Respuestas a las preguntas de comprensión

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.
    

2. 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.
    

3. La pirita cristalina tiene un volumen de 40 40 ų 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 ų y el de la rozenita, FeSO₄·4(H₂O)(s), 162.7 ų. Así mismo, la natrojarosita, NaFe₃(SO₄)₂(OH)₆, con un volumen de 266.0 ų 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.
    

4. 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).