Proyec Final
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FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA QUIMICA
QUIMICA INORGANICA QMC -104L
SISTESIS DE SULFATO DE
POTASIO APARTIR DE
CLORURO DE POTASIO
FECHA: 06/05/2019
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1. ANTECEDENTES
Sulfato de potasio. El Sulfato de potasio es la sal potásica del ácido sulfúrico. Su fórmula
mineral se denomina arcanita. Se suele emplear como inorgánico de origen mineral (placerita).
En la industria alimentaria suele emplearse con el código E 515. El sulfato de potasio, también
conocido como arcanita, es un compuesto químico cuya fórmula es K2SO4. Su estructura
aparece en la figura 1 (EMBL-EBI, 2014). El sulfato de potasio se conoce desde principios del
siglo XIV y fue estudiado por Glauber , Boyle y Tachenius. En el siglo XVII, se llamó arcanuni o
sal duplicatum, ya que era una combinación de una sal ácida con una sal alcalina.
La meseta altiplánica boliviana se caracteriza por conservar en la región sudoeste lagunas y salares, que
fueron estudiados por diversas instituciones estatales y privadas, desde diferentes puntos de vista; teniendo
particular interés, aquellos reportes técnicos referidos a: su génesis, su geoquímica, el cálculo de reservas
mineralógicas y las perspectivas económicas de explotación. Siguiendo una metodología de estudio
recomendada por el Ingeniero Francois Risacher, con quien trabajé en la identificación y evaluación de las
lagunas y salares del altiplano, dentro el convenio UMSA-ORSTOM. En este artículo se hace referencia a
un estudio preliminar de dos lagunas Liviscota y Phallarata, y el salar de Bella Vista, revelando que tienen
las mismas tipologías geológicas y geoquímicas, del resto de los salares y lagunas existentes en esta región
altiplánica.
1.3 INTRODUCCIÓN
El año 1975, se inició el estudio de dos salares del altiplano boliviano, actividad contemplada en el convenio
suscrito entre la Universidad Mayor de San Andrés y L'Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
El Instituto Francés de Investigación Científica para el Desarrollo en Cooperación, a través de L'Office de
la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer Oficina de investigación científica y técnica de los otros
mares (ORSTOM), con una participación de investigadores bolivianos y franceses. Este trabajo
mancomunado, permitió confirmar la presencia de litio en el salar de Uyuni el año 1976 y otros salares
menores; además de un estudio geoquímico de las lagunas y salares de la región altiplánica del sudoeste,
‘’Estas lagunas y salares de mayor importancia y características semejantes, se ubican en el sector oeste de
los Departamentos de Oruro (Provincias Sabaya, y Ladislao Cabrera) y Potosí (Provincias Daniel Campos,
Nor y Sur Lípez’’. Al respecto, en el libro: los salares del altiplano boliviano de O. Ballivián y F. Risacher,
se hace referencia a un estudio técnico que permitió identificar alrededor de 20 lugares geográficos (salares
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y lagunas). También es importante considerar los estudios efectuados por el Servicio Geológico de Bolivia
(GEOBOL) que brindan una información detallada de la ubicación de estos depósitos.
Sin embargo; no se ha completado el estudio de todas las lagunas y pequeños salares dispersos en esta
región altiplánica, siendo necesario continuar el trabajo realizado por los anteriores investigadores, y así,
completar la información de todas las lagunas y salares existentes en la franja sudoeste del altiplano
boliviano.
Contribuyendo con este propósito, en el presente trabajo de investigación, se describen aspectos importantes
de dos lagunas y un salar, geográficamente pertenecientes a la provincia Daniel Campos sector norte,
Departamento de Potosí.
DESARROLLO
Una característica fundamental de esta sucesión de lagunas y salares, es el contenido común de sodio (Na),
considerado como el elemento central de todos los minerales ‘‘Halita NaCl. Trona Na HCO3,
Na2CO3∙2H2O. Termonatrita Na2CO3∙H2O Natrón Na2CO3∙10H2O. Mirabilita Na2SO4∙10H2O.
Tenardita Na2 SO4. Ulexita Na Ca∙B5O9∙8H2O. ’’no metálicos sólidos o disueltos en lagunas y salares.
Alrededor del sodio, se agrupan elementos del grupo de los alcalinos, como ser el litio y potasio o elementos
del grupo vecino de los alcalinos térreos como ser el, magnesio y el calcio. La ulexita puede ser considerada
como una sal doble entre el metaborato de sodio y el tetraborato de calcio. La presencia del boro en estos
aniones lo convierte en un mineral estratégico de mucha importancia para nuestro país.
Un fenómeno que se observa en muchos salares y orillas de las lagunas, es la presencia de sales de sodio
dispersas en gránulos finos o aglomeraciones cristalizadas. Estas sales se formaron por ascenso capilar de
yacimientos diagenéticos ‘‘Relativo a la diagénesis o conjunto de procesos (compactación,
recristalización o cementación) que actúan sobre los sedimentos, para dar origen a rocas sedimentarias. ’’
o por cristalización debido a la evaporación del solvente acuoso, afloraciones blanquecinas, son una
característica de toda la meseta altiplánica acentuándose en el sector sudoeste.
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Situación Geográfica
Departamento: Potosí
Provincia: Daniel Campos
Comunidad: Liviscota
Coordenadas UTM: X= 561740, Y= 7834226
Coordenadas laguna UTM: X= 560347. Y= 7834353
Acceso: Se debe llegar inicialmente a la comunidad de Liviscota, saliendo de la localidad de Llica, capital
de la provincia Daniel Campos.
Descripción general: La superficie de la laguna es de 1,5 km2 y tiene la forma de un flamenco visto de
arriba, por lo que los lugareños le llaman laguna flamenco, está rodeada por una serranía que abraza a la
laguna en forma de herradura. Presenta sedimentos arcillosos y su profundidad varía desde 20 cm a 100 cm
en el sector más profundo.
En época seca presenta una zona libre de agua, donde eflorece por capilaridad sulfato de sodio, que puede
ser cosechado obteniéndose Tenardita (Na2SO4). Es interesante ver la presencia de flamencos perenne,
ya que el lugar cumple con las exigencias de su hábitat.
Aportes de agua: El principal aporte de agua proviene del sector oeste de la laguna. Es un manantial
pequeño que alimenta a la laguna permanentemente y está rodeado de otros depósitos de agua menores,
formando dos corrientes que desembocan en la laguna. También se tiene otro pequeño banco de agua en el
sector norte. Todas estas aguas contienen sulfato de sodio disuelto en baja concentración. En el sector este
de la laguna, hay un manantial rodeado permanentemente de agua. En el depósito principal, se tiene un
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estanque de captación, con la intención de aprovechar estas aguas para fines agrícolas. Sin embargo, la
presencia de un electrolito como es el sulfato de sodio y la distancia de más de 2 km desde la fuente a la
zona agrícola; fueron las causas que provocaron el abandono de este proyecto.
Geoquímica: pH neutro y conductividad eléctrica propia de una salmuera diluida. El agua contiene
Na2SO4, que fue identificado con una solución diluida de BaCl2, según la reacción.
El sulfato de sodio se fue formando por cristalización debido a la evaporación del agua en época seca,
formando un yacimiento diagenético en el sector este de la laguna. Efectuando excavaciones en este sector
se observa las varias capas de Mirabilita (Na2SO4∙10H2O) acumuladas a través del tiempo y cuyo grosor
alcanza 50 cm en promedio para una extensión cercana a 1 km2. Capa de sulfato de sodio, que asciende a
la superficie por capilaridad formando bellos cristales prismáticos, que al deshidratarse (eflorescencia) se
convierten en Tenardita, perdiendo sus moléculas de agua de hidratación.
Na2SO4 ∙ 10H2O → Na2SO4 − 10H2O
Mirabilita Eflorescencia Tenardita
Reservas y perspectiva económica: La laguna corresponde a un yacimiento de sulfato de sodio, la sal más
abundante en esta sucesión de lagunas y salares. Sumado a los otros yacimientos de esta región, puede
pensarse en tener una planta central de purificación de la mirabilita para un auto abastecimiento de
Tenardita (Na2SO4)
2. OBJETIVOS
Obtener el compuesto del sulfato de potasio conocer sus propiedades químicas y utilidades en la
industria tanto nacional como internacional además del hecho de hacer un análisis de rendimiento de la
reacción y el proceso llevado a cabo.
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2. JUSTIFICACIÓN
Sulfato de Potasio
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Arcanita
General
Identificadores
ChEBI 32036
ChEMBL CHEMBL2021424
ChemSpider 22915
PubChem 24507
UNII 1K573LC5TV
InChI[mostrar]
Propiedades físicas
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Propiedades químicas
Familia sulfato
𝑐𝑎𝑙
∆𝑆 0 = [1 ∗ (42.0) + 2 ∗ (17.30)] − [1 ∗ (32,9) + 2 ∗ (37,7 )]
𝑚𝑜𝑙 ∗ º𝐶
𝑐𝑎𝑙
∆𝑆 0 = −31.7
𝑚𝑜𝑙 ∗ º𝐶
Ahora hallemos la energía libre de Gibbs. En el experimento usaremos una temperatura de
25ºC, verifiquemos que la reacción es espontanea. Tenemos:
∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇 ∗ ∆𝑆
𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙
∆𝐺 = −9.276 ∗ 103 − 25º𝐶 ∗ (−31.7 )
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 ∗ º𝐶
𝑐𝑎𝑙
∆𝐺 = −8483.5
𝑚𝑜𝑙
𝐽
∆𝐺 = −35496.64
𝑚𝑜𝑙
Como la ∆𝐺 < 0, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑒𝑎.
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METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
4.1. Materiales
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1 Espátula
Soporte universal
1 Bomba de filtración al vacío
1
1 Cepillo
1 Piseta
1
Tapón de corcho con 1 orificio
4.2. Reactivos
SA-98-01
Ácido sulfúrico H2SO4 10ml
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6. PROCEDIMIENTO
El grado de reactivo del sulfato de sodio, los residuos sulfato de sodio (61,3% en masa de
Na2SO4, 2,1% en masa de C,35.5% en masa de H2O) y sal de potasio (98.1% en masa KCl)
se utilizaron como materias primas. Los experimentos se realizarán en laboratorio con un
agitador termostatizado a 20—25◦
La mezcla de reacción se agitó con durante experimentos, tanto la composición de la mezcla
como la se modificó el contenido total de sales. Proporciones molares de Componentes de la
mezcla
n (K2SO4): n (Na2SO4): n (KCl): n (NaCl) de (0—2): 1: (2—8): (0—2), y el total
El contenido de sales de 27-50% en la mezcla inicial fue usado. La mezcla se preparó
añadiendo sólido.
Solución de Na2SO4, NaCl y K2SO4 a KCl, o combinando K2SO4 sólido, KCl y NaCl con la
solución
de sulfato de sodio.
La solución madre formada durante el proceso de conversión se sometió a evaporación y
cristalización fraccionada de sales. Ambos, grado de la fase líquida.
La evaporación y la temperatura de cristalización fueron cambiado Debido a la variación del
grado de evaporación,
Los sólidos en la solución madre se concentraron a 30—70% en masa.
Los dos pasos de cristalización fueron realizado a 2—10◦C y 100—110◦C, respectivamente.
Se analizaron las fases sólidas y líquidas para estimar el contenido de los componentes
individuales.
Na2SO4 + 2KCl = K2SO4 + 2NaCl
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1) Preparar las siguientes soluciones : 50 ml de KCl 1 molar y 50 ml de Na2SO4 1 molar en una matraz
aforado.
4) Calentar la solución mesclada hasta una rango de temperatura de 25-30 grados centígrados, hasta
que no exista precipitados.
5) Calentar la mezcla para evaporar el agua de la solución hasta un volumen de 30 ml para que la
solución se sature de K2SO4.
6) Filtrar con el equipo de filtración al vacio para obtener los cristales de K2SO4 saturado
anteriormente y luego llevar al horno de secado .
7. FLUJOGRAMA EXPERIMENTAL
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INICIO
Preparar
una
solución de Preparar una
Na2SO4 en Colocar las soluciones solución de
50ml al en un vaso de KCl en 50ml
1[M] precipitado de 200ml al 1[M]
Agitar constantemente
con una varilla de vidrio
Agitar constantemente
con una varilla de vidrio
Filtrar 2 veces en un Si
embudo de plástico
No Realizar un
proceso de
cristalizado
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7.2. Datos
Reactivos Formula Cantidad requerida
Reacción de cloruro de potasio y sulfato de sodio en solución nos dara un producto de sulfato de
potasio y cloruro de sodio
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Resultados
Mediante los cálculos se pudo obtener un rendimiento del 81.97 % debido a la buena manipulación y
llevar a cabo el experimento con mucho cuidado para contar con el mínimo de errores sistemáticos y
perdida de producto.
8. INTERPRETACION DE RESULTADOS
El rendimiento obtenido es aceptable debido a que seguramente hubo parte de sulfato de potasio que
se perdió en la evaporación , por que se quedaron una minima proporción de sulfato de potasio en las
paredes del vaso de precipitado, o también en la filtración al vacío debido a alguna fugas en el papel
filtro. Los cuales serían motivo para que el rendimiento arroje alrededor de 81.97%.
10. CONCLUSIONES
La siguiente conclusión parte del experimento realizado en laboratorio, sobre la obtención del sulfato
de potasio.
Se pudo obtener en una cantidad apreciable de sulfato de potasio K2SO4 tras dos pruebas que se
realizaron con una variación en las concentraciones de la soluciones.
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Se evaluó las solubilidades del los dos productos obtenidos como el cloruro de sodio como
también la del sulfato de potasio para un saturación adecuada.
Concluimos que con el experimento realizado en laboratorio se puede obtener el sulfato de
potasio a partir de cloruro de potasio.
Se realizo la comprobación del sulfato de potasio mediante una reacción entre el producto
obtenido y el cloruro de bario dando como producto un precipitado blanquesino.
El producto obtenido es mas costoso debido a su beneficios dando un diferencia de costos entre
1ton 150$ de KCl mientras que el el costo del sulfato de potasio es de 1 ton 400 $.
11. RECOMENDACIONES
Al realizar el experimento, se pudo notar diferentes puntos a tomar en cuenta:
Tener cuidado al medir la temperatura de la mescla de soluciones para una mejor miscibilidad ,
ya que se encuentra en un rango de temperatura.
Esperar a que la solución se evapore lentamente y contar con la perlas de ebullición para evitar
los salto brusco o repentinos de la solución.
Para la prueba confirmatoria, esperar el tiempo suficiente para ver los resultados.
12. BIBLIOGRAFÍA :
Ballivián, O., Risacher, F., 1981, Los salares del altiplano boliviano
UMSA – ORSTOM , La Paz – Bolivia,
Rivas, S., Ahlfeld, F., 1998, Los minerales de Bolivia y sus parajes,
Tomos I y II, Santa Cruz de la Sierra – Bolivia,
Moore, J. M., Stanitski, C.L., Wood, C.L., Kotz, J.C., 2000, El mundo de la química, conceptos y
aplicaciones, 2da ed., Prentice Hall, México
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http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Datos_termodinamicos_2_16686.pdf
Raymond Chang. 2013. QUIMICA. Undécima edición. Editorial educación. pág. 230-274
(termoquímica). 778-806 (entropía, energía libre de gibbs y equilibrio)
Kostick, D. S., Sodium sulfate. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, p. 156,
2002.
Co-production of potassium sulphate and sodium sulphate. WO 16899 (1996).
Co-production of potassium sulphate, sodium sulphate and sodium chloride. WO 16900 (1996).
Safragin, Yu. S., Buksha, Yu. V., Rutkovskaya, T. I., Timofeeva, V. I., Titkov, S. N., Terent’eva,
G. I., and Vybornova, G. Yu., Method of production of potassium sulphate. RU 2161125 (2000).
12. ANEXOS :
Materiales
Reacción a 25 C
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