Respuestas a las preguntas de comprensión


Traducido por MariaRosa Quintero Bernabeu Para las preguntas, ver La ciencia al rescate de los navíos antiguos Las maderas del casco del Vasa y el Mary Rose contienen 2 toneladas de azufre, en forma del elemento S. Si 1000kg de azufre en la madera se encontraron en forma de pirita, FeS2,…

Traducido por MariaRosa Quintero Bernabeu

Para las preguntas, ver La ciencia al rescate de los navíos antiguos

  1. Las maderas del casco del Vasa y el Mary Rose contienen 2 toneladas de azufre, en forma del elemento S. Si 1000kg de azufre en la madera se encontraron en forma de pirita, FeS2, h¿cuánto ácido sulfúrico (H2SO4(aq)) se produciría en la oxidación completa de la pirita?

    Existen dos reacciones comunes: por conversión a sulfato de hierro (II) hidratado:
         FeS2(s) + 7/2O2 + (n+1)H2O → FeSO4·n(H2O)(s) + H2SO4(aq)
    O por conversión a goetita, alfa-FeOOH (como en la herrumbre):
         FeS2(s) + 15/4O2 + 5/2H2O → FeOOH(s) + 2H2SO4(aq)

    Respuesta: 1000kg de S corresponden a 15.6 kmol de FeS2. Si el sulfato de hierro (II) hidratado es el producto final, se formaran 1.5 toneladas de ácido sulfúrico. Si el producto final es la goetita, alfa-FeOOH, la cantidad de ácido sulfúrico formado será el doble: 3.1 toneladas de ácido sulfúrico.
     

  1. El hidrogeno carbonato de sodio (bicarbonato de sodio, NaHCO3) ha sido añadido a la solución de conservación en spray recirculada para mantener el pH del Mary Rose alrededor de 7. ¿Cuánto bicarbonato de sodio seria necesario para neutralizar el ácido formado en la pregunta 1 (a partir de la pirita oxidada contenida en 1000kg de azufre)?

    Respuesta: Para neutralizar 1.5 toneladas de ácido sulfúrico se necesitan 2.6 toneladas de bicarbonato de sodio, y para neutralizar 3.1 toneladas se necesitan 5.2 toneladas de bicarbonato de sodio.
     

  2. La pirita cristalina tiene un volumen de 40 40 Å3 por unidad de FeS2 y se expande dramáticamente cuando se oxida. Por ejemplo, el volumen por unidad cristalina de la melanterita, sulfato de hierro (II) hidratado, FeSO4·7(H2O)(s), es 243.5 Å3 y el de la rozenita, FeSO4·4(H2O)(s), 162.7 Å3. Así mismo, la natrojarosita, NaFe3(SO4)2(OH)6, con un volumen de 266.0 Å3 por unidad de fórmula, se encuentra a menudo en la madera del Vasa.

    Haced una estimación de cuantas veces aumenta el volumen cuando un cristal de pirita se oxida a la sal cristalina a) FeSO4·7(H2O)(s), b) FeSO4·4(H2O)(s) o c) NaFe3(SO4)2(OH)6 ¿Qué efectos podrían tener estos procesos si se producen en la estructura de madera?

    Respuesta: Cuando el FeSO4·7(H2O)(s) precipita, el volumen aumenta en un factor de 12.2; si el precipitado es de FeSO4·7(H2O)(s); si el precipitado es de FeSO4·4(H2O)(s); el volumen aumenta 8.1 veces, mientras que si el precipitado es en forma de NaFe3(SO4)2(OH)6, el volumen aumenta 6.7 veces. Estos precipitados pueden causar la aparición de sales a través de la superficie de la madera, o la rotura de la estructura de la madera.
     

  3. Buscad en un libro de química el diagrama de energía de los orbitales moleculares de la molécula de oxígeno O2 en su estado no excitado. Explica como el aumento de energía debido a la radiación puede producir un oxígeno singulete, 1O2, con todos los electrones apareados.

    Respuesta: La molécula de O2 es paramagnética con los dos electrones externos desapareados, cada uno en uno de los orbitales moleculares p no enlazantes degenerados (i.e. con la misma energía) formados por la combinación de los orbitales p de los átomos de oxígeno O. Con un aporte de energía por parte de los fotones de la luz de aprox. 92kJ/mol, los dos electrones externos pueden aparearse (un fotón de 400 nm tienen una energía de 300kJ/mol). El proceso de absorción de energía normalmente necesita un sensibilizador (es decir, materia orgánica disuelta que pueda absorber la energía). Esta molécula de oxigeno singulete excitada 1O2 (un único orden en el espacio para un par de electrones) es diamagnética pero es una especie muy reactiva y con una vida media corta, aunque su energía es sólo suficiente para una oxidación suave (Stumm W, Morgan J (1996) Aquatic Chemistry (3rd ed). New York, NY, USA: Wiley-Interscience).

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