Fisicoquimica Ambiental

FISICOQUIMICA AMBIENTAL

TC-3

Grupo: 358115 _ 28

Director del Curso

Jairo Granados

Gloricet Sanabria

Código:

Ingeniería Ambiental

Acacias Meta

José Jaiver Poveda

Código: 93344147

Ingeniería Ambiental

Cead. J, A, G

Alexandra Aguirre Avilés

Código: 1003465757

Ingeniería Ambiental

Acacias Meta

Adriana Alejandra Gutiérrez Murcia

Código: 1007194139

Ingeniería Ambiental

Cead Pitalito

Bogotá Noviembre 23 / 2014

Ejercicios.

En un experimento, se mezclaron 200mL de agua destilada a temperatura de :T1=80°C, con 200mL de una muestra de agua residual que se encontraba almacenada en un Vaso Dewar a una temperatura T0 de 21°C; después de agitar durante 10 min, se observó que la temperatura de equilibrio (Teq) fue de 47°C. Teniendo en cuenta que la masa del calorímetro (mc) es: 675 g y su calor específico es (Cc): 2,1 cal /g. °C.

Datos experimentales:

Datos Calorimetría Mc = 675 g Cc = 2,1 cal / g.°C

Agua Destilada V_1=200 mL

Teq = 47°C.

Agua Residual

T_0=21 ° C

Calcular:

Las Densidades de las muestras de agua a las respectivas temperaturas, (expresarlas con 4 cifras decimales)

Tenemos que:

Para T0 21°C

d=(30,0658-7,48*〖10〗^(-3) *21)/30=0,9969 g/ml

Para T1 80°C

d=(30,0658-7,48*〖10〗^(-3) *80)/30=0,9822 g/ml

Masas de Agua Utilizadas:

d=m/V →m=V ×d

Masa de agua residual.

m_1=0,9969 g/ml*200 ml=199,38 g

Masa agua destilada.

m_2=0,9822 g/ml*200ml=196,44 g

1.2 La cantidad de calor (en Kcal, KJ y BTU), que ganó ó absorbió el sistema calorímetro + agua

Q_sn= -(m_c*C_C (T_eq-T_0)+m_H2O*C_H2O (T_eq-T_1)

Reemplazando:

Q_sn= -(675 g*2.1 cal/(g°C) (47-21)°C+196.44 g*1cal/(g°C) (47-80)°C)

Q_sn= -30372.480 cal

Q_sn=-30372.480 cal*(1 Kcal)/(1000 cal)=-30.3725 Kcal

Q_sn= -30372.480 cal*(4.18 J)/(1 cal)=-126956.966 J*(1 KJ)/(1000 J1)=-126.9569 KJ

Q_sn= -30372.480 cal*(1 BTU)/(252 cal)=-120.5257 BTU

1.3 La Capacidad Calorífica de la muestra (Cm) del agua residual, en Cal /g.°C y KJ /Kg.K

Recordar: 1 cal=4,18J; 1BTU=252 cal; °K = °C + 273

Con base en la ecuación de balance de calor:

Tenemos:

m_c C_c (T_eq-T_0 )+ m_1 C_m (T_eq-T_0 )= -m_2 C_H2O (T_eq-T_1)

m_1=masa agua residual= 199.38 g

m_2=masa agua destilada= 196.44 g

675 g*2.1 cal/(g°C) (47-21)°C+ 199.38 gC_m (47-21)°C= -196.44g .1cal/(g°C) (47-80)°C

675 g*2.1 cal/(g°C) (26)°C+ 199.38 gC_m (26)°C= -196.44g .1cal/(g°C) (-33)°C

36855 cal+ 199.38 gC_m (26)°C=6482.52 cal

Despejamos

C_m=(6482.52 cal-36855 cal)/(199.38 g .26°C)=(-30372.48 cal)/(5183.88 g°C)= -5.8590 cal/(g°C)

C_m=-5.8590 cal/(g°C)*(4.1868 KJ/(Kg°K))/(1 cal/(g°C))= -24.5306 KJ/(Kg°K)

2. Se realizó un análisis fisicoquímico de dos muestras de suelo en el laboratorio, encontrándose los valores que muestra la tabla 1:

Tabla 1: Resultados hallados en el análisis fisicoquímico de suelos

Tipo de muestras Humedad (%) pH Ep ( mV) dr (g/cm3) CIC(meq/kg)

SFQ 39,45 5,78 150 2,68 13,58

SFO 46,34 6,89 35 2,31 18,35

SFQ: Suelo con fertilización Química

SFO: Suelo con fertilización orgánica

Ep: Energía potencial eléctrica

mV: milivoltios

dr: densidad real

CIC: Capacidad de intercambio catiónico (meq cationes/Kg suelo)

Tabla 2: Técnicas analíticas utilizadas en el análisis fisicoquímico de suelos

Variable analizada Técnica analítica utilizada

Humedad (%) Secado en horno a 105°C por 24 horas pH

Ph Potenciometría con electrodo de vidrio

Ep ( mV) Potenciometría con electrodo de vidrio

dr (g/cm3) Picnómetro

CIC(meq/kg) Extracción con acetato de amonio 1N y titulación volumétrica con NaOH 0,1 N

Teniendo en cuenta las 5 preguntas centrales descritas a continuación, elaborar un diagrama UVE heurístico que tenga como finalidad interpretar analíticamente los resultados encontrados en la tabla 1:

FUNDAMENTO PREGUNTAS METODOLOGIA

2.1 ¿Cómo se clasifican las muestras de suelo en virtud de su pH y capacidad de intercambio catiónico? ¿Qué indican estos resultados?

Suelo en virtud de su pH

Muy ácido: pH. < 5,5

Ácido: 5,6< pH. < 6,5

Neutro: 6,6 > pH < 7,5

Básico o ligeramente alcalino: 7,6 > pH > 8,5

Muy alcalino: pH > .8, 6

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO

La Capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la medida de la cantidad de cationes que pueden ser absorbidos o retenidos por un suelo.

Estos suelos tienen cantidades variables y diferentes clases de arcilla y materia orgánica, de modo que la capacidad de intercambio catiónico (CIC) total varía considerablemente. La materia orgánica tiene una capacidad de intercambio catiónico alta, por lo que los suelos con un alto contenido de materia orgánica presentan por lo general una Capacidad de intercambio catiónico mayor que la de los suelos con un bajo contenido de materia orgánica.

Si hablamos de plantas los cationes revisten mayor importancia, es decir el calcio (Ca++), magnesio (Mg++), potasio (K+), amonio (NH4+), sodio (Na+) e hidrógeno (H+).

Según la clasificación de las muestras su pH se clasifican como acida neutra o alcalina y en los datos suministrados se tiene que para SFQ= 5,78 es moderadamente ácido, mientras que para SFO = 6,89 su PH es neutro.

Según la clasificación de los suelos en virtud de su capacidad de intercambio catiónico se mide según sus meq/100g de muestra de suelo, y en los datos suministrados se tiene 13,58 meq/1000g, para el SFQ al realizar la conversión se dice que la Capacidad de intercambio catiónico es 1,358meq/100 y para SFO es18, 35 meq/1000g su conversión es 1,850 meq/100 esto significa que estos suelos presentan muy baja Capacidad de intercambio catiónico.

Según los resultados del pH se dice que estos suelos son poco fértiles porque no poseen la capacidad de retener los nutrientes.

2.2 ¿Cuál es la relación fisicoquímica entre potencial electrocinético y energía potencial eléctrica en los suelos? ¿Qué significan los valores de Ep encontrados en este análisis?

En el campo eléctrico, se tiene energía potencial eléctrica esta es la encargada de hacer el trabajo de trasportación de la micela la cual tiene un potencial electrocinético, donde la energía potencial eléctrica se cuantifica así =ep= al trabajo realizado para trasportar la carga.

Potencial Electrocinético: Es aquella que corresponde a la superficie de cizallamiento incipiente, es decir donde la velocidad es cero, pero donde su gradiente no es nulo.

Energía Potencial Eléctrica: Es aquella que tiene un cuerpo con carga eléctrica por estar bajo la influencia de un campo eléctrico, es decir la fuerza eléctrica del campo es la que realiza el trabajo sobre el cuerpo cargado.

2.3 ¿Cuál es la concentración de Hidrogeniones, hidroxilos y pOH de los suelos estudiados?

El pH permite encontrar la concentración de moles de hidrogeniones en una solución.

Concentración de hidrogeniones (H+)

pH = -log [H+]

pH = 5.78

[H+]=ant log⁡〖(-〗 5,78)=1.6595x10^(-6)

pH =6.89

[H+]=ant log⁡〖(-〗 6,89)=1.288x10^(-7)

Concentración de hidroxilos

10^(-14)=[H3O^+ ]+[OH^- ]

pH= 5.78  OH=(10^(-14))/[H3O^+ ] = (10^(-14))/(1.6595x10^(-6) )=6.060 x 10^(-11)

pH= 6.89  OH=(10^(-14))/[H3O^+ ] = (10^(-14))/(1.288x10^(-7) )=7,8 x 10^(-12)

pOH de los suelos estudiados

pH + pOH = 14  pOH= 14- pH

pH= 5.78  pOH= 14- 5.78= 8,22 pH= 6.89  pOH= 14- 6.89= 7,11

2.4 ¿Cuál es la relación fisicoquímica entre % de humedad, porosidad y densidad real de los suelos analizados? ¿Qué significan estos valores?

Encontramos que la densidad real determina las densidades de un suelo, este parámetro de medición se centra en estudiar la relación existente entre el peso del suelo seco y el volumen ocupado por sus partículas, esto significa que se está excluyendo el porcentaje de volumen ocupado por la porosidad los cuales son ocupados por gases y agua. Además la porosidad tiene una gran influencia en la capacidad de retención del agua a esta se le conoce como porcentaje de humedad.

Estos tres parámetros fisicoquímicos se relacionan entre sí porque las determinaciones de dr y dap, pueden establecer la porosidad de un suelo lo que determina su porcentaje de infiltración.

Análisis de los valores

Según los datos obtenidos SFQ presenta una densidad real mayor que SFO, lo que significa que la retención de humedad es menor en SFQ. Esto se da inicialmente por la presencia de materia orgánica en SFO dado que la densidad real disminuye con la presencia

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