Post on 02-Mar-2016
description
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 1/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
INTRODUCCIÓN
Una vez más en el avance de la carrera profesional tenemos el placer de haber estudiado
y aprendido proresivamente los !procesos metal"ricos de la #etaluria $eneral%
Conviene saber a estas alturas definir ya con más precisi&n lo 'ue es metaluria
#etaluria( antes era un arte% )r*cola +silo ,-. en su obra Res Metallica nos dice 'ue
los procesos metal"ricos eran mal conocidos y sus e/plotaci&n era “fundamentalmente
perjudicial en todas sus industrias y sazones” lo 'ue sinifica 'ue sensiblemente la
metaluria no traspasaba la valla de arte cuyos 0/itos de sus operaciones eran producto
de la intuici&n más 'ue de un control cient*fico%
1a metaluria 2/tractiva se divide en 34 partes( se"n O5eda y #ontero 6
• $eo metaluria• #ineraluria +Concentraci&n de #inerales.• #etaluria del Calor +7irometaluria.• #etaluria de las soluciones li'uidas +8idrometaluria.• #etaluria del refinamiento +2lectrometaluria.• #etaluria e/tractiva mi/ta +procesos hidro9electrometaluricos.
De los procesos descritos( sin duda la 'ue esta en boa en el 7er" es la #ineraluria( ya'ue e/iste una e/tensa biblioraf*a documentada al respecto 'ue pivotan desde libros
clásicos como :utulov hasta los modernos -illachica ( #anzaneda( etc% 2sta fuera del
escape de nuestro estudio estos procesos%
1os temas a desarrollar como introducci&n son los siuientes6
• ;u*mica de las soluciones• Teor*a Clásica de la disociaci&n de electrolitos• Teor*a de )rrhenius• Reacciones 2lectro'u*micas• Termodinámica de la solubilidad• Termodinámica de las soluciones• 2ner*a 1ibre y )ctividad• 2cuaci&n de Nerst• Diarama 2h9p8 con aplicaciones informáticas
1
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 2/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
2stos t&picos e/puestos de manera somera tal vez por lo e/tenso del tema son
introducci&n a la ciencia hidrometaluria%
2speramos 'ue los aportes ofrecidos sean valiosos e ilustrativos%
2
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 3/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
3
INTRODUCCIÓN ALA
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 4/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
TEMA Nº 1: QUÍMICA DE SOLUCIONES
<%< Introducción.- )luna vez se han preuntado por'ue el aua al mezclarse con el
az"car se forma un l*'uido de color meloso y en caso de la sal( un color n*veo=%2sta preunta sure sobre todo por'ue conocemos las fases de los compuestos
mencionados ( el az"car como sacarosa +C>8<?O<<. y la sal como cloruro de sodio
+NaCl.( pero la naturaleza intima de los mismos nos intrian de cierta manera% ) primera vista podemos concluir 'ue los cubos de az"car y de sal se vuelven más
pe'ue@os y 'ue están en suspensi&n y por lo tanto los colores n*veos y azucarados
de los l*'uidos se debe a esa causa% :in embaro e/perimentos en condiciones mas
controladas desecharon dicha hip&tesisA entonces B'u0 es lo 'ue ocurre=2s evidente 'ue el az"car al disolverse en el aua tiene ese color caracter*stico
azucarado y lo mismo puede decirse de la sal%2l problema siui& sin soluci&n hasta 'ue ante los !proresos de la ;u*mica en el
:ilo de las 1uces +silo ,-II. un 'u*mico llamado 8enry Cavendish( al estudiar las
propiedades 'u*micas del aua%( racias al avance de la teor*a molecular se pudo
lorar avances sinificativos en la 'u*mica de las soluciones% 7or e5emplo se
descubri& 'ue el cloruro de hidroeno aseoso +8Cl. se pod*a disolver en aua as*9
mismo se descubri& 'ue el ácido sulf"rico +8?:O. es una soluci&n importante en
diversos procesos 'u*micos% 7ero las teor*as 'ue pretend*an e/plicar ( basados en los
traba5os de $ay 1usacc incluso de Neton eran incompletos y se tuvo 'ue esperar lateor*a Dalt&nica del Etomo para avanzar la teor*a de la 'u*mica de solucionesDalton +<F3?9<FGH. al desarrollar la teor*a at&mica y e/tender a la teor*a molecular(
además intuyendo de los traba5os de -olta en electricidad suiri& ala comunidad
cient*fica un ordenamiento de las soluciones% 2n efecto fue el f*sico araday 'uien
suiri& los t0rminos electrolitos( electrodos( cati&n( ani&n y por "ltimo el tan conocido
t0rmino ion 'ue paulatinamente fue introducido en la literatura 'u*mica y 'ue sin ellos
es muy dif*cil e/plicar los fen&menos fisico'u*micos de las soluciones%2l silo ,I, representa un triunfo sinificativo en la teor*a de las soluciones y con el
descubrimiento de fisico'u*mica se efectuaron estudios termodinámicos y seintrodu5eron nuevos t0rminos de ener*a libre ( potencial de solubilidad( actividad
e'uilibrio 'u*mico( etc% 2stos estudios se deben sobre todo a Ostald( )rrehnius(
-anttJ off( $ibbs( entre otros%
<%? Teorí de ! "uí#ic de $o!ucione$.- :abemos 'ue al disolverse la sal K'ue en
adelante lo llamaremos soluto9( por e5emplo( en el aua K 'ue en adelante lo
4
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 5/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
llamaremos disoluto9se forma un l*'uido9 'ue en adelante lo llamaremos soluci&n9 de
color n*veo( como lo hab*amos e/plicado en l*neas arriba( pero en esta ocasi&n
e/plicaremos 'ue es lo 'ue pasa realmente% Debemos anticipar 'ue esto solo es una
sucinta e/plicaci&n de lo 'ue en la Teor*a de )rrehnius se detallara mucho más en
l*neas más adelante% 1o 'ue ocurre al disolverse la sal en el aua la mol0cula del
cloruro de sodio se disocia electrol*ticamente%
NaCl NaL LCl9
2s decir 'ue el átomo de sodio se transforma en un átomo el0ctricamente carado es
decir en un ion de sodio( lo mismo puede decirse del cloro% 2n t0rminos de enlace
+puesto 'ue el enlace es i&nico. los lazos de enlace entre los dos átomos se hace
más d0bil y el aua propicia la formaci&n de otros elementos 'u*micos si es 'ue lo
hubiera en el aua%
Disoluto :oluto +2lectrolito.
Fig. Nª 01 Esquem !e u" s#$u%i&"
)l medio l*'uido en el cual se produce la disociaci&n electrol*tica del soluto se llama
electrolito% 2l electrolito universal es el aua% :in embaro e/isten otros electrolitos
'ue de acuerdo a su naturaleza 'u*mica pueden clasificarse como electrolitos fuertes
y d0biles%2ntre los electrolitos fuertes tenemos el 8Cl( 8?:O( 8NO4( etc%2ntre los electrolitos d0biles tenemos el 8?:( C849COO8( el az"car( etc%
<%4 So!u%i!idd.- 2s termino 'u*mico 'ue se aplica para ciertos compuestos yMo
elementos 'ue son solubles en el disoluto o electrolito% )s* por e5emplo la sal sedisuelve con facilidad en el aua( pero el )u nativo no ( ni si'uiera se forman
corrosiones h"medas( pero en cambio el )u se disuelve con facilidad en sales
cloruradas%
'
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 6/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
1aboratorio #etal"rico en la 7UC7
& TEMA Nº &: TEO'ÍA CL(SICA DE LA DISOCIACI)N DE ELECT'OLITOS
?%< De*inición.- 8emos definido lo 'ue son electrolitos( aora podemos estudiar con masdetalles lo 'ue es una disociaci&n electrol*tica de soluciones% 7or razones didácticas
comenzaremos con el aua%?%? +ro,iedde$ i$ico"uí#ic$ de! Au /0&O
• Densidad 6 < M cm4• Calor espec*fico6 < M C• 2ntalpia de solubilidad6 <4P Mmol
(
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 7/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
• Temperatura de fusi&n6 3CQ ?G4%<P • Tipo de enlace6 covalente polar
)luna vez aluien se ha preuntado por'ue el aua por mas cambios de fase deenfriamiento o de calentamiento mantiene la misma estructura molecular= 2sto se debe a
'ue el enlace del hidr&eno con el o/*eno es de puente de hidroeno%
7uente de 8idroeno
Fig. Nª 02 E"$%e !e$ gu7ero )rrehnius( Davy y 8umphrey( al estudiar las disociaciones y basados en los traba5os
de araday propusieron 'ue el aua al actuar como un electrolito sus átomos se pueden
disociar en iones 'ue propician las soluciones de otros iones 'ue están presentes como
solutos% 2n efecto el aua al disociarse como medio disoluto se forman iones de
hidroeno y los iones o/hidrilo6
8?O 84OL L O89
2l ion 84OL se denomina ion hidronio y el ion O89 se denomina ion hidr&/ido% 7ero para
fines de cálculo el ion hidronio es poco práctico y la disociaci&n más utilizada es la 'ue se
detalla6
8?O 8L L O89
)
O
HH
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 8/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
2sto es muy importante( por'ue como se verá más adelante en la Teor*a de )rrehnius nos
ayudara a comprender el nivel basicidad y acidez de las soluciones%
?%4 So!u%i!idd de otro$ e!ectro!ito$.- Como el aua los demás electrolitos se disocian
en iones 'ue se detallan a continuaci&n6
E! 2cido C!or3ídrico
8Cl +ac. 8L L Cl9
E! 2cido Nítrico
8NO4 +ac. 8L L NO4 9
E! 2cido Su!*4rico
8?:O +ac. ?8L L :O 9
E! 2cido o$*órico
847O +ac. 48L L 7O 9
Ion 5i*o$*to
8?7O 9 +ac. ?8L L 7O 9
?%? Mi$ce!2ne.- 2s necesario recalcar 'ue las soluciones pueden ser concentradas o
diluidas( esto depende directamente de la cantidad en peso del soluto 'ue se disuelve en
cada volumen de disolvente( mientras mayor cantidad de soluto se inresa mayor es laconcentraci&n( en cambio caso contrario es para diluci&n%
1a concentraci&n se cuantifica mediante unidades derivadas dela cantidad molar( as*
tenemos pues6
• #olaridad6 Relaci&n de molaridad del soluto y el volumen del disolvente
*
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 9/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
• Normalidad6 Relaci&n del e'uivalente ramo del soluto y el volumen del
disolvente%
2n la imaen se Observa buretas y soluciones de sulfato de cobre cuya aplicaci&n en
soluciones es amplia en la metaluria
6. TEMA Nº 76: TEO'ÍA DE A''E0NIUS
4%< De*inición.- :vante )rrehnius 'u*mico sueco( en <FF3 determino 'ue en un electrolito
puede comportarse como un compuesto de fase li'uida comple5a de carácter 'u*mico y
el0ctricoS y formulo la siuiente teor*a6
• 2l aua electrolito universal y soluble de la mayor*a de compuestos se disocia
electrol*ticamente en iones 8L y O89 ( pero 'ue para cuantificar y efectos de
calculo 'ue puedan predecir resultados satisfactorios propuso 'ue los iones puedee/presarse como concentraci&n electrol*tica%
• Debemos recordar 'ue el aua cuando se comporta como una soluci&n es
'u*micamente neutra( al contrario al disolverse en un soluto se forman
concentraciones de iones de o/hidrilos y de los iones hidroeno%
8?O 8L L O89
+
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 10/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
• Una manera de e/presar la concentraci&n de los iones se denota de la siuiente
manera6
8?O 8L L O89
• Donde 8L es la concentraci&n molar de hidroeno y O89 del hidr&/ido%
)rrehnius despu0s de numerosas e/perimentaciones( concluyo 'ue la má/ima
solubilidad del aua en condiciones normales es de <39< moles de mol0culas de
aua por cada litro de aua% Debido a 'ue el aua es un disolvente universal las
concentraciones de iones de hidroeno y de o/hidrilo es decir 'ue las má/imas
solubilidades son iuales es decir G en cada uno pero 'ue( por la teor*a de
e'uilibrio 'u*mico si una concentraci&n aumenta el otro disminuye% 2s decir 'ue si
el ion 8L tiene una concentraci&n de <39H moles por litro ( el ion O89 tiene en
realidad <39P moles por litro% 7ero como son concentraciones muy ba5as y para
efectos prácticos de cálculo se procedi& en efectuar una operaci&n matemática
sencilla como veremos con un e5emplo6
• :i 8L Q <39P molM 1
• )plicando loaritmos
lo 8L Q lo <39P
• Resulta
lo 8L Q 9P
1a cantidad adimensional es de efecto mucho más sencillo de e/plicar los fen&menos de
solubilidad% )rrehnius por ello propuso introducir un t0rmino más sencillo para e/plicar el
nivel de concentraci&n de iones hidroeno( el termino propuesto es de p8%
,08 - !o 90;
10
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 11/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
6.& De*inición ,0.- 2s la cantidad adimensional para determinar la basicidad o acidez de
una soluci&n%
6.6 5$icidd.- 2s la cuantificaci&n del p8 mayor a G% 2n t0rminos 'u*micos es la
preponderancia de la concentraci&n de iones O89
6.< 5$icidd.- 2s la cuantificaci&n del p8 menor a G% 2n t0rminos 'u*micos es la
preponderancia de la concentraci&n de iones 8L %
6.< Neutr!idd.- 2s la cuantificaci&n del p8 iual a G% 2n t0rminos 'u*micos no hay
preponderancia de la concentraci&n de iones%
) pesar de los resultados satisfactorios 'ue e/plicaban muchos fen&menos
electro'u*micos( la e/plicaci&n resultaba incompleta y )rrehnius( basados en los traba5os
de Thompson( reformulo los t0rminos de basicidad y acidez en los siuientes t0rminos6
Acide=6 V2s toda soluci&n cuyo disolvente cede protones a los solutosW%
5$icidd: V2s toda soluci&n cuyo disolvente recibe protones de los solutosW%
2sta e/plicaci&n pudo entender con mayor facilidad las reacciones electro'u*micas dereducci&n y o/idaci&n determinando si el medio en el 'ue se !produce la reacci&n es
acido básico o neutro% )demás racias a esta e/plicaci&n se pudo utilizar otras soluciones
e incluso compuestos de fase s&lida para neutralizar si una soluci&n era muy acida o muy
básica%
2n conclusi&n( )rrehnius determino 'ue la acidez y basicidad es de acuerdo al siuiente
es'uema6
11
,-si%
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 12/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
<. TEMA Nº 7<: 'EACCIONES ELECT'OQUÍMICAS
<.1 De*inición.- 8asta el momento se ha estudiado la disociaci&n electrol*tica de una
soluci&n( y la basicidad o acidez de la misma as* como los procesos de neutralizaci&n(
mencionando además las solubilidades( y las concentraciones% 2n este tema
determinaremos 'ue es lo 'ue ocurre con el soluto al disolverse en el medio acuoso 'ue
tipo de reacci&n se eneraba%
<.& Introducción.- 1a mayor*a de las personas somos testios voluntarios e involuntarios
de las reacciones 'u*micas 'ue se dan en la naturaleza o 'ue son forzadas por el hombre
como por e5emplo la corrosi&n de un acero austenizado( o la fabricaci&n de ácido sulf"rico
por el m0todo de contacto( o la formaci&n de mon&/ido e carbono por el e'uilibrio de
Xoubuoard( en cambio en una soluci&n lo 'ue podemos determinar lo siuiente6
12
HA%i!
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 13/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
;ue en una soluci&n lo "nico 'ue ocurre es la disociaci&n de los solutos sin embaro no
ocurre ninuna reacci&n propiamente dicha( por e5emplo en una soluci&n de sulfato de
cobre diluido el ion cobre esta enlazado d0bilmente con el ion sulfato pero no hay
desprendimiento y recepci&n de electrones%
araday al descubrir este fen&meno y al decidir aplicarlo en la electricidad( descubri& 'ue
las soluciones al aplicárseles electricidad los medios acuosos sufr*an cambios 'u*micos
cuyas reacciones eran de carácter electr&nico% 2n realidad más 'ue reacciones se
produc*an semiarreacciones de reducci&n o en su defecto de o/idaci&n% :iuiendo la
definici&n de basicidad y acidez de una soluci&n se determin& 'ue un ion sufr*a una
semiarreaccion de o/idaci&n si este ion anaba electrones( en cambio si el ion perd*a
electrones la semiarreaccion era de reducci&n%
Se#irreccion de O>idción
)L Lne9 )3
Se#irreccion de 'educción
X3 XL Lne9
2stas reacciones solo son posibles si el electrolito es fuerte y además en el se introducen
electrodos( dicho en otras palabras si se forma una celda voltaica o una celda alvánica(
este es'uema se pude ilustrar%
13
Fue"/e !e
E$e%/#!#sE$e%/#!#s
#$u%i#"
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 14/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
Se#irreccion de O>idción
)L Lne9 )L<Ln
Se#irreccion de 'educción
XL<Ln XL Lne9
<.6 E?e#,!o de ,!icción.- Una aplicaci&n directa tiene mucho 'ue ver con la metaluria
del zinc% :abemos 'ue el Yn está presente en la naturaleza como sulfuro en forma de
2sfalerita con alunas inclusiones de alena( pirita y sulfuros comple5os de cobre
+calcopirita( bornita enarita covelina calcosina( etc%.( y alunas impurezas de orien
marmatitico% 2ste sulfuro es sometido a tratamiento pirometalurico( cuyo ob5etivo es la
obtenci&n del Yn en forma de &/ido +YnO.% 2l siuiente procedimiento es de la li/iviaci&n
mediante el proceso de carb&n activado +este carb&n tiene buenas propiedades
superficiales. tiene como ob5etivo formar concentraciones i&nicas de YnLL% Durante el
proceso de refinaci&n se produce una semiarreaccion de reducci&n6
YnLL L?e9 Yn3
14
Se#irreccion de
O>idción Se#irreccion de
'educción
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 15/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
@. TEMA Nº 7@: TE'MODIN(MICA DE LA SOLU5ILIDAD
@.1 De*inición.- Za hemos estudiado los 'ue primero la 'u*mica de soluciones(
solubilidad( las teor*as 'ue rien en ellas y las reacciones electro'u*micas% 7or esoconviene realizar un pe'ue@o resumen para entender me5or los temas a estudiar6
;u*mica de soluciones es una parte de la 'u*mica 'ue estudia los fen&menos 'u*micos en
soluciones de fase li'uida%
Teor*a clásica de solubilidad es el desarrollo te&rico e/perimental del comportamiento de
dichas soluciones%
Teor*a de )rrehnius es la e/plicaci&n cient*fica del rado de concentraci&n de los iones del
disolvente caso% 7ara ello introdu5o el t0rmino de p8 para saber num0ricamente la acidez
o basicidad de una soluci&n%
Reacciones electro'u*micas es un tipo de reacci&n 'u*mica 'ue se enera por aentes de
orien el0ctrico%
1'
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 16/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
:i embaro hasta el momento no se ha evaluado este tipo de reacciones ba5o condiciones
determinadas( es decir Ba 'u0 temperatura se forman dichas reacciones( la presi&n es del
medio o forzada= Teniendo estas consideraciones podemos afirmar 'ue el estudio 'ue a
continuaci&n vamos a e/poner es tomando en cuenta%
2n toda reacci&n se produce calor ( es decir ener*a de tipo calor*fico( este calor recibe el
nombre de entalpia y se simboliza con la letra 8% 1a entalpia en realidad se produce con la
eneraci&n de variaci&n de entalpia y su simbolo*a es de [8
∆ H =C p . ∆ T
Donde [T simboliza la variaci&n de temperatura%
@.& Ent!,i en reccione$ e!ectro"uí#ic$.- Debido a 'ue en las reacciones de orien
electro'u*mico( la temperatura no influye de manera decisiva ya 'ue la temperatura
constante no altera el e'uilibrio de reacci&n( lo mismo puede decirse de la presi&n6
dH
d T =θ
∂ H
∂ P=0
. TEMA Nº 7: TE'MODIN(MICA DE LAS SOLUCIONES
.1 De*inición.- De acuerdo a los principios de la termodinámica se pude deducir los
siuientes principios%
+ri#er LeB de ! Ter#odin2#ic.- Cuando una reacci&n electro'u*mica en una
soluci&n se enera( este se transforma en entalpia e'uivalente%
[\Q[8
:in embaro( esta ley es incompleta debido a los factores 'ue se e/plica en la :eunda
1ey de la Termodinámica
1(
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 17/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
Seund LeB de ! Ter#odin2#ic.- ) toda eneraci&n de entalpia( se tiende hacia el
desorden de ener*a a medida 'ue aumenta las funciones de estado% 2sta funci&n de
estado se denomina entalpia [:%
[:%Q[T
.& Ter#odin2#ic de !$ $o!ucione$.- 2n una soluci&n electrol*tica el sistema está a
condiciones isot0rmicas e isobáricas vale decir 'ue los electrol*ticos tienen un
comportamiento particular puesto 'ue si bien se producen elementos de fase aseosa( las
reacciones i&nicas producen caracter*sticas termodinámicas de carácter i&nico% Dicho en
otras palabras( la ener*a necesaria de producirse una reacci&n electro'u*mica de un ion
se denomina fuacidad% +f.% 2sta fuacidad está en funci&n a la actividad +a. del ion%
:i la ener*a cuantificable no es el valor de la entalpia( sino 'ue se produce una ener*a
'ue contrarresta y 'ue además aumenta en radiente conste +entrop*a. entonces la
ener*a resultante es la ener*a libre de formaci&n de calor o enfriamiento %
.6 Cintic de rección.- 2n toda reacci&n 'u*mica los elementos del sistema son la
temperatura( la presi&n y la cantidad de reaccionantes( pero tambi0n otro factor es la
velocidad de reacci&n%% 1a reacci&n de reacci&n se define como el radiente de la rapidez
de concentraci&n en funci&n de la concentraci&n enerada%
∂∁
∂θ=k ∁n
.< 'ección reer$i%!e.- 2s toda reacci&n en 'ue los reactivos forman un producto en
un sistema abierto y 'ue a determinadas condiciones del sistema el producto se forma en
los productos iniciales%
)LX )X
1)
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 18/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
.@ 'ección irreer$i%!e.- 2s toda reacci&n en 'ue los reactivos forman un producto
en un sistema abierto y 'ue a determinadas condiciones del sistema el producto no se
forma en los productos iniciales%
)LX )X
. E"ui!i%rio "uí#ico.- 2n toda reacci&n está en e'uilibrio siempre y en cuando la
reacci&n reversible se produce en el mismo tiempo de descomposici&n yMo de formaci&n(
es decir 'ue las rapideces de formaci&n o descomposici&n son iuales
)X
)LX )X
)X
1as velocidades de reacci&n se cuantifican de la siuiente manera6
-<Q < )X y
-?Q ? )X y como -<Q -? por definici&n de e'uilibrio
2ntonces6
)X Q )X
Despe5ando6
< M?Q )XM )X
) < M? se denomina constante de e'uilibrio y se desina como la letra e'
6
e' Q < M?
1*
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 19/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
Con los conocimientos ya estudiados podemos definir ahora ya con precisi&n la ener*a
libre y actividad%
. TEMA Nº 7: ENE'FÍA LI5'E G ACTIHIDAD
.1 De*inición.- 1a ener*a 1ibre de reacci&n 'u*mica es la ener*a de carácter
termodinámico 'ue se forma en una reacci&n electrol*tica y su ecuaci&n se define de la
siuiente manera6
[$Q [8 9T[:% 2cuaci&n < de Ulich
1+
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 20/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
∆ G=∫Ti
T 2
CpdT 9 T ∫T 1
T 2
Cp /T dT 2cuaci&n de irchhoff
1a 2ner*a 1ibre tiene como unidad en el :I los 5oules +.
.& Actiidd.- 1a actividad de una reacci&n 'u*mica en sistema abierto es la capacidad
de transformaci&n en la concentraci&n i&nica o de elemento de un reactivo o producto y su
simbolo*a es la letra WaW
.6 Enerí !i%re rección e!ectro"uí#ic.- 1a ener*a 1ibre de formaci&n esta en
fi]uncion a la concentraci&n de las soluciones y se puede desinar con la siuiente
ecuaci&n6
[$Q [$ 9 RT ln e'
Donde e'Q )XM )X % )hora bien( se debe atender la fase en el 'ue se encutran los
reactivos y productos( por lo tanto si la fase de los reactivos o productos es aseosa(
entonces la concentraci&n se manifiesta como la presi&n parcial del sistema( en cambiode los cambios i&nicos como actividades( debido a 'ue el cambio 'u*mico de los iones
solo es de transferencia la actividad de estos es iual a la unidad( es decir%
e'Q 7a%7b%+a)/aX.M )X
1a e/plicaci&n disertada es importante por'ue nos permitirá e/plicar la ecuaci&n de Nesrt
'ue es el fundamento de la 8idrometaluria desde un punto de vista matemático%
2l potencial 2 está en funci&n de la ener*a libre mediante la ecuaci&n6
20
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 21/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
[$ Q 9^2
D&nde6
26 7otencial estándar de o/idaci&n o reducci&n del electrodo
6 2lectricidad enerada +Coulomb.%
. TEMA Nº 7: ECUACI)N DE NE'ST
.1 De*inición.- 1a 2cuaci&n de Nerst se deduce a partir de las ecuaciones e/puestas en
el anterior tema y cuyo desarrollo de tallamos a continuaci&n%
21
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 22/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
:i6
[$Q [$ 9 RT ln e'
Z
[$ Q 9^2
Considerando 'ue las condiciones del sistema son isot0rmicas e isobáricas( además el
sistema está en e'uilibrio( vale decir 'ue [$ Q 3( entonces la ecuaci&n se reduce a 6
9 RT ln e' Q 9^2
Despe5ando 26
2 Q 9RTM^ ln e'
:in embaro como el sistema esta en e'uilibrio 2 9RTM^ ln e' _ 3( lueo
2 Q 2 9RTM^ ln e'
7ero dadas las condiciones del sistema el valor de RTM^ +RQ <%H( TQ ?P( nQ <( Q
HFG3 C y ln+a.Q ?%43?Plo+a.. el valor num0rico se reduce a
E 8 Eº -7.@7J!o K e"
;ue es la ecuaci&n de Nerst
J. TEMA Nº 7J: DIAF'AMA E3-,0
22
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 23/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
J.1 De*inición.- ) partir de la 2cuaci&n de Nerst el e' está en funci&n de la
concentraci&n y puesto 'ue las reacciones de orien electro'u*mico son el nivel de
basicidad o acidez de la soluci&n ya 'ue las actividades i&nicas de los elementos de fase
solidad se recuden a la unidad ( el diarama de 2h%p8( llamado Diarama de 7ourbai/(
+en honor al fisico'u*mico #arcel 7ourbai/ 'ue lo propuesto por primera vez en <FH3 en
rancia.( es la versi&n rafica de la ecuaci&n de Nerst pero con la modificaci&n más
práctica %
E3 8 Eº -7.@7J!o ,0
1a ecuaci&n de Nerst ( +en honor al f*sico9'u*mico `alter Nerst 'uien la propuso en <H3P
ba5o su actual forma. se aplica en la li/iviaci&n de soluciones de &/idos de metales 'ue
previamente fueron tratados pirometal"ricamente%
1a e/plicaci&n de la misma es e/tensa y es en realidad una p0rdida de tiempo( pero sin
embaro conviene conocer el balance de las reacciones mediante el m0todo ion9 electr&n
con la disociando del aua como6
8?O 8
L
L O8
9
7or ello para fines de simplificaci&n emplearemos proramas informáticos 'ue faciliten y
puedan realizarse el diarama de 2h9p8 con mayor rapidez y facilidad %
J.& E! +ror# 0SC@.- 2s un prorama de orien informatico 'ue nos permite construir
el diarama de 7ourbai/ % su construcci&n es de la siuiente manera6
a. se )bre el prorama 'ue previamente fue instalado en la computadora
23
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 24/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
b. De la Imaen se selecciona la pesta@a V2h9p8 Diarams V
24
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 25/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
c. :eleccionamos de V:ellect #ain 2lement V el elemento materia de li/iviaci&n en este
caso seleccionaremos el Yn ( lueo seleccionamos en V:ellect Orther 2lementW( como se
trata de una soluci&n de sulfato de cobre en aua seleccionamos el 8( O y :% 2n la
pesta@a V:each #odeW seleccionamos las opciones as ( Ions( 1i'uids
2'
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 26/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
d. :eleccionamos en V:elect :peciesW las especies 'ue se forman de acuerdo al balance
del m0todo ion electr&n( se puede observar los datos termodinámicos de cada uno de
ellos%
d. :eleccionamos en VDiaramsW y por ultimo nos da el diarama de 2h9p8 'ue
observamos6
2(
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 27/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
d. :in embaro el diarama demostrado en la imaen es incompleto por lo tanto para ello
se modifica en la opci&n men" y aparece el siuiente cuadro%
2n ella se modifica los ranos del p8 y del 2h
2)
7/18/2019 INTRODUCCIÓN
http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-56d5d9d20ff59 28/28
FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES
2l diarama mostrado se detallara en e/posiciones posteriores y el uso como lainterpretaci&n esta fuera del alcance de nuestro informe%
5I5LIOF'AÍA.
<% :utulov )% Flotación de Minerales <H>> Concepci&n Chile%?% Taart 2% Elementos de concentración de minerales% <HH> 2ditorial 1ibros T0cnico
#0/ico4% O5eda 2% Fundamentos de procesos metalúrgicos UN:# <HFH%% Chan R% Química General 2d% 2p: <HHF%P% 7onz #uzzo $% Fisicouimica 2d% UN:# <HFP