IntegrantesCavallo, Lucas

García Iturralde, PedroGrayeb, Ignacio

El objetivo de este proyecto fue investigar el daño que la lluvia ácida causa en las construcciones y esculturas de distintos materiales y determinar cuál de ellos es el más afectado. El trabajo fue realizado en el laboratorio de Colegio San Juan el Precursor, donde se prepararon tres soluciones distintas de lluvia ácida (con ácido sulfúrico, ácido nítrico y agua destilada) que se vertieron periódicamente por medio de una regadera (con el fin de simular la caída de la lluvia) sobre muestras de 10cm x 10cm de mármol, caliza y cemento. Así, las variables que se tuvieron en cuenta fueron la distinta proporción de ambos ácidos en cada una de las tres soluciones y los distintos materiales.

La lluvia ácida se forma cuando la humedad del aire se combina con los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre, emitidos por fábricas, centrales eléctricas, etc.

Debido a la presencia de CO2 en la atmósfera, que forma ácido carbónico H2CO3, la lluvia común tiene un pH de aproximadamente 5.65, y la lluvia ácida suele tener un pH menor a 5 y puede alcanzar un pH 3.

Los ácidos más comunes presentes en ella son el sulfúrico (H2SO4) y el nítrico (HNO3).

Formación del ácido sulfúrico: SO3+H2O --> H2SO4

Formación del ácido nítrico: 2NO2+H20 --> HNO3 + HNO2

Las precipitaciones anuales de la Ciudad de México son de 848mm, que equivalen a 8480ml de lluvia.

20% de las precipitaciones anuales es de lluvia ácida: unos 1696ml de lluvia ácida en un año.

Esta cantidad de lluvia se deberá verter sobre tres materiales, para la experiencia.

Mármol: Se compone principalmente de CaO (56%), y CO2 (44%). El calcio (Ca) puede estar sustituido por manganeso (Mn), o por hierro (Fe). Se utilizó el mármol travertino, de consistencia porosa.

Cemento: El cemento a utilizar es cemento Pórtland o rápido, y se compone de: 64% de óxido de calcio (CaO), 21% de óxido de silicio (SiO2), 5,5% de óxido de aluminio (Al3O3), 4,5% de óxido de hierro (Fe2O3), 2,4% de óxido de magnesio (MgO), y 2,6% de otros materiales como agua.

Piedra caliza: Su composición química es CaCO3.

Piedra caliza Cemento Portland

Mármol Travertino

3 muestras de 10cm x 10cm de cemento Portland.

3 muestras de 10cm x 10cm de mármol travertino.

3 muestras de 10cm x 10cm de piedra caliza. Solución concentrada de ácido sulfúrico

(H2SO4). Solución de ácido nítrico (HNO3) 63%m/m. Centrifugadora Carbonato de Sodio (Na2CO3). Herramintas de trabajo de laboratorio

Primero, se preparó una serie de soluciones destinadas a la simulación de la lluvia ácida.

Las tres soluciones preparadas fueron: Solución 1: 75% (1272 ml) de solución de H2SO4 y 25% (424 ml) de solución de HNO3.

Solución 2: 50% (848ml) de cada solución .Solución 3: 75% (1272 ml) de solución de HNO3 y 25% (424 ml) de solución de H2SO4.

Se averiguaron las cantidades de las soluciones de ácido que se debían mezclar con un litro de agua destilada por medio de cálculos, y se precisó de 70 microlitros de HNO3

por litro de agua y 50 microlitros de H2SO4 por litro de agua.

Composición y preparación de las soluciones

Para comprobar si se produjeron cambios en los materiales con la acción de la lluvia ácida, para poder evaluar qué solución fue la más eficiente y qué material se vio más afectado, se decidió tomar medidas del peso inicial y posterior a la simulación de la lluvia de cada muestra.

Las muestras no pudieron ser pesadas con la balanza eléctrica del laboratorio, ya que su peso excedía los 300g. Fueron pesadas con una balanza de alimentos de menor precisión.

Al no dar resultado este método, se recurrieron a otros: Se planteó que si los materiales hubieran sido dañados, en las soluciones

recogidas en los baldes deberían haber iones calcio (Ca2+) ya que todos los materiales poseen calcio, ya sea en forma de óxido de calcio o en forma de carbonato de calcio.

Si a esas soluciones se les agregaba alguna solución de un sulfato o de un carbonato, estos iban a unirse a los iones calcio formando sales insolubles en agua fácilmente detectables.

Se preparó una solución 0,5 M de carbonato de sodio (Na2CO3) sólido en un matraz y se le agregó 2 ml de solución de carbonato de sodio a cada una de las 9 soluciones de los baldes precipitadas en 9 tubos de ensayo.

Al ver que algunas de las soluciones se volvían turbias al agregarle el carbonato se decidió centrifugar las mismas para ver la existencia de algún precipitado de iones de calcio y poder comparar la altura en los diferentes tubos.

Centrifugadora

El último método consistió en tomar carbonato de calcio sólido, que está presente en los materiales, y colocar 0.1gr del mismo en 2 tubos de ensayo diferentes.

Luego se prepararon las soluciones de lluvia ácida de 75% de solución de acido sulfúrico y la de 75% de solución de ácido nítrico

Se le agregó a un tubo con el carbonato de calcio 5ml de una solución y al otro tubo 5ml de la otra para comprobar si las soluciones habían resultado dañinas.

Resultados

En primer lugar se realizó el pesaje antes y después de la experiencia:

515.0515.0Mármol (solución 3)

425.0425.0Caliza (solución 3)

290.0290.0Cemento (solución 3)

505.0505.0Mármol (solución 2)

415.0415.0Caliza (solución 2)

280.0280.0Cemento (solución 2)

510.0510.0Mármol (solución1)

420.0420.0Caliza (solución 1)

285.0285.0Cemento (solución 1)

Peso posterior a la experiencia (en gramos)

Peso previo a la experiencia (en gramos)

Muestra

Tabla 1: comparación de peso inicial y final.

En la segunda experiencia realizada al agregarle el Na2CO3 solo 3 soluciones se volvieron turbias manifestando presencia de iones calcio. Se centrifugó las mismas para intentar comparar la altura del precipitado pero era ten pequeño que no se pudo realizar la comparación.

Soluciones con precipitado luego del centrifugado.

En la tercera experiencia, para verificar si la soluciones preparadas producían algún daño a los materiales, al agregarle los 5ml de cada solución al carbonato de calcio sólido debería ocurrir una reacción y se debería notar cierta efervescencia. Pero al realizar la experiencia esto no ocurrió y se formó una solución homogénea de color gris claro.

Conclusiones En primer lugar se llegó a la conclusión de que a pesar

de simular correctamente la lluvia, la cantidad de la misma vertida sobre los materiales era pequeña como para a que los mismos sean dañados.

En segundo lugar se puede concluir que la concentración de ácidos en la lluvia ácida es muy pequeña.

Finalmente se llegó a la conclusión de que el proceso de daño producido por la lluvia ácida es muy lento ya que se trabajó con la cantidad de lluvia ácida que cae en una año en unos de los países más afectados por la misma y los materiales no resultaron dañados. Cabe aclarar que es muy lento el proceso en parte porque la concentración de los ácidos más dañinos es muy baja.

Así se puede decir que nuestra hipótesis no pudo ser comprobada.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia_ácida http://www.sagan-gea.org/hojared/Hoja13.htm http://www.sma.df.gob.mx/simat/pnlluvia.htm http://www.elperiodicodemexico.com/nota.php?sec=EcologiaContaminacion&id=17069 Chang, Raymond. Química, Editorial McGraw

Hill. 7ma edición, México, 2002.

Agradecimientos

Colegio San Juan el Precursor por el laboratorio.

Profesora Marcela Cousau de Graham por las pipetas que se utilizaron y por la colaboración en la preparación de las soluciones y en el planeamiento de distintas las distintas experiencias.

Yesica Medrano por su colaboración en la preparación de las soluciones y por su disponibilidad en el laboratorio.