Agua y suelo

Sistemas acuáticos

Distribución del agua ambiental:

97% mar 2% hielo 0,6% agua subterránea: pantanos, acuíferos 0,01% ríos, arroyos, lagos

Procesos fisicoquímicos en sistemas acuosos:
1. Iones metálicos y formación de complejos

2. Procesos Acido-Base Solubilidad

3. Procesos Redox

4. Interacción con suelo y sedimentos

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1. Iones metálicos y formación de complejos

1.Iones metálicos y formación de complejos Metales en muestras de agua ambiental: agua de mar [Li+] = 0,2 mg/L [Na+] = 11 g/L agua dulce [Na+] = 6 mg/L [K+] = 2 mg/L [Mg2+] = 4 mg/L [Ca2+] = 15 mg/L [Al3+] = 0,3 mg/L [Fecoloidal] = 0,5 mg/L

[K+] = 0,4 mg/L [Mg2+] = 1 g/L

[Ca2+] = 0,4 mg/L [Sr2+] = 7,9 mg/L

1. Iones metálicos y formación de complejos Hidratación: O H O O H H O O primera esferade coordinación H H O H

O O

Mn+

segunda esfera de coordinación

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1. Iones metálicos y formación de complejos Influencia del pH: [Fe(H2O)6]3+ → [Fe(OH)(H2O)5] 2+ + H+ 2[Fe(H2O)5(OH)]2+ → [(H2O)4Fe(OH)2Fe(H2O)4]4+ + 2 H2O

Fe2O3·nH2O(s) Solubilidad

1. Iones metálicos y formación de complejos Influencia de la carga del ion: H O Mz+ OH + H+ H
Z 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Mz+

Mz+O + 2H+

O2OHH2O
7 pH 14

1. Iones metálicos y formación de complejos Ligandos en química ambiental: grupos funcionales:

polifosfatos: policarboxilatos: nta, edta, citrato ácidos húmicos y fúlvicos

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1. Iones metálicos y formación de complejos Mn+ +Lm- → [ML](n-m)+ [ML](n-m)+ + Lm- → [ML2](n-2m)+ HmL → H+ + Hm-1LHm-1L- → H+ + Hm-2L2Mn+ + n OH- → M(OH)n(s) Ka1 Ka2 1/Kps SolubilidadK1 K1. K2=β2 K2

1. Iones metálicos y formación de complejos pH Presencia de otros metales Presencia de otros ligandos Relación metal ligando Formación de especies insolubles

1. Iones metálicos y formación de complejos
100

Pb-H3nta, 25°C, [Pb2+]=3mM, [nta]=3mM
PbLL3-

%% formación respecto a nta formación respecto a Pb(II)

80

60

H3L

40

H2L-

Pb(OH)2 (s) HL2-

20Pb2+ HL20 0 4 pH 8 12

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un ejemplo...

Procesos fisicoquímicos en sistemas acuosos:
1. Iones metálicos y formación de complejos

2. Procesos Acido-Base Solubilidad 3. Procesos Redox

4. Interacción con suelo y sedimentos

2. Procesos Acido-Base

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2. Procesos Acido - Base pH de muestras de agua ambiental: 5-9 Agua de lluvia: pH < 7 Acidos: CO2, H2PO4-, H2S, proteínas, ácidosgrasos, Fe3+, Al3+ Bases: CO32-, HCO3-, NH3, fosfatos, boratos, bases conjugadas de ácidos orgánicos

2. Procesos Acido - Base Alcalinidad: capacidad de aceptar H+, hasta viraje de la fenolftaleína (pH=8,2) Alcalinidad total: capacidad de aceptar H+, hasta viraje de naranja de metilo (pH=4,3) Basicidad: elevado pH Acidez mineral libre: capacidad de aceptar OH-, hasta viraje de naranja de metilo(pH=4,3) Acidez total: capacidad de aceptar OH-, hasta viraje de la fenolftaleína (pH=8,2)

2. Procesos Acido - Base CO2(g) → CO2(ac) 0,035% V/V del aire atmosférico producido por procesos metabólicos CO2(ac) + H2O → H2CO3 K = 2 x 10-3

CO2 + H2O → HCO3- + H+ pKa1 = 6,35 HCO3- → CO32- + H+ CaCO3(s) → CO32- + Ca2+ pKa2 = 10,33 log Kps = -8,34 Solubilidad

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2. Procesos Acido - Base
100% formación respecto a CO2

HCO380 CO2-H2CO3 CO32-

60

40

20

0 4,5 6.5 pH 8.5 10.5

Sistema CO2-H2O

2. Procesos Acido - Base CO2 (g) CO2 + H2O → H+ + HCO3H2O CO32- + H2O → OH- + HCO3+ Ca2+ CaCO3(s) Sistema CO2-H2O-CaCO3

2. Procesos Acido - Base fotosíntesis 6 CO2 + 6 H2O + hν → C6H12O6 + 6 O2 alcalinización

respiración

C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energíaacidificación

fermentación C6H12O6 → 2 CO2 + 2C2H5OH

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Procesos fisicoquímicos en sistemas acuosos:
1. Iones metálicos y formación de complejos

2. Procesos Acido-Base Solubilidad 3. Procesos Redox

4. Interacción con suelo y sedimentos

3. Procesos Redox

3. Procesos Redox Agentes oxidantes y reductores en muestras ambientales:

Oxidantes: O2, NO3-, NO2-, Fe(OH)3(s), FePO4, SO42-, S,...