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Producto de Solubilidad

Producto de Solubilidad. M m A n (s)   mM n+ + nA m-. Ejemplo: precipitación del ion férrico Fe(OH) 3 (s)   Fe 3+ + 3OH - K sp (hidróxido) = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = 10 -38.8 FeO(OH)(s)  + H 2 O  Fe 3+ + 3OH - K sp (goetita) = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = 10 -41.5

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Producto de Solubilidad

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Presentation Transcript

  1. Producto de Solubilidad MmAn(s) mMn+ + nAm- Ejemplo: precipitación del ion férrico Fe(OH)3(s)  Fe3+ + 3OH- Ksp(hidróxido) = [Fe3+][OH-]3 = 10-38.8 FeO(OH)(s)  + H2O Fe3+ + 3OH- Ksp(goetita) = [Fe3+][OH-]3 = 10-41.5 ½Fe2O3(s)  + 1½ H2O Fe3+ + 3OH- Ksp(óxido) = [Fe3+][OH-]3 = 10-42.7

  2. Equilibrios reportados (NIST) • Fe3+ + OH- FeOH2+ • Fe3+ + 2OH- Fe(OH)2+ • Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3 • Fe3+ + 4OH- Fe(OH)4- • 2Fe3+ + 2OH- Fe2(OH)24+ • 3Fe3+ + 4OH- Fe3(OH)45+

  3. At 25°C, K1 = 6.46x1011 K2 = 2.51x1022 K3 = 2.51x1030 K4 = 2.51x1034 K22 = 1.26x1025 K34 = 5.01x1049 Ksp = 2.51x10-39

  4. Solubilidad total del ion férrico

  5. Distribución de Especies Solubles

  6. Adición de un Agente Complejante EDTA Fes = [Fe3+] + mi[Fem(OH)n] + Fe(EDTA)p+ = [Fe3+] + Kmn[Fe]m[OH]n + KFeEDTA[Fe][EDTA] EDTATotal = [EDTA] + [Fe(EDTA)p+] = [EDTA] + KFeEDTA[Fe][EDTA] Despejando [EDTA],

  7. Agregación de un Agente Complejante Adicional

  8. Distribución de Especies Solubles (c/EDTA)

  9. Representación Gráfica de la Distribución 3Fe3+ + 4OH- Fe3(OH)45+ K34

  10. pH Natural de una Solución Fe3+ + OH- FeOH2+ K1 Fe3+ + 2OH- Fe(OH)2+ K2 Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3 K3 Fe3+ + 4OH- Fe(OH)4- K4 2Fe3+ + 2OH- Fe2(OH)24+ K22 3Fe3+ + 4OH- Fe3(OH)45+ K34 H2O  H+ + OH- Kw Fe total soluble (Fes) = [Fe3+] +  m[Fem(OH)n]i OH total = OHTotal = [OH-] +  n[Fem(OH)n]i Disociación del agua   = moles de agua disociada Kw = [H+][OH-] = ([H+]o + )([OH-]) OHTotal = [OH-]o +  3 incógnitas ([Fe3+], [OH-] & ), 3 ecuaciones pH natural depende de Fes, anion & T

  11. Economía de la Precipitación & Disolución Pagamos por todo lo que agregamos. • Costos de reactivos • Costos de remediación Veremos de cerca el proceso de precipitación con hidróxido $  por cada Fe3+, 3 OH- (Fe(OH)3 + complejos solubles $  Desechos sólidos $  Contaminación de la solución con cationes (Na+, Ca2+ or Al3+)

  12. Caso interesante – Cobre c/glicina NH2CH2COOH – Glicina (Gly) - HL NH2CH2COO- + H+ NH2CH2COOH NH2CH2COO- + 2H+ NH3CH2COOH+ Cu2+ + NH2CH2COO- NH2CH2COOCu+ Cu2+ + 2NH2CH2COO- (NH2CH2COO)2Cu

  13. Sistema Cu-Glicina – f(pH) Cu(II) especies: Cu2+, Cu(Gly)+ and Cu(Gly)2 ¿Cuales otras especies debería considerarse? Especies insolubles (las que queremos): CuO & Cu(OH)2 Especies solubles: CuOH, Cu2(OH)3+, Cu2(OH)22+ & Cu3(OH)42+ El sistema global depende del pH

  14. Pirometalurgia de calcopirita

  15. Fundición (smelting) Oxygen (O2) Air (N2,O2) 25 °C Natural Gas (C,H) Off Gases 1300°K(CO2,SO2,H2O,N2) Concentrates (CuFeS2) Flux (SiO2) Coal (C,H) 10CuFeS2 + 15½O2 + 3½SiO2 5Cu2S + 3FeS (matte) + 3½Fe2SiO4 (slag) + 12SO2 (gas) 1300°K Isasmelt Lance CuFeS2 + 1.55O2 + 0.35SiO2 0.5Cu2S + 0.3FeS (matte) + 0.35Fe2SiO4 (slag) + 1.2SO2 (gas) 1300°K Diagram courtesy of Xstrata Copper Isasmelt Furnace Rotary Holding Furnace

  16. Tabla de moles (una para cada fase) CuFeS2 + 1.55O2 + 0.3SiO2 0.5Cu2S + 0.3FeS + 0.35Fe2SiO4 (slag) + 1.2SO2 (gas) 1300°K CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 1300°K

  17. Energy Balance For systems with reactions, T0 = 298°K & HTo = ΔHf If there is a phase change (pc), then T Tpc Tpc T0

  18. DATA 298°K Quartz (SiO2) Natural gas (CH4) Chalcopyrite (CuFeS2) Oxygen (O2) Nitrogen (N2) 1300°K Chalcocite (Cu2S) Nitrogen (N2) Water (H2O) Troilite (FeS) Carbon Dioxide (CO2) Sulfur Dioxide (SO2) Fayalite (Fe2SiO4)

  19. Flux (SiO2) Off Gases (SO2) Pierce Smith Converter Matte (Cu2S FeS) Air (N2,O2) Oxygen (O2) Slag Blister Copper Conversión 1500°K Slag Blow 2FeS + 3O2 + SiO2 Fe2SiO4 (slag) + 2SO2 (gas) Copper Blow Cu2S + O2 2Cu (blister) + SO2 (gas) Diagram courtesy of Xstrata Copper

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