Hola compañeros.
Me voy a arrancar con la última sardana número 4 y así liquidamos el festival veraniego de baile catalán 2018.
Para resolver a) necesitamos efectuar el ajuste estequiométrico de la reacción química en la valoración. Utilizo el método de ion electrón en medio ácido:
Oxidación anódica: SO2 + 2 H2O → SO4 ²- + 4 H+ + 2e-
Reducción catódica: MnO4 - + 8 H+ + 5e- → Mn²+ + 4 H2O
Multiplicando la primera por 5, la segunda por 2 y sumando:
5 SO2 + 2 MnO4 - + 2 H2O → 5 SO4 ²- + 2 Mn²+ + 4 H+
Si sumamos dos iones potasio (que han dado mucho juego en este examen) en reactivos y otros dos en productos, reorganizando queda:
5 SO2 (aq) + 2 KMnO4 (aq) + 2 H2O (l) → K2SO4 (aq) + 2 MnSO4 (aq) + 2 H2SO4 (aq)
La masa molecular del anhídrido sulfuroso (perdón, del dióxido de azufre, jeje...)
SO2 = 32 + 2·16 = 64 g/mol
nos permite calcular la masa de este compuesto que estaba presente en la muestra de aire:
m SO2 = 7,37·10^-3 L · 0,008 mol KMnO4 / L · 5 mol SO2 / 2 mol KMnO4 · 64 g SO2 / mol SO2 = 9,4336·10^-3 g
m SO2 = 9,4 mg
Para b) yo sigo paso a paso el método que se puede ver en el siguiente documento, el cual recomiendo:
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archiver ... _15330.pdf
Uno puede caer en la tentación de escribir un híbrido de resonancia, me parece equivocado y en el documento anterior explican que sería una estructura menos estable que la propuesta con dos dobles enlaces,
|O = S = O| De hecho, la estructura del SO2 se ha estudiado muy bien, por difracción de rayos X en estado cristalino y por difracción de electrones y microondas en estado gaseoso, siendo la distancia de enlace S-O de 1,431 Å que correspondería a un doble enlace S=O
Al tener dos enlaces (dobles) y un par no enlazante de electrones alrededor del azufre, la teoría de Gillespie y Nyholm predice que la
geometría que proporciona una repulsión interelectrónica culombiana mínima, es decir, que facilita a los pares electrónicos de la capa de valencia la energía mínima, es la
trigonal plana pues los sitúa lo más alejados posible entre sí. Con el S en el centro de un triángulo equilátero y los dos enlaces y el par suelto no enlazante dirigidos, cada uno, hacia los vértices de dicho triángulo, de forma que cada uno de los dos O ocupan la posición de un vértice (
geometría molecular angular). Esto supone un ángulo de enlace O – S – O de 120º si no fuera porque el par solitario provoca mayor repulsión que la que se da entre los pares de enlace, debido a que suponen una gran acumulación de densidad de carga negativa en una región muy próxima a un núcleo atómico, pues los pares solitarios son atraídos por un núcleo mientras que los enlazantes lo son por dos. Esto podría explicar que la molécula angular se cierre un poquito con un ángulo medido experimentalmente de 119º.
Respondemos a la última pregunta (en la cual falta abrir el signo de interrogación “¿”) notando que el oxígeno es más electronegativo que el azufre por lo que en los oxígenos aparece un exceso de carga negativa δ – y en el azufre un exceso de carga positiva δ +. Es decir, tenemos dos momentos dipolares de enlace
μ que son dos vectores iguales situados sobre los enlaces S-O y dirigidos hacia los oxígenos que al sumarlos vectorialmente nos da un momento dipolar molecular resultante distinto de cero
μ≠ 0. Tenemos pues una
molécula polar (experimentalmente se mide μ = 1,6 D).
(En la polaridad de una molécula también participan los pares solitarios no compartidos, en el SO2 haría que el μ medido sea inferior al esperado teniendo en cuenta únicamente los momentos dipolares de enlace; este efecto es muy acusado en ejemplos como μ NH3 = 1,5 D ; μ NF3 = 0,2 D)
Me estoy enrollando más que las persianas así que voy a finiquitar el apartado c) por la vía rápida:
c = [SO2]o = (0,16·10^-3 g / L) / (64 g/mol) = 2,5·10^-6 M
El equilibrio de ionización sería:
SO2 (aq) + 2 H2O (l) ↔ HSO3¯ (aq) + H3O+ (aq)
El SO2 está muy diluido y la constante de acidez es relativamente alta, entonces nuestro olfato químico nos dice que podemos sustituir ↔ por → y estaríamos en un caso de ácido fuerte:
SO2 + 2 H2O → HSO3¯ + H3O+
[H3O+] = C = 2,5·10^-6 M
pH = - log [H3O+] = - log 2,5·10^-6 = 5,602059991
pH = 5,6 y asunto arreglado.
Si queréis marear más la perdiz llamamos x a la concentración de hidronio y resolvemos la ecuación de segundo grado que sale con ácido parcialmente disociado:
K = x² / (C – x)
(eso sí, x no es despreciable frente a C)
http://m.wolframalpha.com/input/?i=1.3e ... .5e-6-x%29
pH = - log 2,49952·10^-6
pH = 5,6
Y si nos ponemos pijos y consideramos la autoprotólisis del agua, resolvemos la de tercer grado:
x = C·K / (x+K) + Kw / x
http://m.wolframalpha.com/input/?i=x%3D ... 10e-14%2Fx
pH = - log 2,5389·10^-6
pH = 5,6
Y si nos ponemos frikis buscamos en las tablas las dos constantes de acidez (pKa1 = 1,9 y pKa2 = 7,2) y utilizamos la conjetura de un tal sleepy para resolver de forma completa y exacta (
http://www.docentesconeducacion.es/view ... =92&t=4014):
x=C·(K1·x + 2·K1·K2) / (x² + K1·x + K1·K2) + Kw / x
https://www.wolframalpha.com/input/?i=x ... %5E-14%2Fx
pH = - log 2,56345·10^-6
pH = 5,6
En fin, que va a llover a pH 5,6 sí o sí...
Ahora bien, esto teniendo en cuenta lo que nos ponen en el enunciado:
“Considere que la concentración de dióxido de azufre de la gota de agua es igual que la del aire”
Claro, que uno que es curioso por naturaleza buscó la constante de la ley de Henry para el sistema SO2-agua:
k = 13 mol SO2 / (atm·L) a 20ºC
Entonces la concentración de SO2 sería:
[SO2] = k·p ; siendo p la presión parcial de SO2 que podemos calcular aplicando la de los gases perfectos:
p = C·R·T
Entonces a 20ºC = 20 + 273 = 293 K,
[SO2] = k·C·R·T = 13 mol SO2 disueltos / (atm·L) · 2,5·10^-6 mol / L · 0,082 atm·L/(mol·K)·293 K
[SO2] = 7,8·10^-4 M
(más de trescientas veces mayor que la que hemos utilizado teniendo en cuenta la consideración de igualdad de concentraciones aire-agua que nos indica el enunciado y entonces el pH cambiaría sensiblemente, concretamente a pH = - log 7,8·10^-4 = 3,1; la lluvia ácida suele tener un valor entorno a pH=4)
Finalizo con una propuesta de 5 preguntas de debate para el último apartado d):
-Hace poco escuché a un político en la radio diciendo que debido al calentamiento global se fundirá el polo Norte y subirá mucho el nivel del mar. ¿Ocurriría realmente esto si se fundiera el Ártico? ¿Y si lo que se funde es el hielo de la Antártida?
-El CO2 es un gas de efecto invernadero porque absorbe radiación infrarroja. Si no queremos calentar nuestro planeta, emitir CO2 es tirar piedras contra nuestro tejado, entonces: ¿sería conveniente eliminar completamente todo el CO2 de nuestro planeta?
-¿Qué te parece esta noticia que apareció hace más de diez años?:
https://www.20minutos.es/noticia/303241 ... tico/ebro/
-La combustión de un volumen de diésel emite algo más de CO2 que el mismo volumen de gasolina, ¿por qué? Sin embargo, normalmente un motor de gasolina emite algo más de CO2 por kilómetro recorrido que uno de diésel, ¿por qué? Si esto es así, ¿por qué actualmente se proyecta favorecer a los motores gasolina?
-Supongamos un país que produce el 100% de su energía eléctrica en centrales térmicas de carbón. Si cambiamos todo el parque automovilístico por coches eléctricos ¿se produciría una importante disminución en las emisiones de CO2?
En cuanto a objetivos de aprendizaje, pienso que cualquiera de los siguientes nos vadrían:
http://www.fiquipedia.es/home/materias/ ... -Objetivos
De todas formas ahora ya no se denomina Ciencias para el Mundo Contemporáneo, se llama “culturilla científica”, ¿no?:
http://www.fiquipedia.es/home/materias/ ... chillerato
Agradezco vuestra revisión de esta última sardana con la que finiquito el práctico 2018 y me despido no sin antes dar las gracias a FiQuiPedia por los estupendos documentos en formato electrónico, con las controvertidas sardanas 2 y 3, que ha subido a su página:
http://www.fiquipedia.es/home/recursos/ ... edirects=0
http://www.fiquipedia.es/home/recursos/ ... edirects=0
Al leer la nº 2 de FiQuiPedia caí en la cuenta de que di un pequeño traspiés al bailarla: el símbolo oficial de toneladas es “t” no “ton” (tampoco “Tm”) como puse en varias ocasiones en mis cálculos de manera equivocada, corregido queda.
Disfrutad de las dos semanas que nos quedan compañeros.
Edito: se me olvidaron los minutos musicales, ahí van:
https://www.youtube.com/watch?v=ZVOf7hgrTa8