INTERPRETACION INTERPRETACION DE DIAGRAMAS Eh-pH 1. INTRODUCCIÓN La forma más conveniente de representar la termodinámica de sistemas acuosos es en forma gráfi gráfica ca en los los diag diagram ramas as de Pourba Pourbaix ix o diag diagram ramas as po pote tenci ncial al - pH pH.. Estos Estos diagr diagram amas as son son ampliamente utilizados por los hidrometalurgistas, por cuanto permiten visualizar posibilidades de reacciones sin tener que recurrir al cálculo termodinámico para los fenmenos que ocurren en medi medioo acuoso acuoso.. !n !naa impor importa tant ntee rest restri ricci ccin n en la aplic aplicac aci inn práct práctic icaa de los los diagr diagram amas as termodinámico termodinámicos, s, es que predicen tendencias tendencias a que ocurran fenmenos, pero no la velocidad con que "stos puedan ocurrir. En la práctica práctica las velocidades velocidades de reaccin reaccin pueden variar desde valores tan altos que son controlados por limitaciones en la transferencia de masa, a valores tan ba#os que se requieren per$odos geolgicos para observar en forma directa el fenmeno. La cin"tica extremadamente lenta en algunas reacciones conduce a que algunas fases slidas existan en condiciones condiciones fuera de su rango de estabilidad estabilidad termodinámi termodinámica ca o que fases slidas no se formen en condiciones termodinámicas favorables % lo hagan otras en su lugar &fases metaestables' &e#emplo ( precipitacin de hidrxido de hierro'. En este caso, es a veces )til utilizar diagramas Eh - pH modificados que consideren las fases metaestables. Existen *tlas de diagramas Eh - pH &Pourbaix'. En este curso, se pretende mostrar como interpretar % utilizar esos diagramas, por lo cual se van a construir a modo de e#emplos el diagrama Eh - pH del agua % del cobre.
2. OBJETIVO
+nterpretar diagramas Eh pH. erificacin e rificacin experimental del diagrama Eh pH del cobre cobr e % cinc.
3. INTERPRETACION DE DIAGRAMAS Eh-pH Diagraa Eh - pH !"# ag$a Puesto que se está considerando el equilibrio termodinámico de especies en solucin acuosa, es relevante incluir en los diagramas Eh - pH los l$mites de estabilidad del agua. Las semi reacciones a considerar son (
Para calcular un diagrama de Pourbaix, se utilizan las ecuaciones de las reacciones en medio ácido, las cuales están directamente relacionadas con la concentración en iones H+ y el pH.
1
Para PH / 0 atm % P1 / 0 atm, las ecuaciones &00' % &0' se simplifican a (
Estas dos ecuaciones corresponden a rectas de pendiente &-2.23' % se muestran en la figura.0 siguiente. La regin entre las l$neas es el área de estabilidad termodinámica del agua ba#o una presin de 0 atm % para una temperatura de 4 56.
Fig1 Diagrama Eh - pH del agua
DIAGRAMA1 sistema Zn-H2O
2
2+ ¿+ SO 4 + H 2 ↑
Zn + H 2 SO 4 → Zn
¿
2 + ¿+ SO 4+ H 2 O
ZnO + H 2 SO 4 → Zn
¿
El 7n1 es estable en solucin acuosa % aumentando el pH &ma%or de 08' o disminu%endo &pH menores de 9' se puede lixiviar sin la necesidad de a:adir un agente oxidante. El 7n se le puede lixiviar tanto en medio acido &pH menor de 9' como en el básico &pH ; 08' a:adiendo un agente oxidante &1, '.
Diagraa 2. Si%&"a A#-H2O
3
3 +¿+ 3 H 2 O
+¿ → 2 Al
¿ ¿
Al2 O 3 + 6 H
+¿ ¿ −¿+ 3 H −¿ → 2 Al O 2
¿
¿
Al 2 O 3 + OH
El *l1> se le puede lixiviar tanto en medio acido &pH? >', como en medio básico &pH;0' sin la presencia de un agente oxidante.
Diagraa 3. Si%&"a C$-H2O
El 6u1 se le puede lixiviar en medio acido a un pH? 3, % en medio básico a un pH; 08 sin presencia de un agente oxidante. El 6u1 requiere un agente oxidante &1, ', tanto en el medio acido como en el medio básico. El 6u tambi"n requiere un medio acido a un pH? 3, % en medio básico a un pH; 08 con presencia de un agente oxidante &1, '.
Diagraa '. Si%&"a C$-NH3-H2O
4
*l lixiviar el 6u con un agente acomple#ante como el @H>, este formara comple#os siendo este estable en casi todo el rango de pH, con presencia de un agente oxidante &, 1'.
Diagraa (. Si%&"a C$-)"-H2O
o
2 +¿ + 2 S + 4 e 2 +¿+ Fe
¿
CuFe S2 →Cu
¿
El ', en presencia de un agente oxidante &, 1'. El 6u', en presencia de un agente oxidante &, 1' 5
Diagraa *. Si%&"a A$-H2O
6omo se puede apreciar en el diagrama no ha% forma de disolver oro en agua, como veremos mas adelante es necesario el uso de un agente aomple#ante.
Diagraa +. Si%&"a A$-CN-H2O
6omo se puede apreciar en el diagrama el cianato de oro está presente en todo el rango de pH asi que solo es necesario a:adir una agente oxidante, sin embargo es recomendable traba#ar a rangos de pH alcalino %a que a pH acido es estable el acido cianh$drico que es altamente fumante % toxico.
Diagraa ,. Si%&"a U-H2O 6
4 +¿+ 2 H 2 O
+¿ →U
¿ ¿
UO2 + 4 H 2 +¿+ 2 e
UO2 →U O2
¿
3 +¿+ 2 H 2 O ¿
+¿ → U
UO2 + e + 4 H
¿
6omo se puede ver en el diagrama el uranio se pude disolver a pH acido % por tres m"todos, disolucin qu$mica directa, oxidante % reductora, sin embargo el m"todo mas empleado es el m"todo acido oxidante. Diagraa . Si%&"a C$-S-H2O
6omo se puede observar el cobre puede ser disuelto a pH acido en presencia de una gente oxidante, o a pH altamente alcalino tambien en medio oxidante, sin embargo el metodo mas usado es el metodo acido oxidante. Diagraa 1. Si%&"a S-A%-H2O 7
Bel diagrama podemos decir que el ars"nico se puede disolver a pH básico en ambiente reductor.
Diagraa 11. Si%&"a S-/0-H2O
El diagrama muestra que el sulfur de zinc no puede ser disuelto entre pH 9.4-00.4, despues de lo puede disolver en el restante rango de pH %a sea en atmosfera oxidante o reductora.
'. MATERIA PROCEDIMIENTO EPERIMENTA. '.1. MATERIA EPERIMENTA E4UIPO Pipeta graduadas de 02 ml 0 vaso de precipitacin de 822ml
REACTIVOS Cranalla de zinc Pedazo de cobre acido sulf)rico agua
'.2. PROCEDIMIENTO EPERIMENTA VERI)ICACIÓN EPERIMENTA 6olocar en el vaso de precipitacin acido sulfurico, posteriormente colocar la granalla de cinc % el pedazo de cobre. 1bservar que ocurre. 8
(. RESUTADOS 2+ ¿+ SO 4 + H 2 ↑
Zn + H 2 SO 4 → Zn
¿
*. DISCUSIÓN DE RESUTADOS Ae pudo ver que el cinc reacciono con el acido pero demoro un poco debido a que la granalla sufri una oxidacin % por ello al estar rodeada de oxido su reaccin fue lenta.
+. CONCUSIONES Ae logro interpretar los distintos diagramas Eh-pH. En la practica experimental se pudo verificar que el cinc al ser disuelta con acido se oxida % da la formacin de 7n &=' %a que se encuentra en una zona de inestabilidad. Dientras que el cobre al a:adirse acido no ocurre ninguna reaccin debido a que se encuentran en su zona de estabilidad. ,. BIBIOGRA)IA -Hidrometalurgia , !niversidad de atacama, Pag -02
INDICE
0. +@FG1B!66+@........................................................................................................................0 . 1IJEF+1...................................................................................................................................0 >. +@FEGPGEF*6+1@ BE B+*CG*D*A Eh-pH.........................................................................0 8. D*FEG+*L K PG16EB+D+E@F1 EPEG+DE@F*L............................................................. 8.0. D*FEG+*L EPEG+DE@F*L............................................................................................ 8.. PG16EB+D+E@F1 EPEG+DE@F*L............................................................................... 4. GEA!LF*B1A............................................................................................................................. 3. B+A6!A+@ BE GEA!LF*B1A................................................................................................ 9. 61@6L!A+1@EA........................................................................................................................ 9
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