Especiación del hierro

Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Dpto. de Ing. Hidráulica y Ambiental
ICH3364 Geoquímica Ambiental– 2’12 – Profesor P. Pastén

Geoquímica Ambiental: REACTIVIDAD DEL HIERRO
Daniela Cabrera Abarca

05 Septiembre 2012

2

Temas:
• • • • • Importancia del Ciclo del Fe Sistemas Redox del Fe Formación de Complejos de Fe en el agua Constantes de interés Anexos3
ESPECIACION DEL HIERRO

Hierro
• Elemento muy abundante en la corteza terrestre (5%) y esencial para los organismos vivos • Nivel máximo de ingesta tolerable para adulto sano de 70 kg: 45 mg/día (Oscar Alarcón, 2009). • Para el agua potable se establece un máximo en Chile de 0.3 mg/l (NCh409)

4
ESPECIACION DEL HIERRO

Procesos Redox
La secuencia de reacciones redox estándeterminadas por los valores de potencial de oxidación (Eh) de las reacciones redox.

5

Sistema Redox del Fe
• Importante en aguas naturales y en sistemas de tratamiento • Oxidación de materiales de Fe como pirita producen AMD • Determinan el Fe en suelos y aguas subterráneas • Intervienen en la eliminación de Fe de aguas

6
ESPECIACION DEL HIERRO

Ciclo del Hierro
AMD + Aguas Superf.Disminuye pH en agua

Movilización y transporte de Fe

Cuando Fe precipita, puede adsorber y/o coprecipitar con otros metales (Fe(OH)3) sedimentos sirven de sumideros de metales pesados y metales traza

Precipitación de Fe

Neutralización aguas abajo

Gilchrist et al., 2009

7

Especiación del Fe
Reducción de Fe (III) Abiótica: p.ej. Sulfatos Biótica: sirviendo como aceptor de electronespara bacterias Oxidación de Fe(II) Abiótica: Biótica: Común para pH bajo. En condiciones casi anóxicas para pH cercano a 7.

8

Solubilidad del Fe
• Solubilidad es favorecida por la prevalencia de condiciones acídicas y reductivas
• Mayoría de los compuestos ferrosos son solubles (excepción del sulfuro ferroso FeS). (Wikipedia)

9
ESPECIACION DEL HIERRO

Caso de estudio: pH y pEaltos  precipita Fe(OH)3 pH y pe bajos  FeOH+ y Fe2+

(Stumm, 1996)

10

Comportamiento del Fe en diferentes ambientes

(Wikipedia)

11
ESPECIACION DEL HIERRO

Especiación del Fe
• Alta dependencia con Eh
Estado Oxid. Especie Eh=544 [mV] Eh=579 [mV] Eh=634 [mV] Eh=666 [mV]

Fe(II)

Fe2+
FeSO4(aq)

65%
22%

60%
15%

19%
6% 9%

Fe(OH)2+
Fe(III) FeOH2+

57%
13% 25%14%

67%
28%

FeSO4
Fe3+

3%
0.4%

5%
0.5%

(López et al. 1998)

T=11°C y pH=4.5 (en río)

12
ESPECIACION DEL HIERRO

Constantes de interés
Semi-reacciones Fe2+ + 2e-  Fe (s) Fe(OH)3(s) + 3H+ + e-  Fe2+ + 3H2O Fe3+ + e-  Fe2+
(Adaptado de Stumm, 1996)

E° (V) -0.44 +1.06 +0.77

∆������° ������������ 84.91 -102.3 25.09

log Kred -14.8 17.9 13.0

pE° -7.4 17.9 13.013

Constantes de interés
∆������f° (kcal/mol) -2.48 3.23 -

Reacción Fe2+ + HCO3-  FeHCO3+
Fe2+ + CO32-  FeCO30 FeCO3  Fe2+ + CO32- (siderita crist.) Fe2+ + SO42-  FeSO40 Fe2+ + HSO4-  FeHSO4+

log K 2.0
4.38 -10.89 2.25 1.08

Fe3+ + SO42-  FeSO4+
Fe3+ + 2SO42-  Fe(SO4)2Fe3+ + HSO4-  FeHSO42+ FeSO4∙7H2O  Fe2+ + SO42- +7H2O (Adaptado de Stumm, 1996)

3.91
4.6 4.914.04
5.38 2.48 -2.209

14

Constantes de interés
Reacción
Fe2+ + H2O  FeOH+ + H+

∆������f° (kcal/mol)
13.2

log K
-9.5

Fe3+ + H2O  FeOH2+ + H+
Fe3+ + 2H2O  Fe(OH)2+ + 2H+ Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)30 + 3H+ Fe3+ + 4H2O  Fe(OH)4- + 4H+ 2Fe3+ + 2H2O  Fe2(OH)24+ + 2H+

10.4
17.1 24.8 31.9 13.5

-2.19
-5.67 -12.56 -21.6 -2.95

3Fe3+ + 4H2O  Fe3(OH)45+ + 4H+
FeOOH + 3H+  Fe3++ 2H2O

14.3
-

-6.3
~1.0

Fe(OH)3 + 3H+  Fe3+ + 3H2O (Adaptado de Stumm, 1996)

-

3.0 a 5.0

15
COMPLEXACION DEL HIERRO

(Thuroczy et al., 2010)

16

Procesos de Adsorción
Controla la concentración de contaminantes traza. Oxihidróxido de Fe y Mn principales compuestos adsorbentes y aunque están presentes en una fracción menor, su gran superficie y alta reactividad los...