Derrame de HCl en un dique de contención: dosis estequiométrica, CO2 y espacio confinado
Durante el trasvase, 200 L de solución de ácido clorhídrico 0.50 M se derraman dentro de un dique de contención de 3.0 m × 2.0 m y 0.50 m de profundidad, ubicado en un sótano con ventilación natural limitada. El encargado de bodega quiere vaciar de inmediato dos sacos de 25 kg de bicarbonato de sodio (pureza 98 %) 'para asegurar la neutralización'. El procedimiento indica neutralizar con NaHCO3 según NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2, agregando el sólido poco a poco y verificando pH, y prohíbe el ingreso de personal sin equipo de protección. El jefe de turno pide calcular la cantidad estequiométrica, estimar el volumen de CO2 generado (a 25 °C y 1 atm, 24.5 L/mol) y decidir si la ventilación del sótano es suficiente antes de autorizar el trabajo. El dique ya contiene 200 L de líquido; el volumen libre del sótano es de 60 m³.
1. Calcule los moles de HCl derramados y la masa de bicarbonato comercial (98 % de pureza) necesaria. ¿Cuántos sacos de 25 kg se requieren realmente?
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Moles de ácido: n(HCl) = M × V = 0.50 mol/L × 200 L = 100 mol.
Estequiometría 1:1 ⇒ se requieren 100 mol de NaHCO3.
Masa molar: M(NaHCO3) = 23.0 + 1.0 + 12.0 + 3(16.0) = 84.0 g/mol.
m = 100 mol × 84.0 g/mol = 8 400 g = 8.40 kg de NaHCO3 puro.
Corrección por pureza: 8.40 / 0.98 = 8.57 kg de producto comercial.
Un saco de 25 kg aporta 24.5 kg efectivos, así que un solo saco es más que suficiente y sobra más de la mitad. Los dos sacos que propone el encargado equivalen a casi seis veces la dosis estequiométrica: 49 kg efectivos frente a 8.57 kg necesarios.
2. Estime el volumen de CO2 liberado y evalúe si la ventilación natural del sótano es suficiente, considerando la geometría del lugar.
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Por la relación 1:1 se generan 100 mol de CO2.
V = nRT/P = (100 × 0.0821 × 298) / 1 ≈ 2 446 L ≈ 2.45 m³ (coincide con 100 × 24.5 L/mol).
Concentración promedio si se mezclara uniformemente: 2.45 m³ / 60 m³ = 4.1 % v/v ≈ 41 000 ppm.
Ese valor ya supera el IDLH del CO2 (40 000 ppm) y está muy por encima del límite de exposición ocupacional de 5 000 ppm para 8 horas.
Agravante geométrico: el CO2 es más denso que el aire (44 frente a 29 g/mol), de modo que se acumula en el fondo del dique y en las zonas bajas del sótano; la concentración local sería mucho mayor que el promedio calculado.
Conclusión: la ventilación natural no es suficiente. Se requiere ventilación forzada, medición de CO2 y O2 antes y durante el trabajo, clasificación formal como espacio confinado y dosificación en porciones para no liberar los 2.45 m³ de golpe.
3. Evalúe la propuesta de vaciar los dos sacos de inmediato y proponga el procedimiento correcto, señalando al menos tres consecuencias técnicas de usar el doble o el triple de la dosis.
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No vaciar los dos sacos. Consecuencias técnicas del exceso:
- pH fuera de límite: quedan unos 41 kg de bicarbonato sin reaccionar; el líquido pasa de ácido a fuertemente alcalino (pH > 9), lo que impide verterlo al drenaje y complica la disposición.
- Reacción violenta: la neutralización es exotérmica y genera gas de forma repentina si se agrega todo junto; hay riesgo de proyección de ácido y de desplazamiento de oxígeno en el sótano.
- El cloruro no desaparece: la neutralización no elimina el ion Cl⁻. Quedan 100 mol (≈ 3.55 kg de Cl⁻) en disolución, por lo que el líquido resultante sigue requiriendo contención y disposición autorizada.
Procedimiento correcto: agregar aproximadamente 8.6 kg en porciones pequeñas con agitación, midiendo pH entre adiciones hasta llegar a un rango de 6 a 9, con guantes, careta y delantal, ventilación forzada y vigilancia externa. Al final, retirar el líquido para disposición y lavar el dique.