Determinación del porcentaje de absorción de CO2 en agua de mar mediante la simulación de una atmosfera de CO2

Determinación del porcentaje de absorción de CO2 en agua de mar mediante la simulación de una atmosfera de CO2 producido a partir de la reacción de ácido clorhídrico HCl en solución con carbonato de sodio Na2CO3

1. Introducción

        El agua salada constituye el 96,5% del agua en el mundo, posee este sabor particular por la concentración de 35 gl de cloruro de sodio y otros compuestos^[1]. “El océano contiene casi 200.000 especies identificadas, pero las cifras reales pueden ser millones” (UNDP, 2019). Además, “Más de 3.000 millones de personas dependen de la biodiversidad marina y costera para su sustento” (UNDP, 2019). Pero, ¿qué pasaría si la vida marina dejara de existir en el océano? Pues bien es cierto, esto puede suceder, la vida marina en los últimos 200 años se ha visto afectada por un problema de mucha trascendencia, pero de poco conocimiento por parte de la población en general, que es la acidificación de los océanos causado por la elevada expulsión de CO2 en el ambiente.^[2] 

        Los arrecifes de coral se ven afectados por la acidificación, ya que con la alta concentración de CO2 se les resulta difícil poder sobrevivir^[3], causando la pérdida del hogar y refugio de millones de especies marinas. Científicos afirman que al finalizar este siglo al menos el 30% de las especies marinas no serán capaces de sobrevivir^[4], asimismo este problema contribuye a la descalcificación, malformación y la disolución de conchas de muchas especies dejándolas expuestas y vulnerables ante sus depredadores^[5]. La acidificación, como consecuencia global, afecta a toda la vida marina y en un futura, la vida terrestre. [pic 1][pic 2]

        El CO2 expulsado y almacenado en la atmósfera es absorbido por el agua de mar, reaccionando con esta, formando el ácido carbónico, H2CO3, lo que da lugar al ion bicarbonato, HCO3-1(produciendo iones de carbonato CO3-2) e iones de hidrógeno, H+^[6]. La importancia que en mi radica la naturaleza y la manera en la que las acciones humanas afectan a la misma me motivan a realizar el presente proyecto, el que tiene como propósito determinar la cantidad de CO2 que absorbe el agua de mar mediante una experimentación en laboratorio. Anhelo y aspiro que el este proyecto sea tomado en cuenta como manera de concientización por parte de la población al analizar la cantidad de CO2 que expulsamos diariamente a la atmosfera sabiendo que, si el problema sigue, la vida marina dejará de existir.

Las reacciones que dan lugar al ácido y por ende a la contaminación oceánica, son las siguientes:

La primera reacción es entre el agua y el dióxido de carbono que, al disolverse a presión constante, forman ácido carbónico.[pic 3]

Luego, el ácido carbónico se disocia parcialmente para dar bicarbonato y protones^[7].[pic 4]

A lo largo del proyecto se trabajará en base a la primera reacción y otras que aparecerán después, ya que, lo que se intenta determinar es la cantidad de CO2 que absorbe el agua de mar, más no el ciclo o proceso que cumple este compuesto en el agua.

1. Metodología

El proyecto intenta dar respuesta a la pregunta de investigación: ¿Qué cantidad de CO2 absorbe el agua de mar?, para poder responder a la pregunta de investigación se realiza un proceso de 2 pasos, los cuales son:

1. Paso 1: Obtención de CO2  mediante la reacción de ácido clorhídrico HCl en solución  con carbonato de sodio Na2CO3 y la recolección del gas en el agua creando un sistema abierto simulando una atmósfera de CO2, en donde, el gas pasa mediante la manguera, llega y se almacena en la probeta y va a reaccionar directamente con el agua, simulando en parte el proceso que ocurre en la naturaleza, en donde el agua de mar absorbe el CO2 del ambiente, que en este caso es la probeta. Además, se producirán burbujas de CO2 que al contacto con el agua simula a la cantidad que se encuentra en zonas con elevada presencia de CO2 o emitida por productos arrojados al océano con altas concentraciones de dióxido de carbono.
2. Paso 2: Valoración del ácido carbónico  contenido en 100ml de agua de mar por la absorción de CO2 con hidróxido de sodio NaOH 0,1M.[pic 5]

1. Materiales y reactivos

Para el experimento de necesitan los siguientes materiales y reactivos:

• Dos matraces de Erlenmeyer cuello estrecho (capacidad máxima: 200 ml)
• Tres matraces de Erlenmeyer cuellos estrecho (capacidad máxima: 600 ml)
• Papel filtro (peso: 0,83 g ± 0,01 g)
• Balanza electrónica (capacidad máxima: 220,00 g; incertidumbre: ± 0,01 g)
• Dos espátulas y un vidrio de reloj (peso: 23,27 g)
• Un mortero y pilón de porcelana
• Un cronómetro (incertidumbre: ± 1 s) aunque su precisión es de 0,01 s
• Dos termómetros (rango: (0,300) ºC; incertidumbre: ± 0,5 ºC)
• Una cubeta de plástico (Capacidad máxima: 3130 ml ≡ 3,13L)
• Un pH-metro (incertidumbre: ± 0,1)
• Un gotero
• Un matraz de cuello aforado (capacidad máxima: 100 ml; incertidumbre: ± 25 ml)
• Una bureta de Geissler milimetrada (capacidad máxima: 20 ml; incertidumbre: ± 0,1 ml)
• Vasos precipitados (capacidad máxima: 250 ml y 100 ml; incertidumbre: ± 50 ml y 25 ml)
• Una probeta graduada (capacidad máxima: 250 ml; incertidumbre: ± 2,0 ml)
• Un matraz de balón (capacidad máxima: 500 ml; incertidumbre: ± 100 ml)
• Una manguera de laboratorio
• Un embudo pequeño de vidrio
• Mechero y gas
• Una rejilla de asbesto y un trípode
• Soporte universal de laboratorio (altura: 60 cm)
• Tapón de goma con dos agujeros
• Agua destilada estado líquido (densidad: 1 g/cm3; masa molar: 18,01528 g/mol; punto de ebullición: 100 °C).
• Carbonato de sodio o carbonato sódico sólido, Na₂CO₃. (masa molar: 106 g/mol; peligrosidad del reactivo: irritación de piel y tracto respiratorio, corrosiva a los ojos)
• Ácido clorhídrico líquido con 97% de pureza, HCl (masa molar: 36,46094 g/mol; peligrosidad del reactivo: irritante, corrosivo, quemaduras al tejido, asfixia, muerte)[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]
• Indicador de pH, fenolftaleína líquida, C20H14O4. (masa molar: 318,3106 g/mol; peligrosidad: irritaciones leves y tóxica).[pic 12][pic 13][pic 14]
• Indicador de pH, purpura de bromocresol, C21H16Br2O5S. (masa molar: 539,80 g/mol; peligrosidad: irritación)[pic 15][pic 16][pic 17]
• Hidróxido de sodio líquido, NaOH, el mismo que se tuvo que preparar, ya que sólo había en sólido. (masa molar: 39,99 g/mol; peligrosidad: irritación, corrosivo)[pic 18][pic 19][pic 20]
• Agua de mar obtenida de la playa de Briceño, Ecuador un día antes de la experimentación para que la química del agua no variase y tomando muestras en botellas de vidrio para que los micro plásticos no afecten al agua, con una temperatura de 29,0 ºC y con un pH de 8,8.

1. Procedimientos experimentales

-Paso 1: Obtención de CO2  mediante la reacción de ácido clorhídrico HCl en solución  con carbonato de sodio Na2CO3 y la recolección del gas en el agua creando un sistema abierto simulando una atmósfera de CO2, en donde, el gas pasa mediante la manguera, llega y se almacena en la probeta y va a reaccionar directamente con el agua, simulando en parte el proceso que ocurre en la naturaleza, en donde el agua de mar absorbe el CO2 del ambiente, que en este caso es la probeta. Además, se producirán burbujas de CO2 que al contacto con el agua simula a la cantidad que se encuentra en zonas con elevada presencia de CO2 o emitida por productos arrojados al océano con altas concentraciones de dióxido de carbono.

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