Cálculos estequiométricos sobre la composición

de aguas minerales

Enunciado:

Observando la información suministrada en una botella o en Internet (por ejemplo en la dirección http://www.mineralwaters.org/) sobre la composición química de un agua mineral, y de acuerdo a consideraciones estequiométricas, determinar si el valor de residuo seco (o sólidos totales disueltos) está de acuerdo con la composición química indicada.

Se tiene que considerar que el bicarbonato sódico se descompone en dióxido de carbono y anión carbonato a temperatura elevada. Además, calcular la cantidad total de cargas positivas y negativas y discutir el resultado.

Resultado:

El residuo seco es el que queda cuando un litro de agua se evapora a 180ºC. La composición típica de un agua mineral se muestra en la Tabla:

Composición química del agua mineral Fuensanta, tomada como ejemplo.

Componentes	Fórmula	Contenido (mg/L)*	Contenido (mmol/L)
Bicarbonato	HCO3^-	222.2	3.641
Cloruro	Cl^-	9.3	0.262
Sulfato	SO4^2-	56.5	0.588
Calcio	Ca^2+	71.3	1.779
Magnesio	Mg^2+	10.9	0.448
Potasio	K^+	4.4	0.113
Sodio	Na^+	15.9	0.692
Sílice	SiO2	33.3	0.554
Residuo seco	-	314

* Datos suministrados por el fabricante.

Considerando los pesos atómicos, se obtiene la composición, en mmol/L, que se muestra en la Tabla. Cuando el agua se calienta a180ºC se produce el proceso:

2 HCO₃^- (ac) ® CO₃^2- (ac) + CO₂ (g) + H₂O (g)

Esta reacción supone una pérdida de CO₂ (g) y H₂O (g) de 112,9 mg/L en el ejemplo elegido. De esta forma, el residuo seco debería ser, tomado como suma de iones (menos los 112,9 mg/L debidos a la descomposición de HCO₃^-) y sílice, la cantidad de 310,9 mg/L. Este valor es algo menor que el dado por el fabricante (314 mg/L). Se debe probablemente a la presencia de sustancias minoritarias cuya composición no se da en la etiqueta.

La suma total de cargas negativas resulta 5,079 meq/L y la suma total de cargas positivas es 5,259 meq/L. La disolución debe ser eléctricamente neutra, pero hay un ligero exceso (3,5%) de cargas positivas, debido probablemente a otros componentes minoritarios y a la incertidumbre de las medidas analíticas.

Este ejemplo puede servir para introducir aspectos como dureza de aguas, caracterización de bebidas, análisis químico, y redondeo de cálculos, entre otros. La actividad podría ampliarse midiendo en el laboratorio alguna de las concentraciones de iones o el residuo seco. Además, es buena ocasión para introducir a los alumnos en la consideración de la composición y reciclado de envases.

Referencia: G. Pinto, Stoichiometric problems in context, Education in Chemistry, Vol. 42, 108-109 (2005).