacion, puede permiter a los cientificos, conectar etapas geologicas muy activas en el funcionamiento de las placas geológicas con fases de climas cálidos o cambios climaticos abruptos y anormales.

El efecto gasesosa por desestabilización de los hidratos: una hipótesis cientifica para el misterio de "El Triangulo de las Bermudas"

Cualquier sacudida sobre los fondos submarinos, como por ejemplo un terremoto, un descenso brusco del nivel del mar como consecuencia de un fuerte tormenta, puede provocar la liberación de grandes cantidades de gases contenido en el fondo marino en forma de hidratos. Esta masiva liberalización de gas y la consecuente bajada de densidad del agua del mar y del aire, similar a la apertura de una botella de gaseosa, puede provocar una repentina pérdida en la capacidad de flotabilidad de los buques, asi como en el aire, por perdida de sustentación en los aviones. Estos podría explicar el misterio del famoso "Triangulo de las Bermudas", localizado en el Mar de los Sargazos, donde las producción biogenica de gas por descomposicion de algas en el fondo marino es muy alta, y por tanto la cantidad de gas en el subsuelo, puede dar lugar a la sobresaturación y condiciones idoneas para la generacion de gases hidratados

Tsunamis provocados por grandes deslizamientos submarinos

La relacion causa-efecto entre los grandes deslizamientos submarinos a nivel mundial y los gases hidratados, es otro de los retos cientificos abiertos con el descubrimiento de los gases hidratados. Se ha comprobado que las zonas de inicio de la mayoria de los grandes deslizamientos submarinos coinciden donde la zona de estabilidad de los hidratos (ZEH) intersecciona el fondo marino. Estos provocan deslizamientos de dimensiones mayores que los generados en tierra, como ejemplo el deslizamiento de Cabo Fear con un escarpe de 50km de anchura; el deslizamiento de Storegga, en el Atlantico Norte, con un escarpe de 250 km, que recorre 800 km afectando un espesor de 450 m. En el Golfo de Cadiz, se han descrito deslizamientos de 200-300 km que afectan a 50x103  kilometros, del tamaño de media Andalucia.

La desestabilización de los fondos marinos causados por la fusion de los gases hidratados pueden ser tambien reponsable de los grandes "Tsunamis" que se generan en los oceanos y que llegan a tener efectos devastadoras en las costas, como el que sucedió en el Golfo de Cádiz en 1755 y que arrasó ciudades como Lisboa y Cádiz. Un terremoto de fuerte magnitud , en este caso 7 en escala Richter, puede ser el desencadenante de que grandes movimientos en masa se desplacen hacia zonas profundas. Hay que tener en cuenta que las pendientes de la mayoria de los taludes submarinos por debajo de 5º son estables en condiciones normales. Sin embargo la presencia de gases hidratados pueden provocar un alteración en dichas condiciones geotecnicas. La zona de estabilidad de hidratos (ZEH) puede actuar como zona de "patinaje" entre los sedimentos superiores "helados" y los inferiores con sedimentas blandos y con gas en estado libre. Esto es como sin nos encontraramos una placa de hielo inestable sobre una rampa de barro. Si agitamos o calentamos un poco la barra de hielo, esta se deslizara inmediatamente. Este mecanismo provoca que grandes masas de sedimento se desplacen bruscamente hacia el fondo oceanico, generando importantes ondas oceanicas conocidas como "Tsunamis", y relacionadas a su vez con sacudidas sísmicas. En el caso del denominado terremoto de Lisboa de 1755, el efecto arrasador se produjo porque diversas ondas oceanicas estuvieron llegando a las costas españolas y portuguesas durante quince dias despues del terremoto principal, que tuvo como epicentro cerca del Cabo de San Vicente, en el Algarve portugues.

Pueden crecer vida submarina profunda gracias a los gases hidratados?

La vida submarina en zonas de emisión de metano se consideraba, en las últimas decadas, como inexistente debida a las condiciones quimicas ambientales. Sin embargo, recientemente, exploraciones cientifica con submarinos autónomos que alcanzan profundidades de 1000 metros, han observado la presencia de numerosos organismos como mejillones, estrellas de mar, gusanos tubícolas alargados y el descubrimiento del denominado "gusano de hielo". Estos organismos viven en este medio hostil gracias a su simbiosis con bacterias "quimiosinteticas". Estos son grupos de bacterias que se adaptan a vivir en medios ricos en metano y en otros componentes quimicos, adoptando la "quimiosimbiosis" , esto es la transformación energética a traves de sulfuros o carbono del metano, como principal fuente de derivación de energía y nutrición. Estas bacterias, que son los productores primarios de la cadena alimenticia, son los encargados de "manufacturar" quimicamente el alimento, viviendo a cientos en el interior de los mejillones y gusanos tubiculas, que a su vez sirven de comida a cangrejos, estrellas de mar, etc. Esta simbiosis permite el crecimiento de grandes colonias denominadas "quimiosintéticas", con condiciones quimicas extremas, a grandes profundidades y con muy baja luminosidad. La emisiones de gas metano y sulfidrico, al contrario de perjudicar, son el sustento alimenticio de estas grandes colonias de vida submarina.

En el Golfo de Mexico, se ha encontrado grandes colonias de mejillones por debajo de los 500 metros de profundidad, con un tamaño mucho mayor que los que encontramos en las zonas costeras, y que forman especies de mejilloneras redondeadas alrededor de puntos de escape de gases, y cerca de salmueras sobresaturadas en gas metano. Asimismo, uno de los organismos denominado "gusano de hielo" se ha descubierto recientemente, similar a una pulga de agua, y viviendo en simbiosis con bacterias quimiosinteticas.

En la Antártida, la existencia de vida grandes en los grandes lago descubiertos por debajo de los casquetes polares, como el Lago Vostok, puede estar, asimismo, favorecida por la presencia de gases hidratados, y por el desarrollo de organismos quimiosintéticos en condiciones extremas de baja temperatura y falta de luminosidad

La oxidación del metano que asciende a la superficie, es otro de los procesos que facilita las condiciones de vida en zonas profundas, provocando la formación de carbonato, sulfuros y sulfatos sobre el fondo del mar y creando costras duras sobre el fondo blando. Estas son aprovechadas como "fondeaderos", por los organismos quimiosinteticos, que a su vez pueden crecer verticalmente formando colonias arrecifales. En Porcupine, al sur de Irlanda, se han identificado una serie de arrecifes que viven en profundidades entre 750 a 1000 metros , asociados a emisiones de gas metano, a traves de fisuras en el talud continental. El estudio de los arrecifes de colonias quimiosintéticas relacionados con emisiones de gas y disociación de hidratos metano, son uno de los grandes retos en la exploracion submarina para la nueva decada, no solo por la posibilidad de la existencia de nuevos recursos biológicos, sino que tambien son claros indicios de existencia de grandes volumenes de metano en el subsuelo marino.

Desde el punto de vista medio ambiental, el descubrimiento de vida en condiciones quimicas extremas por la presencia de grandes cantidades de gas, ha cambiado la idea de que las zonas con emisiones submarinas de hidrocarburos son zonas abióticas "desérticas" sin presencia alguna de fauna marina. Esto puede ser un valor decisivo en la desmantelación de plataformas petroliferas, si se llegan a "regenerar" con estos organismos quimiosintéticos.

Fotos del Sulfato de Cobre

'Deshidratación'

http://www.nacolperu.com/sulfato.htm

SULFATO DE CALCIO DIHIDRATADO

Orígenes

El yeso se originó hace 200 millones de años como resultado de depósitos marinos cuando parte de lo que ahora son nuestros continentes eran inmensas extensiones oceánicas. Durante este período algunos mares se secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para ser descubiertos posteriormente por el hombre.

¿Que es el yeso?

El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o rosado. Se denomina sulfato de calcio dihidratado y su estructura cristalina esta constituida por dos moléculas de agua y por una de sulfato de calcio, de formula química

'Deshidratación'

Proceso

Se obtiene directamente de la naturaleza por extracción en forma de roca de yeso (mineral de sulfato de calcio dihidratado) en canteras o minas y se procesa industrialmente con poca alteración. Este proceso consiste en la calcinación térmica del mineral triturado, eliminando total o parcialmente el agua de cristalización químicamente combinada. Al mezclarse con agua forma una pasta que fragua y endurece, reconstituyendo su estado original

Aplicaciones

El yeso es uno de los minerales mas ampliamente utilizados en el mundo. En la actualidad existe una amplia gama de aplicaciones

  • En construcción debido a sus excelentes propiedades bioclima ticas, de aislamiento y regulación higrométrica, mecánicas y estéticas se utiliza en guarnecidos, enlucidos, prefabricados y relieves arquitectónicos, proporcionando bienestar y comodidad. Esencial como agente retardarte en la producción de cemento.

  • En cerámica para la elaboración de moldes, aparatos sanitarios, tiza y esculturas artísticas

  • En agricultura para mejorar las tierras de cultivo, como abono y desalinizador

  • En medicina se utiliza en traumatología para elaborar vendas de yeso, en la fabricación de moldes quirúrgicos y odontológicos y en la producción de pasta dentífrica

  • En la industria química y farmacéutica como fuente de calcio, componente en medicamentos y lápices labiales

  • En la industria de alimentos en el tratamiento de agua, limpieza de vinos, refinación de azúcar, vegetales enlatados y alimentos para animales

http://www.colgyps.com/yeso.htm

Bibliografía.

  • Raymond Chang Quimica Best seller internacional sexta edición

  • Microsoft Encarta 2000

  • Guías 2003 de Química Inorgánica Aplicada

  • http://www.guajara.com/wiki/es/wikipedia/t/te/termodinamica.html


Actividad Experimental :

Informe de Química