“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”

Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalurgia
Escuela profesional de Ingeniería Geológica

Curso: Geoquímica

Tema: Informe S4

Sección: “A”

Docente: MARIA CARMEN TUIRO SALVADOR

Alumno:
● GARCIA POTENCIANO DNILSON OMAR (20181240C)

Fecha de entrega: 17/11/2022

Ciclo: 2022-2
 CONTENIDO
PREGUNTA 1.............................................................................................................................................3
SOLUCION:............................................................................................................................................3
PREGUNTA 2.............................................................................................................................................5
SOLUCION:............................................................................................................................................5
PREGUNTA 3.............................................................................................................................................7
SOLUCION:............................................................................................................................................7
PREGUNTA 4.............................................................................................................................................8
PREGUNTA 5...........................................................................................................................................12
PREGUNTA 6...........................................................................................................................................13
 PREGUNTA 1

1. Explique cómo se escribe la ecuación de equilibrio químico para formar los minerales fluorita y
wollastonita y de que depende dicha contante de equilibrio en cada caso.
CaF2 . y CaSiO3 Ref. Cap. 1 Krauskopf
SOLUCION:

FORMACIÓN DE FLUORITA

La fluorita  formado por la combinación de los

elementos calcio y flúor, de fórmula CaF2 . Su
estructura cristalina pertenece al sistema
cúbico,con hábito cúbico, octaédrico y rombododecaédrico.

La fluorita se forma a partir del calcio y el flúor , en la naturaleza

el calcio se encuentra en estado sólido y el flúor como un gas
diatómico. Al momento de asociarse esas dos sustancias darán
como producto al fluoruro de calcio sólido como se observa en la
siguiente formula:
Ilustración 1. Fluorita
𝐶𝑎(𝑠) + 𝐹2(𝑔) ↔ 𝐶𝑎𝐹2(𝑠)

Constante de equilibrio:

De la ecuacion anteriormente presentada, en la constante de equilibrio no está el 𝐶𝑎(𝑠) y 𝐶𝑎𝐹2(𝑠) , eso es

debido a que se encuentran en estado sólido, ósea, se encuentran puros.

¿Cómo se afecta al equilibrio?

La constante de equilibrio es afectada cuando hay una variación en la concentración de 𝐹2(𝑔), también
puede ser afectado si hay algún cambio en la presión o temperatura. Un ejemplo sería si hay un
aumento o disminución de la presión, este cambio afecta el equilibrio, debido a que el 𝐹2(𝑔) es un gas.
FORMACIÓN DE WOLLASTONITA

En la wollastonita los tetraedros de SiO4 están

dispuestos en cadenas con una periodicidad de
aproximadamente 730 pm equivalente a 3
unidades de SiO4.
Los iones de calcio se encuentran en un entorno
octaédrico rodeados de 6 átomos de oxígeno. Una
pequeña parte del calcio puede ser sustituida
por iones de manganeso, hierro o magnesio.

Un caso en la que se combinen el óxido de calcio y el

óxido de silicio, sería cuando el óxido de silicio
este acuoso y el óxido de calcio sólido, esto podría
pasar porque el punto de fusión del óxido de calcio es
mucho más alto que del óxido de silicio, sin
embargo, la reacción entre ambas se dará a altas
temperaturas ya que el óxido de silicio debe estar Ilustración 2. Wollastonita
acuoso.

Se observa la ecuación de formación de la wollastonita y esta se encuentra en estado sólido.

𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝑆𝑖𝑂2(𝑎𝑐) ↔ 𝐶𝑎𝑆𝑖𝑂3(𝑠)

Constante de equilibrio:

De la ecuación anteriormente presentada, la constante de equilibrio depende solamente del óxido de

silicio en estado acuoso, esto ocurre porque tanto el óxido de calcio como la wollastonita son sólidos,
por lo tanto, están puros.

¿Cómo se afecta al equilibrio?

El equilibrio solo podrá ser afectado si hay algún cambio en la concentración de óxido de silicio o en la
temperatura, mientras que si hay algún cambio en la presión, no habrá ningún efecto ya que no hay
sustancias gaseosas.
 PREGUNTA 2
2. Graficar y explicar los ambientes geoquímicos de las siguientes reacciones que ocurren en la
naturaleza, indicando los cambios de estados de oxidación de las especies y los factores
involucrados.
2CuS + 5O2 --------- 2CuSO4 + 2CuO
FeCO3 + H2O --------- Fe2+ + OH- + HCO3-

SOLUCION:

Primera reacción:

2CuS + 5O2 --------- 2CuSO4 + 2CuO

En esta primera reacción tenemos a la covelita (CuS) reaccionando con el oxigeno (O2) que se encuentra
en el ambiente para así formar dos sulfatos de cobre y dos óxidos de cobre.

Esta reacción se da en ambientes supérgenos donde predomina la abundancia de oxigeno y se forma una
patina de una gama de colores entre ellos el violáceo y azulino característico de la covelita.

El sulfuro de cobre se forma en la parte de los filones de cobre, que han sido alterados por un
enriquecimiento secundario.

Juntamente a esto también se depositan otros minerales y óxidos de Cu, como es el caso de la tenorita
(CuO), cuprita (Cu2O), malaquita (Cu2CO3(OH)2), etc.

Ilustración 3. La figura muestra diversos minerales, entre ellos minerales de cobre (covelita)

Ambientes de formación:
Las soluciones cupríferas pueden emigrar desde la zona de meteorización a las rocas adyacentes
siguiendo las grietas y hendiduras.

Se puede diferenciar tres zonas en los óxidos: sombrero de hierro, zona de lixiviación y mena oxidada.
El límite hacia la zona de los sulfuros generalmente está definido por el nivel freático.

En un nivel la mineralización parece más de un sulfuro, pero hay nivel de óxidos los cuales se pierden
paulatinamente hacia mayores profundidades.

La profundidad del límite entre óxidos y sulfuros puede ser entre 20 metros hasta 200 metros de
profundidad.

Ilustración 4. La figura muestra las zonas de oxidación

Segunda reacción:

FeCO3 + H2O --------- Fe2+ + OH- + HCO3-

En esta segunda reacción tenemos a la siderita (FeCO3) en contacto con el agua, esta forma iones en
solución acuosa de Fe2+ + OH- + HCO3-.

Debido a la presencia del ion OH-, esta reacción rédox se da en medio básico. El ambiente supérgeno
donde se produce esta reacción es en zonas cerca de cuerpos cálcicos y de abundancia de oxígeno.

La disolución de carbonatos libera alcalinidad y cationes metálicos, incluidos Ca, Mg, Fe y Mn, estos
cationes participan en la formación de minerales secundarios, incluyendo hidróxidos simples sólidos
que, en algunos casos, pueden disolverse con posterioridad y contribuir a la neutralización de ácidos.
 PREGUNTA 3

3. Calcule que concentración de Ca2+ y Ba2+ que podemos encontrar en una zona sedimentaria donde
se tiene capas de yeso y baritina en contacto con aguas superficiales. Indique que catión será más
móvil, ¿por qué?

SOLUCION:

+2 −2
Sea la reacción del yeso: CaSO 4 .2 H 2 O+ 2 H 2 O↔ Ca + SO 4

Para la hidrolisis tenemos: Ca +2+ 2 H 2 O↔ Ca(OH )2+ 2 H +¿ ¿

+2 −2
Sea la reacción de la baritina: BaSO 4 +2 H 2 O↔ Ba + SO4

+2 +¿¿
Para la hidrolisis tenemos: Ba +2 H 2O ↔ Ba(OH )2 +2 H

Se sabe que la tendencia a la movilidad está ligada a su carácter iónico fuerte, esto sucede en los
alcalinos y halógenos (los extremos), siendo esta característica cada vez más débil hacia el centro.
Por lo tanto, los minerales que se formen con estos elementos serán más iónicos (enlaces iónicos),
sales solubles y además formaran ácidos y bases fuertes.

Ilustración 5. La figura muestra las zonas de oxidación

 Por lo que viendo la tabla tenemos que el Ba presenta mayor carácter iónico que el Ca, esto
quiere decir que su potencial de ionización también será mayor, por lo tanto su movilidad en
estado iónico será mayor que la del Ca en un medio acuoso.

PREGUNTA 4

4. Resolver los problemas del capitulo 2 - 3,4 y capitulo 3 - 1,4 del Krauskopf y explicar los
resultados.

CAPITULO 2
+¿¿
3) El análisis de una muestra de agua subterránea muestra 44.9 g/litro de Na , 6.6 g/litro de
−¿¿ 2−¿¿
Ca2+¿ ¿, 81.9 g/litro de Cl , y 1.0 g/litro de SO 4 . No hay otros iones presentes en cantidades
+¿¿ −¿¿
apreciables excepto H o OH . ¿Es la solución ácida o alcalina, en sentido químico?
aproximadamente, ¿cuál es su pH?
SOLUCION:

Los iones presentes provienen de las siguientes reacciones:

−¿¿
+¿¿
El ion Na proviene de: NaOH → Na+¿+OH ¿
−¿¿
El ion Ca+2 proviene de: Ca ¿ + 2OH
−¿¿
−¿¿ +¿+Cl ¿
El ion Cl proviene de: HCl → H
−2
−2 +¿+ SO4 ¿
El ion SO 4 proviene de: H 2 S O4 → 2 H

+¿¿
Como sabemos para hallar el pH necesitamos la concentración de iones H , entonces todos los
datos que nos dieron lo pasaremos a unidades de concentración (mol/L).
+¿¿
Si tenemos 44.9 g/L de Na entonces:
44.9 g 1 mol
x = 1.913 mol/L
L 23 g
Así también para los demás iones:
6.6 g 1 mol
6.6 g/L de Ca+2 = x = 0.165 mol/L
L 40 g
−¿¿ 81.9 g 1 mol
81.9 g/L de Cl = x = 2.307 mol/L
L 35.5 g
−2 1.0 g 1mol
1.0 g/L de SO 4 = x = 0.010 mol/L
L 96 g
+¿¿
Ahora que ya tenemos las concentraciones de los iones hallaremos la concentración de los iones H
−¿¿
y OH :

En la primera reacción: −¿¿

+¿+OH ¿
NaOH → Na
+¿¿
La ¿ ¿ es la misma que la [ Na ] entonces la ¿ ¿ = 1.913 mol/L
En la segunda reacción:
Ca ¿ + 2OH −¿¿

La ¿ ¿ es el doble de la [Ca¿¿ +2] ¿ entonces la ¿ ¿0.33 mol/L

En la tercera reacción: −¿¿

+¿+Cl ¿
HCl → H

La ¿ ¿ es igual a la ¿ entonces la ¿ ¿mol/L

En la cuarta reacción:
En este caso como es una muestra de agua subterránea (disolución acuosa) el ácido sulfúrico se
disocia de la siguiente manera:
−2

H 2 S O4 → 2 H +¿+ SO ¿ 4

La ¿ ¿es el doble de la [SO ¿ ¿ 4−2 ]¿ entonces la ¿ ¿= 0.020 mol/L

+¿¿ −¿¿
Ya obtenidos las concentraciones de los iones H y OH , sabemos que estos reaccionaran para
formar agua:
En la muestra tenemos en total:
¿ ¿ = 2.327 mol/L
¿ ¿ = 2.243 mol/L
+¿¿
Vemos que en 1 L tenemos más moles de H , por lo que la solución será ácida. Todos los iones
−¿¿ +¿¿
OH reaccionaran para formar agua, y quedaran 0.084 moles/L de H
Entonces al final:
¿ ¿ = 0.084

pH = -log¿ ¿ = -log(0.084)= 1.076

RPTA: la solución es acida debido a que tiene un pH de 1.076, menor a 7.

4) Calcule la concentración de iones de hidrógeno y el pH de la solución de 0,0001 M de H 2 CO 3,

y calcule también qué fracción de H 2 CO 3 se ha disociado. Compare esta fracción con la
fracción disociada cuando la concentración es de 0.01 M. ¿Qué generalización puedes hacer
con respecto al efecto de la disolución sobre el grado de disociación?

SOLUCION:

−¿¿
+¿+HCO 3 ¿
H 2 C O3 ↔ H

INICIO: 0.0001 0 0
CAMBIO: -x +x +x
EQUILIBRIO: 0.0001-x x x

K a 1=¿ ¿
 x2 −7
K a 1= =4.2 x 10
0.0001−x

X =6.27 x 10−6

¿
¿
[ H 2 C O3 ]=9.373 x 10−5

2−¿¿
+ ¿+CO3 ¿
−¿↔ H ¿
HC O3

INICIO: 6.27x10-6 6.27x10-6 0

CAMBIO: -y +y +y
EQUILIBRIO: 6.27x10 -y 6.27x10-6 +y
-6
y

K a 2=¿¿
( 6.27 x 10 + y ) ( y )
−6
K a 2= −6
=4.8 x 10−11
6.27 x 10 − y
−11
y=4.8 x 10
como y es muy pequeño no se considera en la diferencia y suma

¿
¿
¿
[ H 2 C O3 ]=6.373 x 10−5

pH =−log ¿ ¿
−5
6.373 x 10
fraccion disociada= =0.63
0.0001

Cuando la concentración es de 0.01M se procede a realzar los mismos pasos y resulta que la fracción
de disociación es la siguiente:

[ H 2 C O3 ]=6.93 x 10−3
¿
pH =−log ¿ ¿

6.93 x 10−3
faccion disociada= =0.69
0.01
Se concluye que a mayor concentración mayor es la cantidad que se disocia.

RPTA: Podemos concluir que en el caso de la disociación del H 2 C O3al aumentar la concentración el
pH ha disminuido. También podemos concluir que la segunda constante de disociación un poco mayor
que la primera constante de disociación.

CAPITULO 3

1) Explicar por qué el agua subterránea en contacto con la piedra caliza es alcalina. ¿Por qué
el pH es más alto si el agua está fuera de contacto con el aire?

SOLUCION:

La piedra caliza no es soluble en agua pura, pero el agua de lluvia

lleva dióxido de carbono absorbido de la atmosfera. Por lo tanto, el
agua subterránea se convierte en una disolución acuosa de ácido
carbónico que reacciona ante la roca caliza (formada en su mayor
parte por carbonato de calcio insoluble) convirtiéndose en
bicarbonato de calcio, muy soluble; así la roca va poco a poco a
poco erosionándose. Un resultado de esta reacción es la formación
de estalactitas y estalagmitas en las cuevas.
Ilustración 6. Roca caliza

2+¿ 2−¿¿
CO 2(g) + H 2 O(l) +CaC O 3 (s) ↔ Ca(ac ) +2 HC O 3 ¿

Ilustración 7. Estalagmitas y estalactitas.

El CaCO3 se disuelve tanto más, cuanto mayor sea la cantidad de CO2 que contiene el agua. La
alcalinidad es causada principalmente por los bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos presentes en
solución y, en menor grado, por los boratos, fosfatos y silicatos que puedan estar presentes en la
muestra.
En la mayoría de los cuerpos de aguas naturales, la alcalinidad se haya asociada al “sistema
carbonato”, esto es, a los carbonatos, bicarbonatos y acido carbónico presentes. Debido a que el ion
bicarbonato tiene características anfóteras, una de las principales consecuencias es la existencia del
sistema carbonato en el agua, consiste en que este, le imparte a la misma una ligera “capacidad
buffer”.
Así la cantidad o concentración del sistema carbonato en el agua determina su capacidad
amortiguadora, mientras que la proporción entre los componentes de dicho sistema, CO2, H2CO3, CO32-
determinan su valor de pH.

−¿¿
4) ¿La actividad de Cl sería mayor o menor en agua de mar que en agua del río Mississipi?
Responda la misma pregunta para el coeficiente de actividad.

a i=Ci x γ i
Donde
C i: Concentración del ion (Cl-)
γ i: Coeficiente de actividad del ion i (Cl-)

SOLUCION:

La actividad es directamente proporcional a

la a la concentración y al coeficiente de
actividad, la concentración del ion Cl- es
mayor en el agua de mar que en el rio
Mississippi, por tanto, la actividad del ion Cl -
será mayor

De acuerdo a la relación el coeficiente de

actividad es inversamente proporcional a la
concentración del ion (Cl-). Entonces como
en el mar la concentración de iones Cl - es
mayor entonces es menor el coeficiente de
actividad en el mar que en el rio Mississippi.

Ilustración 8. Vista aérea del río Mississipi.

PREGUNTA 5

5. ¿Cuál sería el pH de hidrólisis si se disuelven 120 g de calcantita en 1 litro de agua destilada?

Hacer los cálculos.

SOLUCION:
 +2 −2
Sea la reacción de la calcantita: CuSO 4 .5 H 2 O+2 H 2 O↔ Cu + SO 4

+2 +¿ ¿
Para la hidrolisis tenemos: Cu + 2 H 2 O↔ Cu(OH )2+ 2 H

INICIO: C0 0 0
CAMBIO: -x +x +2x
EQUILIBRIO: C 0-x x 2x

2
Kw
Por teoría sabemos que: K h=
Kb

K h= [Cu(OH )2 ] ¿ ¿ ¿

Siendo: ¿ = 2x, reemplazamos en la ecuación:

C0∗K w 2
x 3= =¿ ¿ ¿
4 Kb

¿¿ … (1)
−14 −20
Tenemos como datos: K w =10 , K b =2.2 x 10

120
C 0=C CuSO 4 .5 H 2O =C Cu =+2 =0.481 M
g
249.5 ∗1 L
mol

Reemplazado en (1) tenemos:

¿¿

Con este último valor podemos encontrar el valor del pH de hidrólisis del Cu:

pH =−log ¿ ¿

PREGUNTA 6

6. Explicar porque las aguas subterráneas en contacto con calizas son alcalinas. ¿Por qué el pH es
mayor si el agua está fuera del contacto con el aire?

SOLUCION:
Cuando el agua está en contacto con el aire como sucede con el agua de lluvia, este tiende a absorber
el dióxido de carbono de la atmosfera el cual estará disuelto en ella y formará ácido carbónico. Por lo
tanto, al infiltrase bajo la tierra y convertirse en agua subterránea, este presenta en sus componentes
la capacidad de disolución debido al ácido carbónico que reaccionará ante la roca caliza (formada en
su mayor parte por carbonato de calcio insoluble) que se encuentre a su paso convirtiéndose en
bicarbonato de calcio, muy soluble; así la roca va poco a poco a poco erosionándose.
Es así como tendremos aguas
subterráneas con un buen
porcentaje en bicarbonatadas, estos
se asocian con la composición del
sedimento del acuífero debido a la
disolución de calcita y con el
intercambio de iones con minerales
de arcilla. Además, vemos que el
bicarbonato se le asocia como un
ácido débil, lo cual significa que el
agua ha aportado al medio iones H+,
dejando a los iones OH- en la
solución.

Por lo tanto, el agua sería alcalina

por la presencia de iones OH-,
haciendo que su pH sea mayor a 7.
También se puede inferir que la
proporción entre los componentes de Ilustración 9. Reacciones de disolución de la caliza
dicho sistema, CO2, H2CO3, CO32-
determinan su valor de pH.