Divulgación Gradiente PH = a gradiente eléctrico ?

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Buenos dias,

Vaya por delante que soy informático y que mi interes por la quimica es simplemente de aficionado, por si digo alguna barbaridad.

Mi pregunta es la siguiente, por un lado el agua del mar es, segun la wikipedia....

"El agua oceánica es ligeramente alcalina, y el valor de su pH está entre 7.5 y 8.4 ( y yo añado que se va reduciendo y que eso es uno de los grandes problemas del planeta, pero hoy no quiero hablar de ese problema...)"

Por otra parte, tenemos el extraordinario río Tinto, en España, que cito la wikipedia...

"El río Tinto se encuentra en Huelva, en el suroeste de España, y debe su nombre al color rojizo de sus aguas. Éstas están contaminadas con toda clase de metales y compuestos metálicos procedentes de un entorno rico en minerales, en especial hierro a una concentración de unos 20 g/l. Además su pH está entre 1,7 y 2,5 ... principalmente debido a la presencia de ácido sulfúrico. Es decir, es un entorno muy ácido y tóxico...."

OK..., si me situo en la desenbocadura de este rio, en huelva, por un lado tengo el océano Atlantico, levemente alcalino, por otro el rio, bastante acido....
aunque mirando un mapa veo que se junta justo antes de ir al mar con otro rio, el Odiel, con lo que en realidad no entra en el oceano el agua acida directamente. Ignoro a cuantos metros hay que estar del mar para encontrar una acidez de 2, y que gradiente tiene la acided del propio mar en la desenbocadura.

Pero el caso es que no deberia ser muy dificil, construyendo alguna tubería, poner a medio metro de distancia agua con PH de 2 y alcalina, creo.

Ahora viene mi pregunta... ¿ que cosas interesantes se pueden hacer en una situación así ? Existe la posibilidad de generar energia eléctrica, por ejemplo ? Mucha ... ?

Por cierto, es poco práctico mover el agua, un simple cable de cobre tirado del oceano al rio funcionaria....?

p.h. 2 <-----cobre----> p.h. 7,7 ( Se mueve algo aquí o no ????? )

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Re: Gradiente PH = a gradiente eléctrico ?

Pensando más en esto, veo que un cable de cobre solo tiene capacidad de mover electrones, y que un elemento alcalino no tiene en principio capacidad de dar electrones de manera continuada, de manera que, incluso existiendo una diferencia de potencial eléctrico, solo habria un instante de movimiento en que los electrones del cable de cobre buscarian un equilibrio, y luego de eso, se acabo.

La cosa esta clara pensando en 2 pequeños recipientes.

Pero con un rio a un lado, y un oceano en el otro, la cosa no esta tan clara.... el agua
del Rio Tinto es una sopa de metales, y hay una gran cantidad de agua, tal vez sí que pueda suministrar electrones en cantidad, y el oceano es otra sopa infinita de cosas, tal vez si que pueda aceptarlos... a no ser que alguien tenga un argumento de peso, parece que habria que hacer el experimento para realmente aclarar que pasa.

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Re: Gradiente PH = a gradiente eléctrico ?

Por cierto, es poco práctico mover el agua, un simple cable de cobre tirado del oceano al rio funcionaria....?

p.h. 2 <-----cobre----> p.h. 7,7 ( Se mueve algo aquí o no ????? )

Aquí ya hemos hablado de la molécula de agua $H_2O$
Es una molécula polar, dicho mal si te aproximas por un lado notarías carga negativa
y si aproximas por el opuesto carga negativa, aunque vista en conjunto, es neutra.

Cuando tienes una cantidad de agua líquida parte de las moléculas de $H_2O$
están rotas ( disociadas ) esto es
$H_2O \rightarrow H^+ + OH^-$
Este es un ejemplo de reacción y tiene una constante
- depende de la presión y de la temperatura -
y que relaciona concentraciones de reactivos y de productos.

Para el caso del agua si mantienes constante la presión y la temperatura
el producto de las concentraciones de los iones se llama producto iónico del agua
$K_w=\left[H^+\right] \left[OH^-\right]$
y en condiciones estándar de presión y temperatura ( 25 ºC y 1 atm ) vale :
$K_w=10^{-14}mol^2 l^{-2}$

$\left[H^+\right] \left[OH^-\right]=10^{-14}$
Si tomas logaritmos
$\log_{10}\left[H^+\right]+\log_{10} \left[OH^-\right]=-14$
y por definición
$pH+pOH=14$

Si el agua es pura
$\left[H^+\right] =\left[OH^-\right]$
y por tanto pH=pOH= 7

Si disuelves ácido en agua - medio polar -, el ácido se disocia por el ejemplo el sulfúrico:
$H_2SO_4 \to 2H^+ +(SO_4)^{-2}$
la concentración del iones H+ aumenta y el pH disminuye

Si disuelves una base en agua - medio polar -, la base se disocia por el ejemplo la sosa:
$NaOH \to Na^+ +(OH)^{-}$
la concentración del iones H+ disminuye y el pH aumenta.

Luego incluso en el agua pura hay iones - cargas - de un signo y del contrario
que se pueden mover si aplicas un campo eléctrico.
El agua tiene conductividad pero es muy pequeña.

Además hay que tener en cuenta un par de asuntos más :

1) un ión H+ inmerso en un medio de moléculas polares es atraido por la parte negativa de la molécula de H2O
mediante un tipo de enlace llamado puente de hidrógeno.

2) un ión inmerso en un medio de moléculas polares sufre un proceso llamado solvatación :
el ión atrae a las zonas de carga opuesta de la molécula polar y se forma una estructura que es más estable
y esto si influye en la conductividad.

Volviendo a lo de antes, lo que tú tendrías es una disolución acuosa ácida que entra en contacto con una básica.
A este tipo de reacciones - tú las habrás estudiado en la ESO o en el bachillerato igual que yo -
y te preguntas qué pasará:
creo que nosotros las llamábamos de neutralización ácido base
y los productos eran sal y agua.

La respuesta tú mismo te lo das en el segundo post.
La presencia de iones y especies químicas complica muchísimo dar una respuesta
pero si consideras sólo los iones H+ y OH-, estos se neutralizarían para dar H_2O
y mantener el producto iónico del agua.

Tendríamos que ver si esto produce calor y en qué cantidad.
Cuando nosotros preparábamos la disolución de sulfúrico a partir del concentrado
recuerdo que el tubo de ensayo se calentaba de forma apreciable.

Hay que tener en cuenta un segundo asunto interesante.
Imagina que tienes una caja cerrrada llena de moscas vivas.
Las moscas vuelan dentro de tu caja y en un momento abres la caja.
¿ Qué sucede ?
Se te llena la habitación de moscas.
A esto se llama difusión.
En el caso de tu idea es lo mismo, tienes una serie de iones H+ en un medio acuoso
- ya hemos dicho que no están en forma aislada sino en forma de $H_3O^+$
en una estructura la que sea... -
y que se mueven por agitación térmica y por tanto un gradiente de concentración.
Habría un flujo de iones en dirección contraria a la del gradiente
y por tanto una corriente de iones.

Por otra parte, cuando uno somete una barra de metal conductor a una diferencia de potencial
- se aplica un campo -, los electrones - que son las cargas que se pueden mover -
sufren una fuerza y se deberían de acelerar,
pero en realidad se mueven a velocidad constante :
se establece una corriente eléctrica
¿ Por qué ?
El electrón transfiere energía a la red de átomos del metal conductor por 'colisiones'
y mantiene su velocidad constante
El metal se calienta y desprende calor : esto es el efecto Joule.

Quería aprovechar ya que he escrito todo el rollazo este para recordar a mis dos profesores
de aquella asignatura llamada 'Física y Química' de B.U.P.
don Benigno en segundo y don Antonio en tercero
y que, con paciencia porque soy muy preguntón,
me descibieron con todo detalle cada uno de los efectos que he contado
- los errores que haya cometido se deben a mí no a lo que ellos me explicaron
que estaba 'mu bién explicao' -

Para terminar : lo lógico sería que identificases las cosas que suceden,
ver si alguna de ellas sirve para lo que intentas hacer
y hacer unos cálculos para obtener una expresión final que te diga el rendimiento.
Yo con lo que has contado te diría que pasan muchas cosas
y lógicamente siempre que pasa algo es por una razón
- el sistema va a un estado de menor energía o de mayor entropía o una mezcla de ambas -
pero dudo que se pueda aprovechar industrialmente ninguna para obtener energía.
Pero repito... hay que hacer números.

Un saludo.

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Re: Gradiente PH = a gradiente eléctrico ?

Muchas gracias por tu respuesta, me has dado un contexto teórico del tema y me has orientado hacia algo bastante concreto y mesurable, la posible generación de calor resultante de la mezcla de las 2 aguas. Es previsible una cierto calor de la mezcla, otra cosa es si puede ser de alguna utilidad o no. Me pregunto si, incluso con todas las complejidades de los componentes de las aguas, al menos se puede hacer una aproximación del orden de magnitud del calor esperable. En principio, no debe ser mucho, por que que yo sepa cuando las aguas del odiel se mezclan con las del rio tinto, no hierven... pero me pregunto si alguien habrá metido un termómetro en diferentes zonas del rio y habrá hecho un mapa de temperaturas. ( ¡ Confieso que confio más en los numeros cuando previamente se sabe lo que tiene que dar ! )

[aLFRe]

Re: Gradiente PH = a gradiente eléctrico ?

Me pregunto si, incluso con todas las complejidades de los componentes de las aguas, al menos se puede hacer una aproximación del orden de magnitud del calor esperable.

Cuando preparábamos una disolución de sulfúrico a partir de concentrado
creo recordar que el matraz se calentaba pero nunca calculamos ese incremento de temperatura.
Creo que era un efecto que no interesaba.

En principio, no debe ser mucho, por que que yo sepa cuando las aguas del odiel se mezclan con las del rio tinto, no hierven... pero me pregunto si alguien habrá metido un termómetro en diferentes zonas del rio y habrá hecho un mapa de temperaturas. ( ¡ Confieso que confio más en los numeros cuando previamente se sabe lo que tiene que dar ! )

Incluso sin esa diferencia de acidez ya hay una variación de temperatura del agua
con la profundidad ¿ por qué ?
Pues porque el agua presenta un comportamiento curioso.
Hay un máximo si representas la densidad del agua pura frente a la temperatura a unos 4ºC
A 4 º C su densidad es mayor que a 0 ºC

Por lo demás no te puedo contar mucho más porque ni sé como se mide la temperatura
en un rio, ni sé la acidez exacta y por cierto... el agua del rio llegará al mar con una cierta velocidad
y además diferente en los distintos puntos de la desembocadura.
Luego los iones se moverán por agitación térmica pero además tendrán una velocidad
luego ponte tú a meterle mano al problema este.

Aprovecho para recordar que el 25 de abril de 1998 se liberaron los residuos almacenados en una balsa de una explotación minera
en Aznalcóllar liberando líquido muy ácido ( pH bajo ) aunque el problema - la contaminación - venía de la difusión
de los metales pesados presentes en el lodo y no del pH, tal y como yo lo entendí.

Hace unos días se ha producido algo parecido - la rotura de una balsa de residuos de una explotación minera - en Hungría.
En esta explotación se obtenía Aluminio a partir de la Bauxita en un proceso en el que se emplea sosa.
Luego estos lodos son muy básicos ( pH alto, casi de 14 ).
Quizás algo de lo que se vaya publicando en la prensa te sirva para aclarar puntos de lo que preguntas,
yo no creo que te pueda contar mucho más.


Saludos.