cesire.cat.mialias.netcesire.cat.mialias.net/recursos/context/quimica/RMT v1.0/RMT3.pdf ·...

____________________________________Centre de Documentació i Experimentació en Ciències

Recursos del mar i de la terra 1

RMT3

pàg.

Aigua de mar per beure

La sequera. L’accés a l’aigua potable. Les dessaladores i el seu funcionament. La qualitat de l’aigua dessalinitzada. Filtres per a tractaments de l’aigua, bescanvi iònic.

L’osmosi en la conservació dels aliments

Concentració de les solucions. L’osmosi i l’osmosi inversa. Sals solubles i insolubles en aigua. Reaccions de precipitació.

RMT 3.1

(CC)

6 L’aigua un compost controvertit

Valoració de l’aigua com a recurs.

RMT3.2

(TIC)

9 Quins processos tenen lloc a les plantes dessaladores?

Valoració de l’accés a l’aigua potable.

Processos físico-químics de tractament de les aigües. Filtres membranes, osmosi inversa.

RMT3.3

(TIC)

11 L’osmosi i l’osmosi inversa Osmosi i osmosi inversa.

RMT3.4

(CC)

14 La qualitat de l’aigua dessalinitzada

Càlculs de concentració solucions.

RMT3.5

(CC)

17 Aigües dures i aigües blanes

Filtres d’aigua per a tractament casolà

Sal al rentavaixelles

Bescanvi iònic.

Precipitació. Sals solubles i sals insolubles.

RMT3.6

(TE)

21 Sals solubles i insolubles. Es forma precipitat

Solubilitat de les sals.

Inici a les reaccions de precipitació.

RMT3.7

(TE)

25 Migració dels ions

Ions en solució. Desplaçament en un camp elèctric.

RMT3.8 27 Síntesi-Conceptes. Què he après?



RMT 3.1 Aprofitant l‟aigua del mar: les plantes dessalinitzadores pàg. 6

RMT 3.2 Quins processos tenen lloc a les dessalinitzadores? pàg. 9



RMT 3.3 L‟osmosi i l‟osmosi inversa pàg. 11

RMT 3.4 La qualitat de l‟aigua dessalinitzada pàg. 14



RMT 3.5 Aigües dures i aigües blanes pàg. 17

RMT 3.6 Sals solubles i insolubles. Es forma precipitat? pàg. 21



RMT 3.7Migració dels ions pàg. 25

RMT 3.8 Síntesi-Conceptes. Què he après? pàg. 27



RMT 3.1 Aprofitant l’aigua de mar: Les plantes dessalinitzadores

L‟objectiu d‟aquesta activitat és aprendre a interpretar les informacions perquè us ajudin a

formar una opinió basada en dades i criteri científic, per participar i millorar la qualitat dels debats.

El text següent extret de La Vanguardia (20-21 de març de 2008, pàgines 18 i 19), és un dels molts articles que es van publicar a la premsa relacionats amb el tema de l‟aigua. Fixeu-vos en el titular de la notícia. Quin problema es planteja ? Quina hipòtesi es proposa com a possible resposta ?

Per analitzar en profunditat el text, el llegireu sota tres punts de vista diferents:

1.- Les sequeres, la producció d‟aliments i l‟energia i, com a conseqüència, l‟economia mundial.

2.- L‟aigua i la salut

3.- La dessalinització com a solució

Tasca a desenvolupar:

- El text planteja fets, evidències comprovables i hipòtesis científiques sobre el tema que desenvolupa. Trobeu les que fan referència a l‟apartat que aneu a treballar i anoteu-les a la taula següent.

FETS EVIDÈNCIES HIPÒTESIS

- Amb l‟ajut de la taula anterior, recolliu les dades que us facin falta i construïu entre tots un

text, que desenvolupi des del problema plantejat fins els criteris a favor i en contra de la solució plantejada.

- Intenteu fer un llistat de quins coneixements de química veieu necessaris per portar endavant la solució que plantegeu en el vostre text.



LES SEQUERES AFECTARAN A LA PRODUCCIÓ D’ALIMENTS I ENERGIA I AL DESENVOLUPAMENT DE L’ECONOMIA

El problema va més enllà de les mesures per estalviar aigua potable en un àrea concreta o d’un possible

transvasament del Segre o del Roina o de la sequera que desertitza una zona.

La falta d’aigua dolça és un problema de dimensions

globals, que s’agreujarà a mesura que els països en desenvolupament adoptin els estils de vida dels rics i

que amenaçà amb limitar la producció d’aliments, la generació d’energia i el desenvolupament econòmic a

escala mundial.

Els experts de les Nacions Unides, demanen més investigació per millorar l’explotació de l’aigua i una

millor gestió dels recursos hídrics. Segons l’O.N.U a l’any 2025 més de la meitat dels països del mon patiran

dèficit d’aigua i al 2050 les persones afectades

representaran el 75% de la població mundial.

La primera víctima de la manca d’aigua potable és la

salut dels ciutadans, especialment els de països pobres. La falta d’aigua potable causa un milió i mig de morts de

nens i nenes a l’any o una cada 20 segons.

L’objectiu de les Nacions Unides aspira a reduir a la meitat la

població que no té accés a l’aigua potable en el període 1990-

2015

Actualment 1200 milions de persones ( 23% de la població

mundial ) no disposen d’aigua potable i 2600 milions no tenen un

sistema bàsic de gestió d’aigües fecals.

L’ONU preveu que 2100 milions de persones seguiran sense les

canalitzacions de l’aigua al 2015. A l’Àfrica l’objectiu no s’assolirà

fins l’any 2076

La segona víctima de la crisis serà la producció d’aliments. A

l’Índia més del 90% de l’aigua dolça serveix per regar.

Segons les previsions de l’ONU, l’Índia necessitarà a mitjans

del segle un 30% més de l’agua de la qual disposa en

l’actualitat.

Un kg de carn de vedella requereix 15.500 litres d’aigua, per

cultivar els vegetals que alimenten l’animal. Si afegim que el

canvi climàtic està portant la sequera a regions del planeta

amb gran densitat de població i està encongint glaceres que

alimenten rius com el Ganges a l’Índia o el riu groc a la Xina,

el dèficit d’aigua pot afectar zones que fins ara han tingut

excedents d’aigua.

Els especialistes en el tema demanen desenvolupar amb

urgència nous conreus resistents a la calor i a la sequera, ho

explica David Lobell investigador agrícola a la universitat de

Stanford als EEUU. Com que el desenvolupament d’un nou

conreu ens porta 15 anys hem d’actuar amb rapidesa.

Els científics alerten sobre l’impacte de la falta d’aigua en la

producció d’energia. A França l’estiu del 2003 va suposar una

pèrdua de producció d’energia nuclear del 15% al no poder

refrigerar els reactors i d’un 20% en la producció de la

hidroelèctrica. En el futur els investigadors preveuen que el

sector de l’energia entri en competència amb d’altres

sectors per l’ús dels recursos d’aigua limitats que

condicionaran el creixement econòmic. Els investigadors de

la Universitat d’Illinois i de l’Institut de tecnologia de

Massachusetts asseguren en un article de la revista Nature

que, “es poden desenvolupar nous mètodes de purificació de

l’aigua que siguin sostenibles,segurs i útils a tot el mon..”


Recursos del mar i de la terra 8 Química en context

EL FUTUR ESTÀ EN DESSALINITZAR: LES PLANTES DESSALINITZADORES SÓN L’OPCIÓ MENYS CONFLICTIVA.

La instal·lació de sistemes de purificació d’aigua més potents, la reutilització de l’aigua de depuradora i la construcció de

dessalinitzadores són algunes tendències pel futur de la gestió de l’aigua.

A mesura que s’identifiquen nous

contaminants per l’aigua, fan falta nous

tipus de filtres per evitar els riscos

sanitaris. A més a més de l’arena i el

carbó actiu, s’utilitza el clor per matar

virus i bacteris. Nous tractaments que

combinen els efectes dels rajos

ultraviolats , el clor i de l’ozó i el clor,

milloren la desinfecció i dupliquen les

barreres als elements patògens.

Un altre objectiu és eliminar els

trihalometans.

Aquestes substàncies són perillosos

contaminants, derivats de la interacció

del clor amb l’aigua salina amb molta

matèria orgànica. El contingut en tri-

halometans a les aigües potables ha de

ser inferior a 100 µg/L.

A la planta potabilitzadora d’Abrera al

Llobregat, el cabdal se sotmet a un

tractament amb electricitat, al passar per

una pila ( electrodiàlisi reversible) per

separar les sals de l’aigua.

Un altre sistema és la reutilització. A la

planta depuradora del Prat, els cabdals

que arriben des de les cloaques són

regenerats i serveixen per inundar els

aiguamolls del delta del Llobregat.

Ja fa temps que a Califòrnia utilitzen

aquesta tècnica i de fet el seu ús en el

delta serveix també per fer pujar el nivell

de l’aigua subterrània e impedir que entri

la cunya d’aigua salina del mar.

El taló d’Aquiles de la dessalinització és el seu rendiment

energètic. Les plantes requereixen un gran consum energètic

perquè el cabdal d’aigua ha de passar a molta pressió ( 60

atmosferes) , per poder travessar les membranes

semipermeables que com a filtres - barrera retenen les sals.

Les primeres plantes als anys 70 del segle passat,

necessitaven 20kWh per cada metre cúbic. Ara en necessiten

entre 3 i 4 kWh/m3.

Abans es construïen sobretot en els països àrabs de clima

desèrtic i amb recursos energètics, però avui s’estén en el

Mediterrani. A Israel funciona la planta d’Ashkelon ( 100 hm3) , a

Austràlia la de Perth (45hm3) . Aquesta és l’opció del govern

català per solucionar els dèficits de la regió de BCN.



RMT 3.2. Quins processos tenen lloc a les dessalinitzadores?

Idees generals Mireu el vídeo: http://aca-web.gencat.cat/aca/imatges/tordera360x288_cat.wmv. Després de veure el vídeo sobre la problemàtica de l‟aigua i les plantes dessalinitzadores

responeu les preguntes següents. a) Quines condicions calen perquè el subministrament d‟aigua potable estigui garantit? Expliqueu perquè “la dessalinització és una de les alternatives de producció d‟aigua no

convencional”. Quines previsions d‟utilització de dessalinitzadores hi ha a Catalunya? Quin tipus d‟aigua tracten i quin tipus d‟aigua s‟obté en les dessalinitzadores? b) Què és i què se‟n fa de l‟aigua de rebuig? Per a quina finalitat es podria utilitzar? Funcionament de la dessalinitzadora El vídeo explica el procés de dessalinització. Ara cal que identifiqueu i expliqueu cadascuna de les etapes. Trobareu informació detallada a les pàgines web següents: http://www.atll.com/site/unitFiles/404/dessaladora.pdf http://aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/sensibilitzacio/recursos_pedagogics/posters_quaderns_i_fulletons/poster_ITAM_tordera.pdf http://www.elmundo.es/elmundo/2005/graficos/may/s1/desaladora.html Utilitzeu aquesta representació de la planta dessalinitzadora de la conca del Llobregat per indicar en quin lloc de la planta es produeix cada etapa del procés. Completeu la informació amb una explicació de cada etapa de la dessalinització.

http://aca-web.gencat.cat/aca/imatges/tordera360x288_cat.wmv

http://www.atll.com/site/unitFiles/404/dessaladora.pdf

http://aca-web.gencat.cat/aca/documents/ca/sensibilitzacio/recursos_pedagogics/posters_quaderns_i_fulletons/poster_ITAM_tordera.pdf



http://www.elmundo.es/elmundo/2005/graficos/may/s1/desaladora.html



Etapa Procés Explicació

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



RMT 3.3. L’osmosi i l’osmosi inversa

Llegiu el text que teniu a continuació.

L'osmosi és un procés natural que consisteix a fer passar un líquid a través d'una membrana semipermeable que deixa passar una proporció superior de solvent que de sòlids dissolts.

Imaginem un recipient en què es troben dues solucions amb els mateixos constituents, formats per un solvent com l'aigua i un solut com la sal, de manera que la concentració de sal en la zona de la dreta és superior que la de la zona de l'esquerra.

Quan aquestes solucions es posen en contacte succeeix un fenomen anomenat difusió que fa igualar la concentració de les dues solucions. Això significa que la sal es difon des de la solució més concentrada fins a la solució més diluïda, mentre que l'aigua ho fa en sentit contrari.

Suposem ara que separem les dues solucions amb una membrana que només deixa passar l'aigua. L'aigua continuarà passant de la solució menys concentrada de sal fins a la més concentrada. D'aquesta manera es produeix un augment del nivell d'aigua, i aquest s'atura quan la pressió generada per l'augment del nivell contraresta la que fa que l'aigua travessi la membrana. Si la solució menys concentrada en realitat fos aigua pura, la diferència d'alçades seria el que anomenem la pressió osmòtica.

El procés d'osmosi inversa consisteix a invertir aquest procés. Si a la solució concentrada li apliquem una pressió superior a l'osmòtica, la difusió de l'aigua anirà en sentit contrari i la sal continuaria sense poder traspassar la membrana. D'aquesta manera, cada vegada, la solució concentrada es fa més concentrada i la menys concentrada es fa menys concentrada.

Aquest mateix procés bàsic és el que segueix qualsevol planta dessalinitzadora d'osmosi inversa.

En el procés industrial una bomba envia l'aigua salada cap a una membrana semipermeable mantenint una pressió constant. Una part de l'aigua travessa la membrana amb una quantitat petita de sals, i una altra part de l'aigua amb una quantitat de sals molt superior es rebutja.

L'aigua rebutjada surt del procés amb una pressió elevada i, per tant, amb un contingut energètic alt que es recupera amb una turbina.



Expliqueu què diferencia un procés d‟osmosi i un d‟osmosi inversa.

Elaboreu un mapa conceptual per als processos d‟osmosi i osmosi inversa.

Quines condicions tècniques requereix el procés d‟osmosi inversa?

Com són els dos productes obtinguts en el procés d‟osmosi inversa? Com s‟aprofiten?

Exercicis i qüestions

1. En una planta hi ha hagut alguns problemes tècnics. Expliqueu quines serien les conseqüències si:

a. La bomba de pressió no funciona correctament i fa una pressió molt baixa. b. No s‟ha realitzat correctament la filtració de l‟aigua del mar.

2. Si barregéssiu amb sucre i una mica d‟aigua maduixes, o bé una patata o una pastanaga, i ho

deixéssiu durant un temps, que creieu que passaria?

3. Feu l‟experiment plantejat en la qüestió anterior a casa, i opcionalment filmeu l‟experiment

i editeu un vídeo d‟uns 30 segons amb les imatges preses a intervals de temps. Què heu

observat? Coincideix l‟observació amb el què havíeu predit que passaria? Per què?

4. Quan s‟afegeix aigua destil·lada a una preparació de sang els glòbuls vermells es trenquen,

mentre que quan s‟afegeix aigua amb una elevada concentració de sal, els glòbuls vermells

queden encongits i arrugats. Com explicaríeu aquests dos fenòmens? Com els relacionaríeu amb l‟experiment de la fruita, la patata o la pastanaga?

5. Els fenòmens observats en la fruita o en els glòbuls vermells són el mateix procés que té lloc a les dessalinitzadores? Per què?

6. Una de les formes de conservar els aliments és pel fenomen de la deshidratació, de manera que els microorganismes no puguin créixer ni reproduir-se per falta d‟aigua. En

són un exemple les conserves de peix que es fan en sal, com el bacallà o les arengades. El procés consisteix en deixar l‟aliment

envoltat de sal durant un cert temps. En aquest procés, l‟aigua que contenen les

cèl·lules surt, travessant les membranes cel·lulars, a fi que el sistema format per les solucions de l‟interior de les cèl·lules i de l‟exterior arribin a tenir la mateixa concentració. De quin fenomen es tracta?

7. La figura següent mostra la modelització del procés d‟osmosi. Quins requisits creieu que ha

de complir la membrana?



8. Actualment, a moltes cases, hi ha instal·lats sistemes que mod ifiquen l‟aigua de la xarxa

d‟abastament. En alguns casos, es tracta d‟aparells que realitzen l‟osmosi inversa. Realitzeu

una petita recerca i expliqueu com són aquests aparells, quin manteniment tenen, com és l‟aigua que obtenen, ...



RMT 3.4 La qualitat de l’aigua dessalinitzada

Des de l‟any 2003 està en funcionament la instal·lació de tractament d‟aigua marina (ITAM) de

la Tordera, situada a Blanes. Té una funció d‟abastament d‟aigua potable als municipis de:

Arenys de Mar, Arenys de Munt; Calella, Canet de Mar, Malgrat de Mar, Palafolls, Pineda de Mar, Sant Cebrià de Vallalta, Sant Iscle de Vallalta, Sant Pol de Mar, Santa Susanna, Tossa de Mar, Lloret de Mar i Blanes; i una altra funció mediambiental, ja que es pretén la recuperació de l‟aqüífer del delta del Tordera fent que aquest disposi de més quantitat d‟aigua per frenar

totalment la intrusió marina.

En la següent taula es poden comparar els valors de diferents paràmetres químics corresponents a l‟aigua marina i l‟aigua que surt de la

dessalinitzadora entre els mesos de setembre i octubre de l‟any 2002. També s‟indiquen els

valors límits d‟aquests paràmetres, (recollits a l‟annex 1 del Reial Decret 140/2003), de manera

que l‟aigua de consum humà sigui saludable i neta i no suposi un risc per a la salut humana.

Paràmetres químics Aigua marina Aigua dessalinitzada

Valors límits RD 140/2003

Conductivitat (μS/cm) 2169 520 2500 Ió clorur (mg/L) 790 115 250 Ió sodi (mg/L) 360 50 200 Ió sulfat (mg/L) 159 42 250 Ió potassi (mg/L) 4,9 1,5 - Ió calci (mg/L) 470 20,3 - Taula 1. Paràmetres químics de diferents aigües

L‟aigua dolça conté, de forma natural, sals minerals amb diferents proporcions segons les regions i comarques que travessi. Els ions calci, magnesi, sodi, potassi, sulfat i clorur són els components presents de forma natural en l‟aigua dolça i imprescindibles pel nostre cos. Els ions sodi es troben en l‟aigua en concentracions molt variables. L‟home pot tolerar els ions sodi fins

a un valor límit de 150 mg·L -1. Els ions potassi juguen un paper molt important en la salut ja que la transmissió del flux nerviós necessita d‟aquests ions. La concentració en ions potassi pot arribar a 12 mg·L -1 sense que repercuteixi en la nostra salut. Els ions sulfat poden ser ingerits fins a un valor de 250 mg·L -1 però poden produir efectes purgants si s‟ingereixen a dosis altes,

de l‟ordre de 1000 mg·L-1. Els ions clorur són absorbits pel cos a través dels aliments, el cos humà pot tolerar un màxim de 250 mg·L -1.

Taula2. Exemple de composició de l’aigua d’un riu.



Però actualment a l‟aigua dolça hi podem trobar d‟altres ions que provenen principalment de les males pràctiques de l‟home. Una fertilització exagerada dels sols ha portat a un augment de la

concentració d‟ions nitrat en les aigües. El vessament d‟ions de metalls pesants com l‟ió

plom(II), l´ió crom (III), utilitzats en la fabricació de pintures, ha fet elaborar una legislació medi ambiental nova a Europa i posar punts de controls rigorosos en les sortides de les aigües residuals de moltes indústries. Exercicis i qüestions

1. Escriviu la fórmula dels ions de la taula 1.

b. Esbrineu què és la conductivitat d‟una solució i les unitats amb què s‟expressa.

c. Quantes vegades s‟ha reduït la concentració de sulfats a l‟aigua marina

dessalinitzada respecte a l‟aigua marina inicial ?

d. Creieu que l‟aigua que s‟obté de la ITAM és aigua de qualitat? Argumenteu la vostra resposta.

e. Expresseu la concentració dels ions sodi i dels ions potassi que conté l‟aigua de la

dessalinitzadora en mol·dm -3. Resp: c) 3,8 vegades; e) Na+ 2,1·10 -3 mol·dm -3; K+ 3,8·10 -5 mol·dm -3

2. La població de Blanes és aproximadament de 40000 habitants. Consumeixen, de mitjana, 122 L d‟aigua potable procedent de la dessalinitzadora per persona i dia, dels quals 2 L

s‟utilitzen per beure.

a. Quina massa d‟ions sodi ingereix cada persona diàriament? I quina quantitat en

mols d‟ions sodi?

b. Quin serà el volum d‟aigua del mar necessària per abastir la població de Blanes si

el rendiment de la planta és d‟un 45 %? Resp: a) 100 mg Na+, 3,8·10 -5 mol·dm -3 b) 10844 m-3

3. Alguns ajuntaments publiquen la composició de l‟aigua dels seus municipis. Feu una

recerca i esbrineu la composició de l‟aigua que arriba a casa vostra. Comenteu

raonadament la qualitat de l‟aigua del vostre municipi. Podeu afegir les característiques

organolèptiques: color, olor, terbolesa i sabor.

4. L‟etiqueta d‟una aigua embotellada comercial mostra la següent anàlisi química:



a. Compareu les dades dels paràmetres químics d‟aquesta aigua embotellada amb les

de l‟aigua dessalinitzada. Per a quin tipus de dieta podríem fer servir l‟aigua

embotellada?

b. Què vol dir residu sec?

c. Quin mètode faríeu servir per calcular la quantitat de residu sec que hi ha en una determinada quantitat d‟aigua?

d. Què son els oligoelements?

e. Si la ingesta recomanada de fluor és de 0,7 ppm diaris per no haver d‟usar suplement, quina quantitat expressada en ppm de fluor ingerim amb 1 L d‟aquesta aigua

embotellada? (densitat aigua = 1g·cm -3)

Resp: e) 0,5 ppm



RMT 3.5 Aigües dures i aigües blanes L‟aigua conté de forma natural sals minerals en diferents proporcions segons les regions i comarques que travessi. Els ions calci, magnesi, sodi, potassi, sulfats i els clorurs són els components presents, de forma natural, en l‟aigua dolça i imprescindibles pel nostre cos.

Tanmateix la concentració d‟aquests ions pot variar força.

Quan l‟aigua passa per àrees amb roques calcàries, acaba contenint una concentració elevada

d‟ions Ca2+ i Mg2+. Diem que es tracta d‟aigua dura. La duresa s‟expressa en mg·L

-1 en ions Ca2+ i Mg2+. o en escales equivalents. Les aigües blanes contenen menys de 20 mg·L -1 en ions Ca2+ i les aigües extremadament dures contenen més de 80 mg·L -1.

Les poblacions de la costa, tenen aigües de mitjana o d‟elevada duresa,

les aigües dels pobles dels Pirineus, acostumen a tenir una duresa molt baixa.

Les aigües “dures” no són

recomanables per qui pateix del ronyó, ni per preparar els aliments pels nadons, i poden esdevenir un problema a l‟hora de netejar la roba o

la vaixel

la. Els detergents formen escuma tant amb aigües dures com blanes, mentre que els sabons, formen uns grumolls que impedeixen la formació de les micel·les, i són. per tant. poc útils quan l‟aigua de l‟aixeta té un cert grau de duresa.

Quan l‟aigua és molt dura cal eliminar els ions calci i els ions

magnesi de l‟aigua i evitar que els electrodomèstics acabin deteriorant-se ràpidament.. Hi ha diferents maneres d‟aconseguir-ho. En tractarem dues, les reaccions de precipitació i les resines de bescanvi iònic. Les reaccions de precipitació

Un mètode d‟eliminació dels ions Ca2+ i Mg2+ consisteix en fer-

los reaccionar amb altres ions de manera que es formi un compost insoluble, per una reacció de precipitació. Un exemple molt similar és el que succeeix en afegir una solució de carbonat de sodi a una solució de nitrat de calci. Es forma un precipitat blanc d‟aspecte lletós que és carbonat de

calci. Per entendre en què consisteix la reacció de precipitació,

Comprova la duresa de l’aigua de

l’aixeta realitzant aquesta senzilla

prova.

- Posa aigua de l’aixeta en un tub

d’assaig i en un altre tub posa el

mateix volum d’aigua destil·lada

-Prepara una solució d’aigua amb

sabó. Afegeix el mateix nombre

de gotes a cadascun dels tubs

d’assaig que conté aigua. Agita’ls

vigorosament.

-S’ha format la mateixa quantitat

d’escuma?

Podeu comprovar aquest mètode

afegint una solució de carbonat

de sodi a l’aigua de l’aixeta.



observeu l‟animació que veureu a http://www.mpcfaculty.net/mark_bishop/precipitation.htm i després responeu les preguntes següents:

- Com estan els ions calci, sodi, nitrat i carbonat inicialment, quan estan en solució? - Per què els ions estan envoltats de molècules d‟aigua? - Com reaccionen aquests ions quan estan a prop? - Què succeeix quan els ions calci es troben prop dels ions carbonat? - Observeu els ions sodi i els ions nitrat, s‟uneixen? Com expliqueu aquest comportament? - Completeu l‟equació química corresponent a la reacció que heu observat. Ca(NO3)2(aq) +

Na2CO3(aq) CaCO3(....) + 2 NaNO3(....) - L‟animació anterior us mostra la reacció que experimenten els ions. Escriviu l‟equació

química igualada en forma iònica .....(....) + ......(....) + .....(....) + ....(....) CaCO3(s) + ....(...) + ....(....) solució de nitrat de calci

solució de carbonat de sodi

precipitat de carbonat de calci

solució de nitrat de sodi

- Els ions sodi i nitrat, per la seva funció, reben el nom de “ions espectadors”. A què

creieu que es deu aquest nom? - Seria lògic escriure la reacció que s‟ha produït com s‟indica a continuació? Raoneu la

resposta. Ca2+(aq) + CO3

2-(aq) → CaCO3(s)

Les resines de bescanvi iònic

En alguns electrodomèstics s‟aconsella utilitzar aigua “destil·lada”, com la de l‟ampolla.

L‟etiqueta indica clarament que no ha estat destil·lada si no que ha passat per un procés desionitzador on s‟han extret els cations i els anions, mitjançant un sistema de bescanvi iònic,

que consisteix en fer passar l‟aigua per unes resines que en modifiquen les concentracions dels

ions. S‟utilitzen polímers de tipus semblant als silicats anomenats zeolites, les quals es munten en un suport de polietilè i poliestirè. El conjunt s‟anomena “resina de bescanvi iònic”. L‟aigua “desionitzada s‟ha fet passar per resines que bescanvien els cations de l‟aigua per ions

H + i els anions per ions OH-.

L‟animació que trobareu a http://www.uv.es/quimicajmol/bachiller/r_intercambio-ionico_intercambio.html mostra els elements més essencials en el procés de bescanvi iònic Na+/Ca+2

, que s‟utilitza per disminuir la duresa de l‟aigua. Observeu-la i responeu les preguntes següents:

- De què està formada la resina de bescanvi iònic que s‟utilitza per eliminar els ions calci? - Com funciona el procés? - Com serà l‟aigua que surt del bescanviador? - Després d‟alguns usos la resina es satura i deixa de fer la seva funció, per això cal

regenerar-la. Com es fa? - Quin material s‟utilitza per regenerar les membranes?

http://www.mpcfaculty.net/mark_bishop/precipitation.htm

http://www.uv.es/quimicajmol/bachiller/r_intercambio-ionico_intercambio.html

http://www.uv.es/quimicajmol/bachiller/r_intercambio-ionico_intercambio.html



Exercicis i qüestions 1. Molts dels compostos del grup 2 són insolubles en aigua. Escriviu les equacions iòniques

per als precipitats que es formen en mesclar les solucions següents: Solucions aquoses que es mesclen Precipitat i color Clorur de bari i sulfat de sodi Sulfat de magnesi i hidròxid de sodi Clorur de calci i carbonat de sodi Nitrat de bari i cromat de potassi

Sulfat de bari (blanc) Hidròxid de magnesi (blanc) Carbonat de calci (blanc) Cromat de bari (groc)

Resp: a) )(4)(

24)(

2saqaq BaSOSOBa b) )(2)(

)(2 )(2 saq

aq OHMgOHMg

c) )(3)(23)(

2saqaq CaCOCOCa d) )(23)(3)(

2 )(2 saqaq NOBaNOBa

2. Escriviu la fórmula dels ions que contenen cada una de les solucions següents:

Solució de conté els cations... conté els anions ... Nitrat de potassi Fluorur d‟amoni Fosfat de sodi Sulfat de ferro (II) Hidròxid de calci

3. Escriviu les equacions de les reaccions de formació de precipitat quan es mesclen les

solucions següents: a. Nitrat de plata amb clorur de calci b. Iodur de sodi amb cromat de plom (II) c. Hidròxid de sodi amb clorur de ferro (II)

Resp: a) )(23)()(2)(3 )(22 aqsaqaq NOCaAgClCaClAgNO

b) )(42)(2)(4)(2 aqsaqaq CrONaPbIPbCrONaI

c) )()(3)(3)( 3)(3 aqsaqaq NaClOHFeFeClNaOH

4. S'han dissolt 3,80 g de sal de cuina en aigua fins un volum de 100 ml. S'agafa la cinquena

part d'aquesta solució, es posa en un vas de precipitats i s'hi afegeix un excés de solució de nitrat de plata de manera que es forma un precipitat de clorur de plata.

a. Formuleu la reacció química corresponent a la precipitació. b. Si el precipitat, un cop rentat i assecat pesa 1,722 g quin és el % d'impureses de

la sal?

Resp: a) )(3)()()(3 aqsaqaq NaNOAgClNaClAgNO b) 7,5 %

5. El carbonat de calci, component principal de la roca calcària, és insoluble en aigua i es

descompon en escalfar-lo en diòxid de carboni i òxid de calci (sòlid). Quan en el laboratori 40,5 ml d'una solució de carbonat de sodi es fa reaccionar amb un excés de solució de clorur de calci es forma un precipitat de carbonat de calci,

a. Escriviu una equació per indicar la formació del precipitat. b. Quins ions conté ara la solució? c. El precipitat obtingut, s'escalfa fins a assecament obtenint-se 0,235 g òxid de calci.

Escriviu l‟equació química de la reacció . d. Quants mols d‟òxid de calci s‟han obtingut? e. Calculeu la concentració de ions sodi de la solució de carbonat de sodi.



Resp: a) )()(3)(2)(32 2 aqsaqaq NaClCaCOCaClCONa ; b) Cl- , Na+

c) )()(2)( sgs CaOCOCaCO ; d) 4,2 ·10 -3 mol CaO; e) 0,2 mol·dm -3

6. Una aplicació domèstica dels sistemes de bescanvi iònic es troba en les descalcificadores. El

dibuix mostra el procés que utilitza un descalcificador. Quines similituds trobes amb el procés mencionat anteriorment?

7. Per què es necessita posar sal a les màquines rentavaixelles?



RMT 3.6 Sals solubles i insolubles. Es forma precipitat? Investiguem reaccions de precipitació a microescala

En aquesta activitat, heu d’investigar si quan barregeu diferents ions en solució aquosa, reaccionen formant un precipitat o bé si no hi ha reacció. La tècnica que utilitzareu és la microescala, la qual genera un mínim de residus.

Una estalagmita (del grec Σταλαγμίτης, stalagma,

„gota‟) és un dipòsit de sals minerals, que es

forma. al terra de les coves calcàries, per precipitació química a causa de la deposició de carbonat de calci a partir de solucions. Quan la formació té lloc al sostre, s‟anomenen

estalactites. Si aquestes formacions creixen suficientment com per trobar-se el resultat és una columna o pilar.

A la figura 1 s‟observen estalactites i

estalagmites de la Gruta Torrinha, a Chapada Diamantina (Brasil).

- Argumenteu si el procés de formació d‟estalactites i estalagmites té alguna cosa a veure amb la solubilitat de les sals? - Què vol dir que una sal precipita? Hi ha sals molt solubles en aigua, com és el cas del clorur de sodi dissolt a l‟aigua de mar. Altres són molt poc solubles en aigua, com és el cas del carbonat de calci present al marbre o la pedra calcària. De totes maneres fins i tot en el cas de les sals més insolubles hi ha ions dissolts en aigua, tot i que en molt petita quantitat. La formació d‟estalactites i estalagmites es pot explicar en termes de solubilitat, sals solubles i sals insolubles.

Quan es posen en contacte dues solucions de compostos iònics solubles, en realitat el que tenim és una solució que conté els ions de les dues sals, ja que les sals en aigua es dissocien en els seus ions. Si l‟anió d‟una de les substàncies forma una substància insoluble amb

el catió de l‟altra substància, es formarà un precipitat, que es separa

de la solució (figura 2).

Disposeu de la plantilla per a reaccions a microescala (veure pàg. 3 d‟aquest document), poseu-la dins d’una funda de plàstic per arxivar documents (també podríeu utilitzar un full de plàstic transparent col·locat sobre la plantilla), i també de flascons amb solucions aquoses de diversos compostos iònics de concentració aproximadament 1 M.

- Quins ions hi ha dins de cada flascó?

- Quin procediment experimental podríeu seguir per investigar si es formen compostos insolubles i de quins compostos es tracta?

Figura 1. Estalagtites i estalagmites dins una cova

Figura 2. Formació d’un precipitat.



Proposta de procediment

1- Examineu cada un dels flascons que teniu. Observeu que porten escrita la fórmula del solut que s‟ha dissolt. Deduïu quins ions conté cada un dels flascons.

2- En la plantilla, heu de posar una gota de cada una de les solucions que continguin els ions que voleu investigar. Per exemple, si voleu investigar què passa en mesclar els ions Mg2+ i OH-, heu de triar un flascó que contingui els ions Mg2+, posar-hi una gota d‟aquesta solució en la casella corresponent i després triar un flascó que contingui els

ions OH- i posar-hi una gota a sobre de la que ja hi ha.

3- Si observeu que la solució ja no és transparent, significa que s‟ha format un compost

insoluble. Si continua transparent, no hi ha reacció de precipitació.

4- En cas que vulgueu repetir la reacció, és suficient que passeu un paper per la casella per netejar-la.

5- En acabar, podeu fer una foto de la plantilla per guardar-la en els vostres apunts. Després traieu el paper del plàstic protector i netegeu el plàstic amb aigua.

Resultats - Escriviu les reaccions que han tingut lloc en els casos on s‟ha format algun compost insoluble o precipitat. Anomeneu i intenteu formular els compostos insolubles que s‟han format.

- Quins precipitats heu obtingut? Escriviu una manera d‟obtenir aquests precipitats per

combinació d‟alguna altra parella de solucions.

- Quins carbonats són insolubles? Quin d‟aquest carbonats permet explicar la formació de les

estalactites i estalagmites?

- Tenint en compte el procés de formació de les estalactites, predigueu que passaria si poséssim una gota d‟una sal soluble de calci (per exemple nitrat de calci) i una gota de bicarbonat de sodi.

- Com es podrien dissoldre els precipitats formats?

- Un cop heu completat totes les caselles, podeu deduir alguna norma general per la solubilitat de les sals, per exemple:

- Tots els nitrats són solubles. No hi ha nitrats insolubles. - Totes les sals de plata són insolubles, excepte el nitrat. - Quines altres regles o normes podeu deduir?

- Comproveu els vostres resultats amb l‟annex que teniu al final d‟aquesta activitat. Llistat de possibles solucions a utilitzar:

Hidròxid de sodi 1M Àcido clorhídric 1M Clorur de sodi 1M Ioduro de sodi 1M Nitrat de calci 1M Sulfat de sodi 1M Carbonat de sodi 1M

Sulfur de sodi 1M Clorur de ferro (III) 1M (o nitrat de ferro

(III)) Nitrat de sodi 1M Nitrat de plata 1M Sulfat de coure (II) 1M (o nitrat de coure

(II)) Nitrat de plom (II) 1 M



REACCIONS ENTRE IONS: PRECIPITACIÓ

Cl-

Clorur I-

Iodur NO3

-

Nitrat SO4

2-

sulfat CO3

2- carbonat

OH- Hidròxid

S2- Sulfur

Na+

K+

Ca2+

Mg2+

NH4+

Fe2+

Ag+

Cu2+

Pb2+

____________________________________Centre de Documentació i Experimentació en ciències


Annex: Taula simplificada de solubilitats (en aigua a 25ºC)

OH- F- Cl- Br - I- NO3

- SO42- CO3

2- S2- PO43- CrO4

2-

Na+

K+

NH4+

Mg2+

Ca2+

Ba2+

Al3+

Cr3+

Zn2+

Fe2+

Fe3+

Ag+

Pb2+

Cu2+

Sn2+

Com llegir aquesta taula: Vol dir: SOLUBLE Vol dir: pràcticament INSOLUBLE o MOLT POC SOLUBLE (a 25ºC) Per a saber si un compost iònic és soluble o pràcticament insoluble en aigua a 25ºC, cal buscar-lo en la casella on es troben els ions que el formen. EXEMPLE: el nitrat de plata és soluble? Resposta: com el nitrat de plata és AgNO3, els ions que el formen són: Ag+ i NO3

-, buscant en l‟encreuament, trobem el símbol . Això vol dir que és soluble.



RMT 3.7 Migració dels ions

En aquesta activitat pràctica podreu observar la migració d’alguns ions.

Objectiu

Observar la mobilitat dels ions per l‟efecte d‟un camp elèctric.

Introducció

Les substàncies iòniques en estat sòlid estan formades per ions de càrregues elèctriques oposades units per forces electrostàtiques i formant una xarxa tridimensional. Un dissolvent polar, com l‟aigua, facilita la mobilitat dels

ions, en deixar-los en llibertat.

Si els ions queden independents uns dels altres, el color de les solucions iòniques serà degut al color de cada un dels diferents ions dins la solució. Si apliquem un camp elèctric a la solució els ions poden moure‟s i es dirigiran cap a un pol o un

altre segons la seva càrrega.

Material i equipament

Equipament Vas de precipitats de 250 mL Tub en U Font d‟alimentació cc de 30 V ( o

tres piles de 9 V) amb cables de connexió i pinces cocodril.

Espàtula Comptagotes Vareta per remenar Elèctrodes de grafit Balança

Reactius i altres materials Solució saturada de sulfat de coure (II), Solució de permanganat de potassi,

0,01 mol·dm -3

Solució d‟àcid sulfúric 0,1 mol·dm

-3

Ulleres de seguretat

Procediment

1. Primer heu de preparar la solució saturada de sulfat de coure de coure (II). Peseu 35 g de CuSO4·5H2O i dissoleu aquesta massa en 100 mL d‟aigua. (A la temperatura de 20ºC correspon

la saturació). Si no es dissol tot el solut, podeu augmentar la temperatura uns 10ºC.

Quins ions teniu ara en la solució?

2. Afegiu al vas una solució de KMnO4 de concentració 0,01 ml·dm -3. Mescleu amb la vareta.

Quins ions heu afegit al vas?



3. Poseu aquesta solució en un tub en U. Ha de quedar fins la meitat de les branques aproximadament.

Ompliu després, cada branca amb solució de H2SO4 0,1 M. Feu servir un comptagotes. La solució d‟àcid sulfúric, menys

densa que la de la mescla d‟ions coure (II) i permanganat, ha

de quedar per damunt en cada una de les branques, a un parell de centímetres de la vora.

Quin és el paper de l‟àcid sulfúric?

4. Connecteu els dos elèctrodes de grafit a les pinces de cocodril i aquestes, amb cables a la font d‟alimentació.

Espereu uns deu minuts i anoteu els canvis de color que s‟hi produeixen.

5. Per què el color ens dóna una idea del moviment dels ions?

6. A quin pol es desplacen els ions positius? I els negatius?

7. Es mouen a la mateixa velocitat els dos fronts? Per què?

8. La paraula ió del grec ienai significa caminar. Després d‟aquesta activitat podeu justificar el

nom?

Mescla de ions amb H2SO4 a cada branca

- +

Cu2+ MnO4-

Figura 1. Aspecte del tub en U uns 35 minuts més tard. Voltatge 15 V.

Amb voltatges més elevats, s’escurça el temps de la migració d’ions.



RMT 3.8 Síntesi - Conceptes. Què he après? Assegureu-vos que els vostres apunts recullen els punts següents. Recordeu que haureu de consultar moltes vegades aquests conceptes i aquests procediments en estudiar unitats posteriors.

Osmosi i osmosi inversa. Funcionament d‟una dessalinitzadora. Quines sals són solubles i quines insolubles. Reaccions de precipitació. Els ions poden migrar?

Exercicis i qüestions

1- Raoneu si per fer un bon brou és millor tirar la sal al principi o al final de la cocció dels ingredients.

2- A continuació es representa un aparell amb una membrana que permet separar dues solucions de diferent concentració: Què passarà si: a. La membrana és permeable a l‟aigua, als ions Na

+ i als ions Cl-? b. La membrana és permeable a l‟aigua però no als ions Na

+ ni als ions Cl-?

3- Disposem de 6 tubs d'assaig amb les següents solucions:

TUB 1 TUB 2 TUB 3 TUB 4 TUB 5 TUB 6 Na2CO3 AgNO3 NaOH CuSO4 Na3PO4 K2S

a. Feu una predicció si es formarà o no un precipitat en barrejar els continguts dels

següents tubs: TUB 1 + TUB 4; TUB 1+ TUB 5; TUB 6 + TUB 4; TUB 2 + TUB 3

b. En les mescles que heu dit que es forma un precipitat, escriviu l‟equació química de la reacció de precipitació.

Resp: a) si, no, si , si;

4- Escriviu la fórmula dels ions que contenen cada una de les solucions següents: solució conté els cations... conté els anions... Sulfat de potassi Clorur d‟amoni Nitrat de sodi Fosfat de potassi Hidròxid de magnesi

NaCl

0,01M

NaCl

0,1M

membrana



5. Disposem dels tubs d‟assaig següents cada un conté una solució diferent:

Tub A: Na2CO3; Tub B: Cl2; Tub C: Pb(NO3)2; Tub D: KI; Tub E: HCl; Tub H: NaOH

Indiqueu en quins casos es produirà una reacció química i si serà redox, àcid-base o de precipitació, quan es mesclin entre sí de dos en dos. Escriviu quan calgui l‟equació de la

reacció.

Na2CO3 Cl2 Pb(NO3)2 KI HCl NaOH Na2CO3

Cl2

Pb(NO3)2

KI

HCl

NaOH

6. Tenim tres solucions, les tres són de concentració 0,10 mol·dm -3. La primera solució és de sulfat de sodi, Na2SO4; la segona de sulfat d‟alumini, Al2(SO4)3 i la tercera de fosfat de potassi, K3PO4. a. Assenyaleu quins ions hi ha presents en cada una de les solucions i escriviu l‟equació

iònica de la dissociació en aigua d‟aquestes sals. b. Calculeu la concentració molar de cada un dels ions en la solució de sulfat d‟alumini. Resp. b) Al3+ :0,2 mol·dm -3; SO4

2— 0,3 mol·dm -3

cesire.cat.mialias.netcesire.cat.mialias.net/recursos/context/quimica/RMT v1.0/RMT3.pdf ·...

Documents

Transcript of cesire.cat.mialias.netcesire.cat.mialias.net/recursos/context/quimica/RMT v1.0/RMT3.pdf ·...