Especies Carbonatadas

Especies carbonatadas

Proporción de las diversas especies carbonatadas
El agua de lluvia disuelve pequeñas cantidades de CO2 de la atmósfera, y, si se infiltra en un
suelo con cierto desarrollo vegetal, disuelve mucho más CO2 de los poros del suelo: allí la
cantidad de CO2 es unas mil veces superior a la de la atmósfera.
Inmediatamente se produce la siguiente reacción entre el CO2 y el agua1:CO2(gas) + H2O

H2CO3

(1)

Pero el H2CO3 es muy inestable, y la mayor parte se disocia de acuerdo con la reacción
siguiente:
H2CO3

HCO3– + H+

(2)

Y, finalmente, una pequeña parte del HCO3– también se disocia generando carbonato y más
acidez:
HCO3–

CO3= + H+

(3)

¿Por qué se han usado las expresiones la mayor parte y una pequeña parte? Lo veremos: Si
aplicamos la Ley de Acción de Masas a lastres reacciones anteriores2, resulta:
CO2 + H2O

H2CO3

(1)

K CO2 = 10 –1, 47 =

H2CO3

HCO3– + H+

(2)

K H 2CO3 = 10 – 6,35 =

HCO3–

CO3= + H+

(3)

( H 2CO3 )
PCO2

(1b)

( H + )( HCO3 )
( H 2 CO3 )
–

K HCO – = 10 −10,33 =
3

(2b)

=

( H + )(CO3 )
–
( HCO3 )

(3b)

Los valores de las tres K (estos son para 25 ºC) son los que hacen que la reacción (2) alcance
el equilibrio con unaconcentración mayor de HCO3– que de H2CO3 , y que la reacción (3) llegue
a su equilibrio con una concentración de CO3= mucho menor que de HCO3–. Veámoslo con
números y con un ejemplo:
Cálculo de la proporción de especies carbonatadas en un agua con pH=7 y fuerza iónica
I=0,05, temperatura= 25ºC
Para la proporción entre carbonato y bicarbonato, despejamos en la ecuación (3b):
10 –10,33
–
= ( HCO3 ) 10 –3,33(4)
–7
10
Pero en la Ley de Acción de Masas intervienen las actividades, y sabemos que:
Actividad = Concentración x coeficiente de actividad
=

(CO3 ) = (CO3 H – )

1

En realidad, se producen dos equilibrios: CO2(gas)
CO2(disuelto) ; CO2(disuelto)+H2O
H2CO3
Estos dos se combinan en la reacción (1); el H2CO3 que aparece en ella es en realidad H2CO3+ CO2(disuelto)
2
Las actividades se expresan entreparéntesis, (Ca++), y las concentraciones entre corchetes, [Ca++]
F. Javier Sánchez San Román---- Dpto. Geología Univ. Salamanca

http://web.usal.es/javisan/hidro

Pág. 1

Para una fuerza iónica de I=0,05, valor que hemos tomado como ejemplo, los coeficientes de
actividad de carbonato y bicarbonato serían respectivamente 0,47 y 0,83. Convirtiendo actividades
en concentraciones en (4), quedaría:[CO3=] . 0,48 = [HCO3–] . 0,85 . 10-3,33
[CO3=] = [HCO3–] . 0,00083

(5)

O sea: que la concentración de carbonato resulta ser menor que la milésima parte que la
concentración de bicarbonato.
Análogamente repetimos el cálculo para conseguir la relación entre bicarbonato y ácido
carbónico, despejando en la ecuación (2b):
10 –7
–
–
( H 2CO3 ) = ( HCO3 ) –6,35 = ( HCO3 ) 10 –0, 65
(6)
10
Y si de nuevotenemos en cuenta el cambio de actividades a concentraciones con los mismos
valores de los coeficientes de actividad utilizados más arriba:
[H2CO3] = [HCO3–] . 0,85 . 10-0,65
[H2CO3] = [HCO3–] . 0,19

(7)

Si queremos hallar los % de las tres especies carbonatadas3, podemos establecer:
(8)
100 = [H2CO3] + [HCO3–] + [CO3=]
Sustituyendo en (8) los valores de (5) y (7), resulta:
(9)
100 = [HCO3–]·0,19 + [HCO3–] +[ HCO3–] · 0,00083
–
Despejando resulta: [CO3H ] = 83,94
Y sustituyendo este valor de [HCO3–] en las expresiones (5) y (7) se obtiene respectivamente:
[CO3=] = 83,94 · 0,00083 = 0,07
[H2CO3] =83,94 · 0,19 = 15,99
Como en (8) habíamos establecido un total de 100, estos resultados indican que el 84% es
CO3H-, el 16% es H2CO3, y solamente el 0,07% se encuentra en forma de CO3=. Sirepitiéramos el
cálculo de este ejemplo para varios valores de pH entre 4 y 12, podríamos representar los
resultados en el gráfico
100
siguiente4, apreciando la
90
HCO3diversa presencia de una
H2CO3
CO3=
u otra especie
80
dependiendo del pH:
70
En aguas muy ácidas
60
predomina el H2CO3 y en %
50
aguas muy básicas el mas
=
40
abundante sería el CO3 .
El pH de las aguas
30
subterráneas
20
normalmente...