DioxidoCarbono SistemaCarbonato QA2015II

10/18/2015

Dióxido de carbono disuelto y
equilibrio ácido-base del
sistema carbonato

1

Sistema Carbonato
aEl pH de la mayoría de aguas naturales esta controlado por
las reacciones que involucran el sistema carbonato
aLa química del agua de subsuelo y del agua de mar están
cercanas al equilibrio de la calcita, el pH indica la
disolución o precipitación de la calcita o aragonita
aAplicacionesDDestino del CO2 de los combustibles fósiles y otras fuentes en la
atmósfera
DEfecto de la lluvia acida en los lagos
DEfecto del drenaje ácido de las minas a los ríos
D Las especies carbonato son necesarias para todos loa sistemas
biológicos
DLa fotosíntesis acuática es afectada por la presencias de las
especies carbonato disueltas
2

1

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Sistema Carbonato
a El CO2 es la fuente másimportante de la acidez de
aguas naturales (no perturbadas por el hombre) y
contribuye a la disolución de minerales en los procesos
de meteorización,, ejemplos:
j p
CaCO3(calcita) + CO2(g) + H2O(l) ↔ Ca2+ + 2HCO3NaAlSi3O8(albita) + CO2(g) + 11/2H2O(l) ↔ Na+ + HCO3+ 2H4SiO40 + 1/2Al2Si2O5(OH)4(caolinita)
aFuentes de CO2: emisiones volcánicas, respiración,
p
combustión, descomposición de materiaorgánica
precipitación de carbonatos
a Depósitos de CO2: fotosíntesis, disolución de minerales
a Es abundante en el aire (CO2 (g) = 0,037% v/v en aire
3
seco)

Dióxido de Carbono en la Tierra

Agosto 2015: 398.82 ppm
Setiembre 7, 2015

Agosto 2014: 397.01 ppm
4

2

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Sistema Carbonato

a

Regula el pH en aguas naturales, fuente de carbono

para organismos autotróficos
a El CO2 disuelto estápresente en todas las aguas
naturales y aguas residuales; aún el agua de lluvia no
contaminada es ligeramente ácida debido a la
presencia del CO2
D CO2 (g) → CO2 (ac)
D CO2 (ac) + H2O → H+ + HCO3a Las
L algas
l
necesitan
it CO2 para la
l fotosíntesis
f t í t i
D 2HCO3 + hν → (CH2O) + O2 + CO3- (pH ↑)
a Las bacterias producen CO2 durante la
descomposición de compuestos orgánicos
5
D (CH2O) + O2 → CO2 +H2O (pH ↓)

Formas de Carbono
PFase Gas
4CO2, metano, compuestos orgánicos volátiles (VOCs)

PO á i
POrgánicos
4Aminoácidos, ADN, etc

PAgua
4Carbono inorgánico disuelto (DIC)
4Carbono orgánico disuelto (DOC)

6

3

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Sistema de Acido Diprótico
PAcido carbónico (H2CO3)
4Puede donar dos protones (ácido débil)

PBicarbonato (HCO3-)
4Puede donar o aceptar un protón (actúa como
ácido obase)

PCarbonato (CO32-)
4Puede aceptar dos protones (base)

El sistema-I: CO2-H2O

P El ácido carbónico es un ácido débil de gran
importancia en aguas naturales . La primera etapa de
su formación es la disolución de del CO2(g) en agua
según la siguiente reacción:
CO2(g) ↔ CO2(ac)
En el equilibrio tenemos:
{CO2( ac ) }
K CO2 =
= 10 −3.5
pCO2
P Una vez en solución, el CO2(ac) reacciona con agua
paraformar ácido carbónico:
CO2(ac) + H2O(l) ↔ H2CO30

4

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El sistema-II: CO2-H2O
P En la práctica, CO2(ac) y H2CO30 se combinan y ésta
combinación se denota como H2CO3*. Su formación
está dada ppor la siguiente
g
reacción:
CO2(g) + H2O(l) ↔ H2CO3*
P La constante de equilibrio a 25°C es:

K CO2 =

{ H 2CO3 *}
= 10 −1.46
pCO2

P La mayoría del CO2 disuelto está realmente presente
comoCO2(ac); sólo una pequeña cantidad esta
realmente como verdadero ácido carbónico H2CO30.

El sistema-III: CO2-H2O
P El ácido carbónico (H2CO3*) es un ácido débil que se
disocia de acuerdo a:
H2CO3* ↔ HCO3- + H+
P Su
S constante dde di
disociación
i ió constante a 25°C y 1 bbar es:

K1

{HCO }{H } = 10
=
−
3

+

{H 2CO3 *}

− 6.35

P El bicarbonato se disocia de acuerdo a:
HCO3- ↔ CO32- + H+

K2

{CO}{H } = 10
=
{HCO }
2−
3

+

−10.33

−
3

5

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Carbonatos en Sistemas Acuáticos

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Sistema Carbonato
KH = 10-1.5

1. CO2(g) ↔ CO2(ac)
CO2(ac) + H2O ↔ H2CO3*
H2CO3* ↔ H+ + HCO3-

Km = 10-2.8
K1′ = 10-3.5

2. CO2(ac) + H2O ↔ H+ + HCO3-

Ka1 = 10-6.36

H2CO3*
3 HCO3- ↔ CO32- + H+
3.

-10 3
Ka2 = 10-10.3

4. CO32- ↔ Ca2+ + CaCO3(s) Ksp = 10-8.3
12

6

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pH, aguas naturales no...