Vulcano
Sabemos que muchos pueblos y tribus originarias de la Antigüedad adoraban a monstruos o divinidades fantásticas y personificaban a la naturaleza como algunos cuerpos del cosmo o estructuras hidrogeológicas de la Tierra (montañas, volcanes, ríos, mares, etc.). Le debemos a éstas creencias los nombres de cosas pequeñas hasta grandes estructuras, como el vocablo "volcanes". La palabra Volcán proviene del latín "Vulcanus". Vulcano es un dios en la mitología romana, hijo de Júpiter y Juno y esposo de Venus. Era dios del fuego y los volcanes, forjador del hierro y creador de armas y armaduras para dioses y héroes. Según la mitología romana la fragua de Vulcano se encuentra situada bajo el Monte Etna, en la isla italiana de Sicilia, o bajo la isla eolia de Vulcano, en el mar Tirreno. Vulcano corresponde a Hefesto en la mitología griega.
Estas representaciones mitológicas, obviamente configuran una idea fantástica de lo que presuntamente es un volcán. La creencia popular tiene una idea menos mística pero cerrada, muchas veces definen un volcán como una montaña majestuosa en forma de cono y que posee un cráter por donde emerge lava incandescente y ceniza. Se sabe actualmente que existen volcanes sin cono ni cráter definidos y otros no necesariamente se ubican en límites de placas tectónicas, hay volcanes de 30 metros de altura e islas originadas por volcanes.
"Lava": Disney Pixar short film
Por consiguiente, para la ciencia la definición es mucho más amplia, los volcanes son estructuras geológicas por las que emergen magma en forma de lava, muchas veces acompañado de volúmenes variables de gases, vapores y rocas piroclásticas o cenizas provenientes del interior de la tierra. Los volcanes son diferentes a las montañas porque no se forman por plegado, los volcanes comunes son construidos por la acumulación de sus propios productos eruptivos. El término volcán también se refiere a la apertura o ventilación a través del cual se expulsa la roca fundida y gases o vapores asociados. Entonces los volcanes de lodo podrían ser clasificados como volcanes, aunque no todos son naturales porque existen algunos originados por la acción industrial del hombre, y por lo tanto éstos últimos no están relacionados con las verdaderas formaciones volcánicas. Sin ahondar aún más en ese debate, analicemos químicamente a éstos volcanes de lodo.
Pero para ello propongo resolver un problema de estequiometría de composición de Química Analítica relacionado con el tema de los volcanes de lodo, que se propuso como preparación previa de alto nivel a los jóvenes participantes de la Olimpiada Internacional de Química de Baku 2015. Para comprenderlo y resolverlo debes poseer conocimiento previos de Química General y Analítica, Mineralogía, Química de los compuestos de coordinación.
Volcán de lodo en la Reserva Natural del Estado en Azerbaijan
Azerbaiján es conocida en todo el mundo como la única región donde están desarrollados los volcanes de lodo. De los 800 volcanes de lodo conocidos en el planeta, cerca de 400 se encuentran en el Este de Azerbaiján y la zona que bordea el Mar Caspio. Los volcanes de lodo de Azerbaijan tienen una variedad de formas y tamaños, pero los más comunes tienen varios conos pequeños o respiraderos de hasta unos cuatro metros de altura. Las erupciones volcánicas de lodo en Azerbaiyán normalmente tienen una duración de menos de un par de horas, y se caracterizan por una extrusión vigorosa de brechas de lodo, gases de hidrocarburos y agua.
Bakhar es un volcán de lodo con una alta actividad de filtrado durante el estado latente. Los embalses formados por la actividad de los volcanes contienen el agua expulsada. Esos volcanes de Bakhar tienen una composición dominante de iones Na y Cl. Los sistemas acuosos analizados son enriquecidos con metales y con un elemento X que causa coloración a la llama. Su concentración de 250 ppm en agua filtrada representa un enriquecimiento de 55 veces en comparación al agua de mar. Cuando se concentra aún más, se obtienen cristales de color blanco del agua expulsada de los volcanes, entre ellos el compuesto Y, una de las principales fuentes de X. El óxido común de X contiene 31.0% del elemento, mientras que el compuesto Y solamente 11,3%.
1. ¿Cuál es el elemento X y el compuesto Y?
2. Calcular la masa de Y que se puede obtener a partir de 1 L de agua expulsada.
3. La pérdida de masa bajo calentamiento suave de Y es del 37,8%. Dibuja una posible estructura del anión en Y, sabiendo que contiene dos tipos diferentes de átomos X (coordinación tres y coordinación cuatro).
Resolución
1. La fórmula general de un óxido es:
La relación molar de X y O es:
n = 0,5; 1; 1,5; 2 etc.
n = 0,5 da M (X) = 3,6: no existe ningún elemento.
n = 1 da M (X) = 7,2; Li, pero no existe en el estado de oxidación +2.
n = 1,5 da M (X) = 10,8, B. El boro generalmente existe en estado de oxidación +3. X es B.
En solución acuosa, el boro forma especies oxoaniónicas, el contraión puede ser el ión sodio como uno de los iones dominantes en agua expulsada de los volcanes de lodo. El mineral de boro común que contiene sodio es el bórax, que contiene 11,3.% (en peso) de boro.
2. La densidad de la solución diluida es 1 kg / L, a continuación, 1 ppm es 1 mg / L, 250 ppm es de 250 mg de boro. La masa de bórax es: m = 250 / 0.113 = 2212 mg = 2,2 g.
3. La pérdida de masa bajo calentamiento suave de bórax es 37,8% que corresponde a la pérdida de 8 moléculas de agua.
El anión en Y :
contiene dos átomos de boro con coordinación 3 y dos átomos de boro con coordinación cuatro.
Referencias:
-Eremin, Vadim; Gladilin, Alexander (2015) "Preparatory problems by 47th International Chemistry Olympiad (IChO-2015)". Moscow State University, Baku Branch, Azerbaijan.
-State Nature Reserve of the Mud Volcanoes. Disponible en: http://www.azerbaijans.com/content_484_en.html
-Tarbuck & Lutgens. (2005)."Ciencias de la tierra, una Introducción a la Geología física". Pearson Ed.-Tilling, Robert (1997) "Volcanoes". Disponible en inglés en: http://pubs.usgs.gov/gip/volc/
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