ALGUNAS PROPIEDADES QUIMICAS ALGUNAS PROPIEDADES QUIMICAS DE INTERES DEL MEDIO ACUOSO: DE INTERES DEL MEDIO ACUOSO:

pH y EhpH y Eh

pHpH

El El pHpH es una medida de la es una medida de la acidezacidez o o basicidadbasicidadde una de una solucinsolucin. .

El pH es la concentracin de iones o cationes El pH es la concentracin de iones o cationes hidrgeno [H+] presentes en determinada hidrgeno [H+] presentes en determinada sustancia. sustancia.

DEFINICIONDEFINICION

El trmino significa potencial de hidrgeno. Este fue acuado por el qumico dans Srensen, quien lo defini como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los ioneshidrgeno. Esto es:

Por ejemplo:

una concentracin de [H+] = 1 107 M (0,0000001)

pH = 7 ya que : pH = log[107] = 7

El pH tpicamente va de 0 a 14 en disolucin El pH tpicamente va de 0 a 14 en disolucin acuosa, siendo:

cidas las disoluciones con pH menores a 7, y

bsicas las que tienen pH mayores a 7.

El pH = 7 indica la neutralidad de la disolucin (siendo el disolvente agua).

Puesto que el agua est disociada en una pequea extensin en iones OH y H+,

H2O H+ + OH-

tenemos que:

Kw = [H+][OH] = 1014 en donde ,

[H+] es la concentracin de iones de hidrgeno[OH-] la de iones hidrxido, y [OH-] la de iones hidrxido, y Kw es una constante conocida como producto inico del agua.

Por lo tanto,

log Kw = log [H+] + log [OH]

14 = log [H+] + log [OH]

14 = log [H+] log [OH]

pH + pOH = 14

Medida del pH

El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potencimetro, tambin conocido como pH-metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es

sensible al in hidrgeno.

VALORES TPICOS DEVALORES TPICOS DE pHpH

Sustancia/Disolucin pH

Disolucin de HCl 1 M 0 Jugo gstrico 1,5 Jugo de limn 2,4 Refresco de cola 2,5 Vinagre 2,9 Jugo naranja 3 Cerveza 4,5 Caf 5,0 T 5,5 T 5,5 Lluvia cida < 5,6 Orina 5,5-6,5 Leche 6,5 Agua pura 7,0 Saliva humana 6,5 a 7,4 Sangre 7,35 a 7,45 Agua de mar 8,0 Jabn de manos 9,0 a 10,0 Amonaco 11,5 Hipoclorito de sodio 13.5-14

POTENCIAL DE OXIDACION (Eh)POTENCIAL DE OXIDACION (Eh)

Muchos compuestos o los elementos qumicos en funcin de su configuracin electrnica pueden ceder electrones y

quedar con carga positiva o ganar electrones y cargarse

negativamente.

Cuando un elemento cede un electrn se dice que se oxida Cuando un elemento cede un electrn se dice que se oxida mientras que cuando lo gana se dice que se reduce.

Para que un elemento pueda oxidarse es necesario que exista un aceptor de ese electrn, otro elemento que se

reduce.

Ej. Cu+2 + Feo ..Cuo + Fe+2

Los elementos que presentan gran facilidad para ceder electrones y oxidarse se les

conoce como reductores, cuyo patrn es el

hidrgeno.

OXIDACION Y REDUCCION

Los elementos proclives a ganar electronesy reducirse se les conoce como oxidantes,

cuyo prototipo es el oxgeno de donde se

deriva el nombre del proceso.

El conjunto de un oxidante y un reductor es lo que se conoce como un sistema redox.

ox1 + red2 ox2 + red 1

ox1 + e red1

red2 ox 2 + e

Entre ambos elementos existe una transferencia de electrones que genera una corriente elctrica, marcada por una diferencia de potencial entre ambos. Este es, como sabemos, el mecanismo de las pilas elctricas.

En los procesos redox, siempre hay una especie qumica que se oxida y otra que se reduce, lo que se manifiesta por el

incremento en una de sus formas.

POTENCIAL DE OXIDACIONPOTENCIAL DE OXIDACION

El elemento que se reduce es el que posee una capacidad oxidante mayor.

La capacidad oxidante es lo que se conoce como potencial de oxidacin (Eh), que cuanto ms alto potencial de oxidacin (Eh), que cuanto ms alto es, mayor es la capacidad oxidante del sistema y

mayor es la concentracin de la forma reducida

El potencial de oxidacin se mide en voltios, aunque como su valor es muy pequeo se

expresa usualmente en milivoltios (mV).

De este modo todos los sistemas ms oxidantes que el hidrgeno presentarn un Eh positivo, mientras que

todos los que sean ms reductores lo presentarn

negativo.negativo.

El potencial de un sistema viene definido por la ecuacin de Nerst:

Eh = Eo + (RT / nF) ln ( [Ox] / [Rd] )

En esta ecuacin "R" es la constante de los gases, "T" es la temperatura

absoluta, "n" es el nmero de electrones que se transfieren y "F" la

constante de Faraday. "Ox" representa a la sustancia oxidada y "Rd" a la

reducida.

De esta forma se define como potencial normal de un sistema (Eo) al potencial que presenta cuando las

concentraciones de su forma oxidada y reducida son

iguales.

En el caso del hidrgeno Eo es igual a cero, al tomarle como referencia.

H2 2 H+ + 2 e E = 0 volt H2 2 H+ + 2 e E = 0 voltEh = Eo + (RT / nF) ln ( [Ox] / [R ] )

Si OX = RED

E = E = 0

LA ESTABILIDAD DEL AGUALA ESTABILIDAD DEL AGUA

La vida que conocemos sobre la Tierra est basada en la presencia de

agua, pero este lquido puede sufrir una oxidacin de la siguiente

H2O H+ + OH- Kw = 10-14

Kw = [ H+] [OH-]

]agua, pero este lquido puede sufrir una oxidacin de la siguiente forma:

2 H2O O2 + 4 H+ + 4 eSi aplicamos la ecuacin de Nerst a esta reaccin, tenemos:

]

El potencial normal del oxgeno, que es el elemento que se oxida, es de 1.23 V.

La concentracin del agua es la unidad y tomando como

presin parcial del oxgeno en un gas constituido por l, la de

una atmsfera, la ecuacin anterior quedara de la siguiente

forma:

El logaritmo de la concentracin de hidrogeniones es el

opuesto del pH, por lo que la ecuacin queda finalmente

como:

Eh = 1.23 - 0.059 pH

Eh = 1.23 - 0.059 pH

Para valores de Eh superiores al indicado el agua no puede

existir porque toda ella se ha oxidado, solo existe oxgeno.

Cuanto mayor sea el valor del pH, menor ser el valor del Eh

necesario para que se oxide el agua, de modo que para un

mismo valor de Eh el medio ser tanto ms oxidante cuanto

mayor sea el pH.

Eh = 1.23 - 0.059 pH

Otra posibilidad de desaparicin del agua sera su reduccin,

la cual se produce mediante la siguiente reaccin, en la que

solo consideraremos el hidrgeno porque, como antes, el resto

es irrelevante:

H2O H+ + OH- KW = 10 -14

Volviendo a aplicar la ecuacin de Nerst a esta reccin

tenemos que:

Teniendo en cuenta que el potencial normal del hidrgeno es de 0 V, al ser el de referencia, y

haciendo las mismas consideraciones que en el caso

anterior, la ecuacin quedara como sigue, de forma

definitiva

Eh = - 0.059 pH

Eh = - 0.059 pH

De esta forma, cuando el Eh fuese inferior al indicado no existira agua por la imposibilidad de encontrar hidrgeno oxidado, pues todo l estara reducido a su forma elemental.

Cuanto ms bajo fuese el pH mayor sera la capacidad reductora del medio, pues con mayores valores de Eh se conseguira el mismo efecto reductor.

Eh = - 0.059 pH

CAMPO DE ESTABILIDAD DEL AGUACAMPO DE ESTABILIDAD DEL AGUA(DIAGRAMA Eh(DIAGRAMA Eh--pHpH))

Eh = 1.23 - 0.059 pH

Eh = - 0.059 pH

Lmites de EhLmites de Eh--pH en aguas naturalespH en aguas naturales

Para que la geoqumica constituya una herramienta til y efectiva, debe tener un carcter predictivo.

Para que esto ocurra debemos conocer, al menos de una Para que esto ocurra debemos conocer, al menos de una manera general, las condiciones de Eh-pH que encontrarn las substancias solubles en el medio natural.

Las soluciones ms cidas que podemos encontrar en lanaturaleza se encuentran cerca de centros volcnicosdonde se disuelven gases de origen magmtico, y cercade masas de sulfuros sujetos a procesos de oxidacin.

En dichos lugares las soluciones pueden alcanzar En dichos lugares las soluciones pueden alcanzar

valores de pH cercanos a 0 ([H+] > 1 M).

Sin embargo, estos valores no perduran demasiado ya que lassoluciones reaccionan con las rocas del entorno (proceso dehidrlisis), generando un aumento del pH por consumo dehidrogeniones

Por ejemplo, analicemos la hidrlisis de un feldespato potsico, constituyente normal en una roca gnea. El primer paso nos llevar a la formacin de un mineral tipo mica potsica:

3 KAlSi3O8 + 2 H+ KAl3Si3O10(OH)2 + 6 SiO2 + 2 K+

Neutralizacin natural por las rocas

3 KAlSi3O8 + 2 H+ KAl3Si3O10(OH)2 + 6 SiO2 + 2 K+

pero si hay abundancia de hidrogeniones (medio extraordinariamente cido), esta fase no ser estable, hidrolizndose a su vez, y dando como producto una fase mineral tipo arcilla caolintica:

2 KAl3Si3O10(OH)2 + 2 H+ + 3 H2O 3 Al2Si2O5(OH)4 + 2 K+

Reconoceremos este proceso en el campo por rocas blanquecinas. Si adems hay presentes especies oxidadas de hierro en el sistema (producto de la oxidacin de sulfuros), las rocas adquirirn colores adquirirn colores blancos y rojizos (arcillas caolinticas y limonitas).

Sin embargo, nunca se producir una neutralizacin total de las soluciones, ya que no debemos olvidar que el CO2 atmosfrico reacciona con el agua formando cido carbnico (H2CO3).

CO2 + H2O H2CO3..H+ + HCO3-

HCO3 -. H+ + CO3-2

As lo tpico es que las aguas superficiales tengan valores de pH en el orden de 5 a 6.

Valores de pH ms bajos pueden no obstante encontrarse en los horizontes A de suelos tipo pedalfer o podzol donde en los horizontes A de suelos tipo pedalfer o podzol donde se puede llegar a un pH de 3.5.

De esta manera, y obviando los valores extremos, podemos fijar un lmite inferior de pH en torno a 44 en en los ambientes naturales.los ambientes naturales.

En el otro extremo de la escala podemos encontrar valores de 10 en aguas libres de CO2 que reaccionan

con rocas carbonatadas.

En cuencas salinas de regiones desrticas los valores de pH pueden llegar incluso a 12.

Sin considerar estos valores extremos, se puede fijar

un lmite superior razonable en 9.

4 pH aguas naturales 9