358005-1 QUIMICA INORGANICA

ACTIVIDAD III

PRESENTADO POR: JUAN CARLOS MARTINEZ BLANCHAR

CODIGO: 7573202 EDWIN JAVIER QUINTERO CHARRY

CODIGO: 6.107.713 ABEL RICARDO LOPEZ RODRIGUEZ

CODIGO: 7183156 JOSE MARIA APONTE GALVIS

CODIGO: 4060100 CARLOS ANDRS BOHRQUEZ

CODIGO: 7335778

PRESENTADO A: DIANA MARCELA MUOZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA-UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

INGENIERIA AMBIENTAL OCTUBRE 2014

TERMODINAMICA QUIMICA

La Termoqumica estudia los intercambios de energa que acompaan a las

reacciones qumicas. Es un hecho experimental que en toda reaccin qumica hay una

variacin de energa, manifestada normalmente por la emisin o absorcin de calor. El

estudio de estas variaciones de energa es objeto de la Termoqumica, y de su importancia

puede darnos idea el hecho de que no slo hay muchas reacciones (en especial las de

combustin) que tienen como nico objetivo el aprovechamiento de la energa desprendida,

sino que tambin la espontaneidad de una reaccin viene determinada primordialmente en

muchos casos por el aspecto energtico.

Se puede decir de una manera muy general que la termodinmica es la ciencia de la

energa, y se podra aadir que tambin se ocupa de la entropa.

La termodinmica est basada, esencialmente en solo dos postulados, nombrados primero

y segundo principios de la termodinmica.

Los objetivos de la termodinmica qumica:

a) Estudio de las variaciones de energa, como entalpas de reaccin, energas libres.

b) Saber, fijadas ciertas condiciones (como como por ejemplo la temperatura y las

concentraciones), si es factible una reaccin o no.

c) Obtencin, terica, de las constantes de equilibrio y mtodos para mejorar los

rendimientos de las reacciones.

En lo tocante a los procesos la termodinmica no nos dice nada de su velocidad ni de su

mecanismo.

EQUILIBRIO QUIMICO

Cuando estamos en presencia de una reaccin qumica, los reactivos se combinan para

formar productos a una determinada velocidad. Sin embargo, los productos tambin se

combinan para formar reactivos. Es decir, la reaccin toma el sentido inverso. Este doble

sentido en las reacciones que es muy comn en qumica, llega a un punto de

equilibrio dinmico cuando ambas velocidades se igualan. No hablamos de un equilibrio

esttico en el que las molculas cesan en su movimiento, sino que las sustancias siguen

combinndose formando tanto productos como reactivos. A este equilibrio lo llamamos

equilibrio qumico. El equilibrio qumico se representa a travs de una

expresin matemtica llamada constante de equilibrio.

La constante de equilibrio qumico es igual al producto de las concentraciones de los productos elevados a sus coeficientes estequiomtricos (c y d) dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiomtricos (a y b). Recordemos que estos coeficientes son los nmeros que equilibran a las reacciones qumicas. La constante no vara, por eso es constante. Solo depende de la temperatura. A

cada temperatura distinta habr valores diferentes de constantes para la misma reaccin. Con respecto a las unidades de K, estas dependern de la expresin matemtica que quede en cada caso particular. Segn el valor que tenga la K de equilibrio, tendremos una idea certera de lo completa

que puede llegar a ser una reaccin. Si estamos en presencia de una K grande, mucho

mayor que 1, la reaccin tiende a completarse bastante a favor de los productos. Caso

contrario sucede si la K es muy pequea.

En el caso de aquellas reacciones donde figuren compuestos en estado gaseoso, la

constante se denomina Kp en lugar de Kc como normalmente se usa en las reacciones. Kp

hace alusin a la presin en lugar de la concentracin molar.

Formulas:

Kp = Kc. (R.T) ng

R = Constante universal de los gases.

T = Temperatura absoluta.

ng = Variacin del nmero de moles gaseosos.

EL CALOR

El calor no es una nueva forma de energa, es el nombre dado a una transferencia de

energa de tipo especial en el que intervienen gran nmero de partculas. Se denomina calor

a la energa intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques

entre las molculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse

macroscpicamente como producto de fuerza por desplazamiento.

Se debe distinguir tambin entre los conceptos de calor y energa interna de una sustancia.

El flujo de calor es una transferencia de energa que se lleva a cabo como consecuencia de

las diferencias de temperatura. La energa interna es la energa que tiene una sustancia

debido a su temperatura, que es esencialmente a escala microscpica la energa cintica

de sus molculas.

El calor se considera positivo cuando fluye hacia el sistema, cuando incrementa su energa

interna. El calor se considera negativo cuando fluye desde el sistema, por lo que disminuye

su energa interna.

Cuando una sustancia incrementa su temperatura de TA a TB, el calor absorbido se obtiene

multiplicando la masa (o el nmero de moles n) por el calor especfico c y por la diferencia

de temperatura TB-TA.

Q=nc (TB-TA)

Cuando no hay intercambio de energa (en forma de calor) entre dos sistemas, decimos

que estn en equilibrio trmico. Las molculas individuales pueden intercambiar energa,

pero en promedio, la misma cantidad de energa fluye en ambas direcciones, no habiendo

intercambio neto. Para que dos sistemas estn en equilibrio trmico deben de estar a la

misma temperatura.

PRESION Y TEMPERATURA

Presin (p): Es la fuerza por unidad de rea aplicada sobre un cuerpo en la direccin

perpendicular a su superficie. En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). La

atmsfera es una unidad de presin comnmente utilizada. Su conversin a pascales es: 1

atm 105 Pa.

Temperatura (T t): A nivel microscpico la temperatura de un sistema est relacionada

con la energa cintica que tienen las molculas que lo constituyen. Macroscpicamente, la

temperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor

cuando dos cuerpos se ponen en contacto. En el Sistema Internacional se mide en kelvin

(K), aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. La conversin entre las dos escalas

es: T (K) = t (C) + 273.

En la siguiente figura se ha representado un gas encerrado en un recipiente y las variables

termodinmicas que describen su estado.

TEORIA DE BRONSTED LOWRY

La teora de Brnsted-Lowry describe el comportamiento de cidos y bases, resaltando el

concepto de pH y su importancia en los procesos qumicos, biolgicos y ambientales debido

a que ayuda a entender por qu un cido o base fuerte desplazan a otro cido o base dbil

de sus compuestos, contemplando a las reacciones cido-base como una competencia por

los protones.

Un cido de Brnsted-Lowry se define como cualquier sustancia que tenga la capacidad

de perder, o donar un protn o hidrogenin [H+].

Una base de Brnsted-Lowry es una sustancia capaz a ganar o aceptar un protn o

hidrogenin [H+].

As, bajo el concepto de Brnsted-Lowry, cido es sinnimo de donador del hidrogenin

[H+], mientras que la base significa un aceptor del hidrogenin [H+].

La reaccin cido-base es aquella en la que el cido transfiere un protn a una base.

El amonaco recibe un protn del cloruro de hidrgeno y se comporta como una base de

Brnsted-Lowry mientras que el cloruro de hidrgeno al donar el protn se comporta como

un cido de Brnsted-Lowry.

Para que una sustancia acte como un cido de Brnsted-Lowry es necesario que el

hidrgeno est unido a un tomo ms electronegativo que l. De la misma forma, para

que una sustancia acte como base de Brnsted-Lowry es indispensable que tenga un par

de electrones no compartidos con el cual pueda establecerse el enlace covalente con el

protn.

Si se trata de una solucin acuosa, el agua (que tambin tiene carcter anftero); es la que

toma o libera los hidrogeniones [H+] reaccionando con el [H+OH-] para formar el ion hidronio

[H3O+]. Cuando el agua acepta un protn, acta como base. Cuando el agua pierde un

protn, acta como cido. Tambin el agua acta como cido en presencia de una base

ms fuerte que ella como el amonaco.

En esta reaccin, el Cloruro de Hidrgeno gaseoso es el que trabaja como cido y el agua

como la base, que al unirse forman el ion hidronio [H3O+] que se considera como la

hidratacin del protn desprendido de la molcula cida.

Ahora bien, al observar la reaccin de forma inversa, se puede reconocer que el ion hidronio

H3O+ es el que trabaja como cido de Brnsted-Lowry, porque al donar el protn el in

cloruro es quien lo acepta (porque trabaja como base de Brnsted-Lowry). Este tipo de

combinaciones recibe tericamente el nombre de par conjugado cido-base.

En el concepto de Brnsted-Lowry todas las reacciones son de neutralizacin en la

direccin en que son espontneas, es decir en la direccin que se pasa de cidos y bases

ms fuertes a cidos y bases ms dbiles.

Este mismo concepto, de cido y base de Brnsted-Lowry, ayuda a entender por qu un

cido fuerte desplaza a otro dbil de sus componentes (de igual manera sucede entre una

base fuerte y otra dbil). Las reacciones cido-base se vislumbran como una competencia

por los protones (H+).

TEORIA DE LEWIS

Propuso la escritura de frmulas utilizando puntos para resaltar los electrones.

cido: Sustancia que puede aceptar un par de electrones de otros grupos de tomos, para

formar un enlace covalente dativo. (H+)

Base: Sustancia que tiene pares de electrones libres, capaces de ser donados para formar

enlaces covalentes dativos. (OH-)

Segn la teora de Lewis, un in hidrgeno (H+), invariablemente ser un cido, y un in

hidrxido, (OH-), siempre ser una base; pero las definiciones de Lewis amplan el modelo

cido - base por lo que tienen gran importancia en la qumica orgnica ya que el concepto

de Lewis adems identifica como cidos ciertas sustancias que no contienen hidrgeno y

que tienen la misma funcin que los cidos comunes que contienen hidrgeno.

Ej.: SO3 + (O)-2 --> (SO4)

-2 donde el SO3 acta como cido y el (SO4)-2 como base.

O en la reaccin AlCl3 + Cl- --> AlCl4

- donde el tricloruro de aluminio acta como cido

y el ion tetracloruro de aluminio como base.

Lewis determin una base como una sustancia que posee un par de electrones sin

compartir, con el cual puede formar un enlace covalente con un tomo, una molcula o un

in. Un cido es una sustancia que puede formar un enlace covalente aceptando un par

de electrones de la base.

Para los cidos y las bases de Lewis, existen reglas cualitativas que nos permiten poder

predecir la fuerza de una sustancia, y estimar incluso, que tipo de base preferir un cido

concreto o viceversa. Estas reglas se pueden dividir en:

Bases fuertes, son aquellas sustancias que tienen un tomo que cede, cuya densidad

electrnica se deforma difcilmente (polariza), debido a esto, por lo general, el tomo dador

es de pequeo tamao y bastante electronegativo.

Ej.: F-, OH-, O-2.

Bases dbiles, en cambio, son aquellas sustancias que poseen un tomo dador cuya

densidad electrnica se deforma fcilmente. Dichos tomos suele ser menos

electronegativos, y de mayor tamao que en las bases fuertes. Por ejemplo: Br-, I-, CN-, CO-

.

Las especies qumicas que funcionan como cidos de Lewis, incluyen:

Molculas o tomos que posean octetos incompletos, varios cationes sencillos, algunos

tomos metlicos y los compuestos que tienen tomos centrales capaces de extender sus

niveles de valencia.

En general, los cidos que forman mejor los enlaces con las bases fuertes, reciben el

nombre de cidos fuertes, y los cidos que forman mejores enlaces con las bases dbiles,

reciben el nombre de cidos dbiles.

cidos fuertes de Lewis: H+ Li+ Na+ K+ Be+2 Mg+2 Ca+2 Sr+2 Sn+2 Al+3 Si+4

cidos dbiles de Lewis: Cu+ Ag+ Au+ Ti+ Hg+ Cs+ Pd+2 Cd+2 Pt+2 Hg+2

DIFERENCIAS DE LAS TEORIAS ACIDO BASE

Teora Arrhenius Brnsted-Lowry Lewis

Definicin de cido Cede H+ en agua Cede H+ Captador de e-

Definicin de base Cede OH- en agua Acepta H+ Donador de e-

Neutralizacin Formacin de agua Transferencia de H+ Formacin de enlace covalente

coordinado

Ecuacin H+ + OH- H2O HA + B- A- + BH A+ + B- A-B

Limitacin Solo soluciones acuosas

Solo transferencia de H+

Teora general

Todas las sustancias qumicas que son cidos o bases segn las teoras de Arrhenius y de Brnsted Lowry tambin lo son de acuerdo con la teora de Lewis;

pero muchos cidos de Lewis, no lo son de Brnsted, ejemplo:

(BF3 + :NH3 F3B NH3).

Las definiciones de Arrhenius o de Brnsted - Lowry son por lo general adecuadas para explicar las reacciones en solucin acuosa. Tambin existen sustancias de

Lewis, que pueden actuar como cidos y bases a la vez, es decir, son anfteras (ej.:

xido de aluminio).

Las sustancias que son bases en el sistema de Brnsted tambin son bases de acuerdo con el sistema de Lewis. No obstante, la definicin de Lewis de un cido

ampla el nmero de sustancias que se clasifican como cidos.

Un cido de Lewis posee un orbital desocupado capaz de aceptar pares de electrones de la base.

ENTALPA

Magnitud termodinmica de un cuerpo fsico o material equivalente a la suma de su energa

interna ms el producto de su volumen por la presin exterior.

La entalpa de formacin es un tipo concreto de entalpa de reaccin, que recibe el nombre

de entalpa de formacin estndar o entalpa normal de formacin si la reaccin se lleva a

cabo a 25C y a 1 atm, que son las condiciones estndar en termoqumica. As, la entalpa

normal o estndar de formacin (tambin llamada a veces calor normal de formacin), se

representa por Hof y es la variacin de entalpa cuando se forma un mol de compuesto a

partir de sus elementos en estado normal (esto es, en el estado de agregacin y forma

alotrpica ms estable a la que dichos elemento se hallan en condiciones estndar).

Esta entalpa es negativa cuando se trata de una reaccin exotrmica, que desprende calor,

mientras que es positiva cuando es endotrmica, y resulta nula para los compuestos que

se pueden encontrar en la naturaleza.

CLCULO DE LAS ENTALPAS

1. Escribe la ecuacin de la reaccin qumica (si no se da inicialmente) prestando

atencin a la fase de la sustancia como por ejemplo: gas (g), lquido (l) o slido (s).

La combustin de metano sigue la ecuacin: CH4 (g) + 2O2 (g)= CO2 (g) + 2H2O

(l).

Desplzate a la entalpa de formacin de la mesa o consulta la referencia y encuentra entalpas de formacin para todos los componentes de la reaccin. Nota que las entalpas de formacin de los elementos en condiciones estndar son iguales a cero. En nuestro ejemplo, dH (CH4 (g))= -74.87 kJ/mol dH (O2 (g)=0 dH (CO2 (g))= -393.509 kJ/mol dH (H2O (l))= -285.83 kJ/mol.

1. Suma entalpas de formacin de los reactivos iniciales multiplicando cada valor de

entalpa por el coeficiente de reaccin correspondiente. En nuestro ejemplo, los

componentes de la reaccin inicial son CH4 y O2 y dH (initial)= -74.87 kJ/mol + 2 x

0=-74.87 kJ/mol.

2. Suma las entalpas de formacin de los reactivos finales multiplicando cada valor de

entalpa por el coeficiente de reaccin correspondiente. En el ejemplo,

los componentes de reaccin finales son el CO2 y H2O y dH (final)=-393.509 kJ/mol

+ 2 x (-285.83 kJ/mol) =-965.169 kJ/mol. Nota que el coeficiente en H2O en la

reaccin es 2, por lo tanto la entalpa de de formacin de H2O se multiplica por 2.

LAS ENERGAS DE LOS ENLACES Y SU RELACIN CON EL CALOR

DE REACCIN.

A veces no se conocen las entalpas de formacin H0f ese compuesto es tan fuertemente exotrmica que el compuesto debe ser muy estable, pero, qu pasar con aquellos compuestos en los que la H de formacin es positiva? Por qu se dan estas diferencias entre unos compuestos y otros? Hay alguna propiedad fundamental entre los reactivos y los productos que determine la magnitud de H? A todas estas preguntas se pode responder a nivel molecular en trminos de una

nueva magnitud llamada energa de enlace o entalpa de enlace, que se define como: el

flujo de calor cuando se rompe un mol de enlaces en estado gaseoso a presin constante.

La entalpa de enlace siempre es positiva, ya que es la energa que absorbe la molcula

cuando rompe uno de sus enlaces qumicos. El concepto de energa de enlace nos

ayuda a entender por qu algunas reacciones son exotrmicas y otras endotrmicas, pues

si los enlaces de las molculas de los productos son ms fuertes que los enlaces de

las molculas reaccionantes, la reaccin ser exotrmica, ya que:

En el caso de que se pase de enlaces dbiles en los reactivos a enlaces ms fuertes en los

productos, se producir un desprendimiento de energa y H ser negativa, por lo que la

reaccin ser exotrmica.

Los valores de las entalpas de enlace son valores medios calculados a partir de diferentes

compuestos. Por lo tanto sern valores aproximados, aunque siempre ser mejor tener

un valora aproximado de una magnitud que no tener ninguno.

El clculo de las entalpas de reaccin a partir de las entalpas de enlace es especialmente

interesante en los compuestos orgnicos, debido al inmenso nmero de estos que hace

que no se disponga de las entalpas de formacin de muchos compuestos, adems de

poseer muy pocos tipos de enlace, as que con una tabla pequea de entalpas de enlace

tabuladas podemos calcular muchsimas entalpas de reaccin. Para el clculo ser

fundamental conocer los enlaces que se dan en los compuestos, para lo cual ayuda

conocer las formulas desarrolladas de los compuestos que forman la reaccin.

La entalpa es una magnitud de termodinmica simbolizada con la letra H. La variacin de

entalpa expresa una medida de la cantidad de energa absorbida o cedida por un sistema

termodinmico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energa que tal sistema puede

intercambiar con su entorno. Usualmente la entalpa se mide, dentro del Sistema

Internacional de Unidades, en joules. La entalpa se define mediante la siguiente frmula:

H = U + pV

Dnde:

U es la energa interna.

p es la presin del sistema.

V es el volumen del sistema.

LEY DE HESS

Establece que el cambio de entalpa en una reaccin es igual a la suma de los cambios de

entalpa de las reacciones intermedias.

H = HF (productos) HF(reactivos)

ENTROPIA

La entropa es una funcin de estado, por lo tanto, la variacin de entropa en una reaccin

qumica a temperatura constante se puede definir cmo:

Si expresamos esta ecuacin en funcin de las condiciones estndar, 25C y 1 atm de

presin:

La entropa estndar de reaccin, de manera semejante a como hicimos con las entalpas, la podemos calcular a partir de los valores tabulados de las entropas absolutas.

ENERGA LIBRE DE GIBBS

La energa libre de Gibbs (o entalpa libre) es un potencial termodinmico, es decir, una funcin de estado extensiva con unidades de energa, que da la condicin de equilibrio y de espontaneidad para una reaccin qumica (a presin y temperatura constantes). La segunda ley de la termodinmica postula que una reaccin qumica espontnea hace que la entropa del universo aumente, as mismo, est en funcin de la entropa de alrededor y del sistema. Por lo general solo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el clculo de la entropa de alrededores puede ser complicado. Por esta razn fue necesario otra funcin termodinmica, la energa libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reaccin ocurre de forma espontnea tomando en cuenta solo las variables del sistema.

Existe una magnitud termodinmica que engloba y relaciona ambos parmetros, de una parte el calor intercambiado en el proceso, H, y de otra el desorden alcanzado en el mismo, S. Esta magnitud se llama energa libre de Gibbs o entalpa libre y es, como H y S, una magnitud termodinmica extensiva y funcin de estado:

Empleando la energa libre de Gibbs es muy sencillo predecir la espontaneidad de los procesos. Un proceso ser espontneo cuando G sea negativo, es decir:

Toda reaccin que transcurra con merma de entalpa (H0)

ser espontnea y la variacin de energa libre, G, siempre ser negativa. De igual manera, aquellas reacciones en las que H sea positivo (endotrmicas) y S sea negativo

nunca sern espontneas, pues G ser siempre positivo. Ahora bien, existen reacciones donde los trminos entlpico y entrpico estn enfrentados, y ser la temperatura la

magnitud que determine la espontaneidad o no del proceso.

Cmaras de plomo:

SO2 + O2 + H2O = H2SO4

(Anhdrido sulfuroso + Oxgeno + Agua = cido Sulfrico)

En este primer proceso, denominado mtodo de las cmaras de plomo, la reaccin se lleva

a cabo en grandes torres de ladrillos recubiertas de plomo. Se hace reaccionar dixido de

azufre gaseoso, aire, vapor de agua y xidos de nitrgeno, produciendo cido sulfrico en

forma de gotas finas que caen al suelo de la cmara. Casi todos los xidos de nitrgeno se

recuperan del gas que sale y se vuelven a introducir en la cmara para ser utilizados de

nuevo. El cido sulfrico producido de esta forma, y el cido etiquetado, slo contienen de

un 62 a un 70% de H2SO4; el resto es agua. Actualmente, casi un 20% del cido sulfrico

se produce por el mtodo de las cmaras de plomo, pero este porcentaje est

disminuyendo.

Mtodo por contacto:

Una vez que ingresa el azufre a la planta, es depositado en un sitio denominado patio de

azufre, labor realizada por ayudantes. Posteriormente se inicia la transformacin del azufre.

Una persona denominada Operario del Fundidor, traslada azufre a un compartimiento

denominado Fundidor de Azufre, en donde de su estado slido se torna lquido viscoso ya

que es sometido a altas temperaturas (150) con sta iniciacin de transformacin del

azufre se da comienzo al ciclo de produccin de cido Sulfrico.

Los pasos principales de proceso son:

Combustin del azufre:

Para generar dixido de azufre (SO2)

S + O2 = SO2

(Azufre + Oxgeno = Anhdrido Sulfuroso)

El azufre para la planta se recibe en forma slida. El azufre se funde y clarifica antes de

transferirlo a una fosa de almacenamiento de azufre limpio. Luego se bombea a un

quemador de azufre donde se quema con aire suministrado por un soplador para formar

Dixido de Azufre. Antes de entrar al quemador, el aire pasa por la torre de secado, donde

se lava con cido para retirarle el vapor de agua que contiene. La humedad del aire, si no

se elimina, causar problemas en el proceso. Por ejemplo: problemas de corrosin en

conductos y torres.

El aire pre-secado que entra al quemador contiene aproximadamente 21% de Oxgeno (O2)

y 79% de Nitrgeno (N2). En el quemador de azufre se utiliza solamente una parte del

oxgeno del aire para quemar el azufre.

Se genera una gran cantidad de calor, el cual eleva la temperatura del gas en el quemador.

La temperatura alcanzada va en proporcin a la concentracin del gas (es decir, el

porcentaje de SO2 en el gas) y tambin depende de la temperatura del aire que entra al

quemador, as como de la cantidad de calor que se pierde en el quemador de azufre, debido

a radiacin del casco.

Combinacin de dixido de azufre con oxgeno:

SO2 + O2 = SO3

(Anhdrido Sulfuroso + Oxgeno = Anhdrido Sulfrico)

El SO2 que se encuentra en el gas se combina con parte del oxgeno para formar anhdrido

sulfrico (SO3). Para este paso, el gas debe estar a una temperatura menor que la de salida

del quemador de azufre. Es necesario enfriar el gas de salida del quemador de azufre. El

enfriamiento se consigue mediante una caldera de recuperacin que contiene agua; el gas

(SO2) caliente, que sale de la caldera de recuperacin, pasa a travs del filtro de gas

caliente para extraerle el polvo que puede contener. Este se convierte en (SO3) en el

convertidor, el cual contiene cuatro capas de catalizador que hace que la reaccin qumica

se produzca a velocidad mucho mayor que si no se utilizara el catalizador, ste no se afecta

ni se agota. Esta reaccin es exotrmica y reversible, la temperatura de entrada del gas a cada a paso del convertidor debe mantenerse en el nivel correcto con el fin de conseguir la conversin requerida. El gas es enfriador entre cada paso para mantener la temperatura correcta de entrada a cada paso.

En la primera etapa de la fabricacin de cido sulfrico, es la produccin de SO2, la cual la

mayora de plantas lo hacen con piritas, que por tostacin con exceso de aire produce xido

de hierro(III) y dixido de azufre en una reaccin redox, El proceso est formado por una

torre de secado de aire con cido, el azufre es inyectado al horno y se produce la reaccin

a una temperatura de 2000F sea 1093 C , La reaccin es muy exotrmica por lo tanto

los gases son enfriados en una caldera de recuperacin de vapor, el vapor de alta presin

generado es utilizado para impulsar los compresores y sopladores.

Oxidacin de dixido de azufre: En el Proceso de Contacto se utiliza un catalizador de

Pentxido de vanadio, la reaccin es exotrmica, se utilizan mltiples Etapas con

enfriamiento intermedio y un sistema de doble columna de absorcin. La integracin de

calor permite recuperar el calor producido en las reacciones exotrmicas.

Oxidacin de dixido de azufre con absorcin de SO3 interesaba: La reaccin requiere un

catalizador y temperaturas de 426.7C, La reaccin es exotrmica y sensible al calor

excesivo.

Absorcin de trixido de azufre: se disuelve el SO3 con agua lo que produce lo que produce

cido di sulfrico, a este acido se le conoce tambin como cido sulfrico fumante, por la

tendencia de producir vapores, este puede reaccionar con agua forma segura en una

reaccin favorable termodinmicamente, descomponindose para producir cido sulfrico

concentrado del 97 al 99%.

Cintica de la reaccin

Etapas de Reaccin

S + O2 > SO2

SO2 + 0,5 O2 V2O5 cat SO3 (etapa cataltica)

>

SO3 + H2SO4 >H2S2O7 H2O 2H2SO4 >

Todas las etapas son exotrmicas

TEMPERATURA

Aunque la disminucin de la temperatura favorecer la el desplazamiento del equilibrio

hacia la produccin de SO3 por ser una reaccin exotrmica, sin embargo las condiciones

de temperatura empleadas para los reactores son de 400 a 450 0 C la cual no es una

temperatura baja, Por qu se utiliza una temperatura tan elevada si se puede utilizar una

menor que favorezca el equilibrio? , se pueden considerar dos motivos para la respuesta a

este interrogante:

1. Cintico la temperatura ms baja har que el equilibrio est ms desplazado, pero la

reaccin es ms lenta.

2. El rendimiento del catalizador: la temperatura empleada es una temperatura de

compromiso: el catalizador funciona bien, se produce una proporcin suficientemente

elevada de SO3 en la mezcla de equilibrio y a una velocidad tambin lo suficientemente

elevada.

En cuanto a la presin, aunque la reaccin se ver favorecida por un aumento de la misma

(inicialmente tenemos 3 moles, en los reactivos, y se producen 2 moles), lo cierto es que

incluso a una presin poco mayor que la atmosfrica, entre 1 y 2 atmsferas, que son las

condiciones utilizadas, ya se logran rendimientos muy elevados de obtencin de SO3, de

modo que no compensa el gasto econmico que supone aumentar an ms la presin.

ACTIVIDAD 3 (EJERCICIO PROBLEMA QUMICA INORGNICA)

1. Como se menciona en el texto, para la produccin de cido sulfrico es necesario

disponer de tres reactores donde se desarrolla cada una de las etapas de reaccin hasta

obtener el producto final. Como ingenieros es necesario definir si estos sistemas requieren

de un enchaquetamiento de sus equipos o intercambiadores de calor que permitan

conservar la temperatura dentro de los reactores, o por el contrario si es necesario

suministrar energa para que se produzca la reaccin. Otro planteamiento que se presenta

como interrogante frente a la rentabilidad, est ligado a la factibilidad con la que se producen

estas reacciones a temperatura ambiente (25C), y cules sern los valores ideales de

temperatura para los que se obtendrn buenos rendimientos?

Respuesta: Es necesario que los reactores tengan este enchaquetamiento recubrimiento

y el uso de intercambiadores de calor para que as no se pierda el calor ya suministrado

al material en el proceso y se tenga que implementar un constante suministro de energa

si no que una vez llegado a los niveles requeridos de color se mantenga para que el proceso

sea eficiente y rentable por tan razn es una muy buena prctica la implementacin de

estos elementos y proceso en la produccin de cido teniendo en cuenta que el proceso

se basa en la contante temperatura que se implementa en el para formar SO3.

2. En la evaluacin de la eficiencia del proceso se desea conocer la cantidad de cido

sulfrico que se produce, cuando se alimenta al primer reactor una cantidad de 500 Kg de

pirita con un contenido de azufre del 60 %. Tambin se requiere definir la cantidad de

oxgeno terico que se debe suministrar para que se produzca la primera reaccin. Es un

proceso rentable?, Cul ser el volumen de aire que se debe hacer pasar por un

compresor, para qu se produzca la reaccin?

Respuesta: Para determinar la cantidad de cido sulfrico, cuando se alimenta el primer reactor con 500 Kg de pirita, con el 60% de Azufre

500Kg Pirita XS = 0,6 S = 300Kg

En la primera reaccin:

4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2

1 mol S 32,06 g S

X 300000 g S X = 9357,57 mol SO2

El Oxgeno necesario para que se lleve la reaccin: 300 Kg S x 1000 g x 1 mol S x 7 mol O2 = 16375,54 mol SO2 1 Kg 32,06 g S 4 mol S

Segunda reaccin: 2SO2 + O2 2SO3

2 mol SO2 2 SO3 9357,45 mol SO2 X X = 9357,45 mol SO3 En la tercera reaccin: SO3 + H2O H2SO4 1 mol H2SO3 = 9357,45 mol SO3 1 mol SO3 98,06 g SO4 9357,45 mol SO3 X X = 917591,54 g SO4 ; 917,59 Kg SO4 El proceso es rentable, ya que con 300 Kg de azfre, se obtiene una produccin tres veces mayor de cido sulfrico.

3. El cido sulfrico es un cido del tipo poliprtico, que sufre una disociacin de sus protones en medio acuoso como se muestra en las ecuaciones 4 y 5. Con el fin de establecer la calidad del producto y medir su fortaleza respecto a otros cidos, en el laboratorio se hace un control de calidad, que consiste en disolver este cido en agua, y medir el pH. Si la medicin del pH arroja un valor de 1.5 unidades, se podra conocer la concentracin de cido sulfrico obtenida al final del proceso?, cules seran las concentraciones de los iones en la solucin, teniendo presente que los valores de las constantes de disociacin del cido sulfrico en sus dos etapas son: Ka1=2,4x10

6 y Ka2=1,0x10

-2?

24() + 2() 4() + 3

+() (4)

4() + 2

+() 42() + 3

+() (5)

Respuesta:

Se podra conocer la concentracin de cido sulfrico obtenida al final del

proceso?

Tenemos:

, = [][

+]

= [+]

log 2,4106 = log [HSO4

][H3O+]

log 2,4106 = log [HSO4] log[H3O

+]

log 2,4106 = log [HSO4] pH

log 2,4106 + 1,5 = log [HSO4]

6,38 + 1,5 = log [HSO4]

4,88 = log [HSO4]

104,88 = [HSO4] = [HSO4

] = [H3O+] = [H2SO4]

= [+]

1.5 = log[H3O+]

101.5 = [H3O+]

0,031molar

= [H3O+] = [HSO4

] = [H2SO4]

Cules seran las concentraciones de los iones en la solucin, teniendo

presente que los valores de las constantes de disociacin del cido sulfrico

en sus dos etapas son:

Ka 1=2,4x y Ka 2=1,0x?

() + ()

() +() ()

() + ()

() + +() (5)

Tenemos:

Ka1=2,4x106

Ka2=1,0x10-2?

204 () + 20() 24() + 3

()+ 1 =

[24

][3 + ]

[24 ]= 2,4 106

24() + 20() 4()

2

+3 ()

+ 2 =[24

][3

+ ]

[24

]= 1,0 102

Ecuacin qumica:

204 () + 20() 4()

2

+23 ()

+

=

En el proceso de combustin de la pirita, se generan emisiones atmosfricas de SO2 y

SO3, que siguen un ciclo natural similar al que sucede en planta para la obtencin del cido

sulfrico. All parte del SO2 atmosfrico se oxida hasta SO3, que reacciona luego con el

vapor de agua para formar H2SO4. Este reacciona con otras sustancias disponibles hasta

proporcionar sulfatos. Por ejemplo el sulfato de amonio, (NH4)2SO4, que procede de la

reaccin entre el cido y el amonaco. Siendo una forma en la que los compuestos con

contenido de azufre precipitan y regresan a la superficie terrestre y de esta forma son

absorbidos por el suelo, donde actan como fertilizantes que se pueden combinar con el

fosfato de amonio NH4PO3, si se desea que la aplicacin de este ltimo compuesto sea

efectiva, cul ser la mxima concentracin de sulfato de amonio en la lluvia, para que la

solubilidad del NH4PO3 sea de 410 g/L?

23 () + 24 () (4)24 () (6)

Solubilidad del NH4PO4 410 g/L Peso molecular 93 g/mol Concentracin:

(410

) (

1

93) =

4,4

= 4,4M

4. En el proceso de combustin de la pirita, se generan emisiones atmosfricas de SO2 y

SO3, que siguen un ciclo natural similar al que sucede en planta para la obtencin del cido

sulfrico. All parte del SO2 atmosfrico se oxida hasta SO3, que reacciona luego con el

vapor de agua para formar H2SO4. Este reacciona con otras sustancias disponibles hasta

proporcionar sulfatos. Por ejemplo el sulfato de amonio, (NH4)2SO4, que procede de la

reaccin entre el cido y el amonaco. Siendo una forma en la que los compuestos con

contenido de azufre precipitan y regresan a la superficie terrestre y de esta forma son

absorbidos por el suelo, donde actan como fertilizantes que se pueden combinar con el

fosfato de amonio NH4PO3, si se desea que la aplicacin de este ltimo compuesto sea

efectiva, cul ser la mxima concentracin de sulfato de amonio en la lluvia, para que la

solubilidad del NH4PO3 sea de 410 g/L?

23() + 24() (4)24() (6)

Respuestas: Para desarrollar el problema analizamos el termino de solubilidad la cual es

la mxima cantidad de soluto que es posible disolver en determinada cantidad de solvente,

entonces concluimos que 410 gramos de NH4PO3 por cada Litro de lluvia.

Anlisis el problema:

22 + 2 23

3 + 2 24

24 + 3 (4)24

Datos y Procedimiento:

En el sulfato de Amonio (NH4)2 SO4 es el equivalente al

% =36 4

132 (4)2 4 100 = 27,3

En el fosfato de Amonio NH4 PO3 es el equivalente al

% =18 4

97 (4)2 4 100 = 18,5

410/ 4 3 18/ 4

97/ 4 3= 76,1 / 4

(4)24

= 76,1 / 4

132 (4)24364

= 278,9 /(4)24

Para concluir la solubilidad de 4 3 sea de 410 g/l la cual se necesita una concentracin de 278,9 g/l de (4)24

BIBLIOGRAFA

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