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Proyecto Final Semana 9 Fernando Medrano Salvo Química en Procesos Productivos Instituto IACC 06-01-2020

Desarrollo 1. Desarrollar las siguientes preguntas en base a la producción del amoníaco. a. Desarrollar la ecuación química balanceada para la producción del amoníaco. Se le denomina al proceso de producción del amoníaco proceso de Haber – Bosch y se representa de la siguiente manera; N2 + 3H2

2NH3

b. Identificar los reactantes y los productos de la reacción para producir el amoníaco. N2 + 3H2

2NH3

Nitrógeno Molecular + Hidrógeno Molecular REACTANTES

Amoníaco PRODUCTOS

c. Nombre según nomenclatura y/o uso comercial de los elementos presentes en la producción del amoníaco. N2 + 3H2

2NH3

N2: Nitrógeno molecular El nitrógeno molecular es un gas que se encuentra en un 70% en el ambiente, se obtiene en la producción del amoníaco cuando son catalizadas por óxido de níquel (Ni2O3), cuando el gas que sale se mezcla con el aire en un equipo controlado para formar N2. También se puede obtener por licuefacción del aire, debido a su presencia en el ambiente o haciéndolo pasar a través del coque al rojo. H2: Hidrógeno molecular El hidrógeno se genera también de la catalización de la ecuación anterior, con el nitrógeno molecular necesario para realizar la síntesis estequiométrica con el H2. NH3: Amoníaco, Azano o Hidruro de nitrógeno. El amoníaco se obtiene de la reaccione anterior, formándose y siendo de gran utilidad para productos de usos diarios. Uno de esos usos que se pueden mencionar son la producción de pulpa y papel, productos de limpieza que generalmente se suele ser utilizado como disolvente y fertilizantes agrícolas o como abono.

d. Desarrollar la configuración electrónica del nitrógeno. Número Atómico del Nitrógeno: 7 Este proceso conocido como método de la lluvia es aquel que permite organizar y describir la configuración electrónica de los elementos químicos según su número de átomo. Por lo tanto, se puede identificar la configuración electrónica del Nitrógeno de la siguiente manera: Z: 7

1S2, 2S2, 2P3

1S

2S

2P

e. Identificar y explicar cada número cuántico del nitrógeno (n, l, m, s). Los números cuánticos tienen los siguientes valores; n: 1, 2, 3 … l: 0, 1, 2 … (n-1) m: -1…0…+1 s: +½ y -½ Si el número atómico del nitrógeno es 7, esto quiere decir que tiene 7 electrones en un átomo neutro de nitrógeno. Primero los de n más bajos de (menor energía), completando todos los posibles valores de los distintos números cuánticos para cada valor de n. 1º Electrón:

n=1

1 = 0 (orbital s)

m=0

s = +1/2

2º Electrón:

n=1

1 = 0 (orbital s)

m=0

s = -1/2

El nivel n = 1 ya se encuentra completo formando el 1s2. 3º Electrón:

n=2

1 = 0 (orbital s)

m=0

s = +1/2

4º Electrón:

n=2

1 = 0 (orbital s)

m=0

s = -1/2

5º Electrón:

n=2

1 = 1 (orbital p)

m = -1

s = +1/2 (o -1/2)

6º Electrón

n=2

1 = 1 (orbital p)

m=0

s = +1/2 (o -1/2)

7º Electrón:

n=2

1 = 1 (orbital p)

m = +1

s = +1/2 (o -1/2)

En el nivel n = 2 solo se organizan 5 electrones, de la siguiente manera 2s2, 2px1, 2py1, 2pz1

f. Describir y elaborar un diagrama de flujo del proceso asociado al nitrógeno.

En el anterior diagrama de flujo se identifican las formas de obtención del nitrógeno, en el caso de la síntesis de un gas es de notar en el proceso de Haber – Bosch que contenga H 2 y N2 para su producción. Cuando se habla del coque al rojo, es un combustible sólido formado por la destilación del carbón bituminoso a temperaturas mayores a 600ºC, sin contacto con el aire. La destilación consiste en que el carbón se limpia de alquitrán, gases y agua, genera porciones de nitrógeno y otros elementos. En el caso de la licuefacción del aire, se determina también a través de la destilación a través del aumento de la presión, que permite una sobrepresión. En este proceso, el nitrógeno junto a otros elementos se obtienen en menores cantidades. g. Explicar la importancia del equilibrio químico utilizando la reacción de producción del amoníaco. N2 + 3H2

2NH3

Es de notar, que la reacción presente se interpreta 1 mol de nitrógeno molecular más 3 moles de hidrógeno molecular forman 2 moles de amoníaco, cuando se habla de relaciones estequiométricas, se debe manejar la terminología y utilizar reacciones que permitan igualar y balancear a los compuestos.

Debido a que los compuestos

constantemente sufren transformaciones que determinan un estado físico y químico en la materia. Sin embargo, no hay pérdida del material como tal, solo compensaciones con otros. Es por ello la importancia que tienen las reacciones químicas y el equilibrio químico, ya que permite que la reacción se realice con una velocidad y eficacia determinada. En el caso de la reacción anterior, la reacción producción del amoníaco permite conocer los factores cinéticos y termodinámicos en las velocidades de las reacciones y las evoluciones de cada proceso del equilibrio químico. También, la distinción de la utilidad que tiene el amoníaco en el uso de productos de la vida cotidiana es gracias al equilibrio y precisión que se puede tener en la producción. Sabiendo que, los componentes obtenidos en esta ecuación también son productos de procesos apartes que requirieron de un equilibrio químico, una velocidad determinada, catalizadores, cantidad de los compuestos, procesos químicos determinados, entre otros procesos. h. Calcule los estados de oxidación de todos los elementos químicos presentes en la producción del amoníaco. N20 + 3H2+1

2N+3H3-1

Los estados de oxidación para los compuestos son los siguientes; Nitrógeno molecular: 0 Hidrógeno molecular: +1 Amoníaco:

Nitrógeno= +3 Hidrógeno= -1

i. Identificar y explicar el reactivo limitante y en exceso. N2 + 3H2

2NH3

Se tienen N2 = 28g/mol H2 = 2g/mol NH3 = 17g/mol Para calcular la cantidad de sustancia se realiza el siguiente proceso, se deduce que se tiene tan solo 3 moles de H2 y 6 moles de N2 N2 = 3 mol H2 x 2 mol NH3= 2 mol NH3 3 mol H2

H2 = 6 mol N2 x 2 mol NH3 = 12 mol NH3 1 mol N2 Se puede identificar que el H2 produce menos cantidad de moles que el NH3 en comparación con el N2, por lo tanto el reactivo limitante es el H 2 y el reactivo en exceso es el N2. j. Identificar los riesgos asociados y medidas de seguridad en la producción del amoniaco. Riesgos Asociados La intoxicación industrial es, generalmente, aguda, aunque en forma menos frecuente se produce una intoxicación crónica. Las salpicaduras de agua amoniacal en los ojos son sumamente peligrosas, porque pueden ocasionar perforación de la cornea e incluso la destrucción del globo ocular. Durante la síntesis se desprenden cantidades considerables de amoníaco; estos desprendimientos a la atmósfera pueden alcanzar límites explosivos. Pero los riegos más importantes de este producto, son los efectos irritantes que afectan especialmente al tracto respiratorio alto y, cuando se encuentra en grandes concentraciones, afecta al sistema nervioso central, produciendo espasmos. Medidas de Seguridad El proceso de producción debe instalarse al aire libre y con distancias de seguridad frente a otros equipos, porque se caracteriza por un elevado riesgo de incendio y de explosión. En orden a la prevención de los escapes de amoníaco, los envases y depósitos estarán fabricados con materias que no puedan ser afectadas por las altas presiones y que soporte la corrosión. El amoníaco líquido es almacenado y transportado a baja presión en cilindros de acero o camiones cisternas. La corrosión de los sistemas de refrigeración puede reducirse utilizando como refrigerador aire en lugar de agua. Todas las áreas de la fábrica estarán equipadas con extractores locales de aire, además de la ventilación general y dispositivos de alarma. Los trabajadores usarán equipos de protección respiratoria con filtros y con equipos de absorción de monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y amoníaco.

Deben tomarse medidas adecuadas para la prevención de explosiones y lucha contra incendios. http://www.empresaludng.com.ar/los-riesgos-del-amoniaco/ 2. Se prepara una disolución con las siguientes proporciones 40 g de etanol (C 2H5OH) de densidad 0,7893 g/mL con 93 g de agua de densidad 1 g/mL. Determinar las siguientes concentraciones de la solución si posee una densidad de 0,9538 g/mL.: a. % p/p % p/p = gramos de etanol x 100% Gramos solución % p/p = 40 g etanol x 100% 133g sol

sol= 40g + 93g = 133g

% p/p = 30,07 % b. % p/v % p/v = gramos etanol x 100% Volumen sol % p/v = 40g etanol x 100% 143,67ml sol % p/v = 27,84 %

V etanol = masa densidad V etanol = 40g 0,7893g/ml V etanol = 50,67 ml V agua = 93g 1g/ml V agua = 93 ml V sol = 93 ml + 50,67 ml = 143,67ml

c. % v/v % v/v = volumen etanol x 100% Volumen sol % v/v = 50,67 ml x 100% 143,67 ml % v/v = 35,26 %

V etanol = 50,67 ml V sol = 93 ml + 50,67 ml = 143,67ml

d. Molaridad M = nº mol sto Vol sol

M = 0,8695 mol 0,14367 L

M = 6,05 M

Nº etanol = 40 g de etanol 46 g/mol Nº etanol = 0.8695 mol M.M C2H5OH = 46 g/mol e. Molalidad N = nº sto Kg ste

N = 0,8695 mol etanol 0,093 kg agua

N = 9,34 N