• Author / Uploaded
• natalia

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

FISICOQUÍMICA AMBIENTAL

TRABAJO COLABORATIVO UNIDAD UNO - FISICOQUÍMICA ATMOSFÉRICA - FASE 2 - AIRE

LUIS ALEJANDRO DUARTE TUTOR:

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE (ECAPMA) CEAD - MEDELLIN INGENIERÍA AMBIENTAL OCTUBRE - 2017

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

1. Una fuente natural de formación de monóxido de carbono (CO) es la oxidación del metano (CH4) generado en la descomposición anaeróbica de la materia orgánica. Si se ha estimado que hay 7.5 lb de CO en un recinto cerrado de 3 ft3 a -87°F, determine la presión ejercida, en bares, empleando a) la ecuación de gases ideales, b) la ecuación de van der Waals, y c) la ecuación de Redlich y Kwong. Numeral A. Ecuación De Gases Ideales.

⁄

Numeral B. Ecuación de Van Der Waals [

( ) ]

(

) [

( ) ]

(

)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

(

( )

)

⁄

(

( )

)

(

(

)

)

Numeral C. Ecuación de Redlich y Kwong (

) (

) (

)

Hallamos constantes a y b según fórmulas.

(

)

(

(

)

)

(

)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

(

)

Análisis: De acuerdo a los resultados se puede decir que la presión ejercida por el Monóxido de Carbono (CO) en la oxidación del metano CH4, generado en la descomposición anaeróbica (proceso sin oxígeno) de la materia orgánica según la ecuación de los gases ideales es: 30,74 atm; según la ecuación de Van Der Waals es: 10,7 bar (10,669 atm) y según la ecuación de Redlich Y Kwong es de 0,19 atm. Haciéndose evidente las diferencias en las presiones de acuerdo a la ecuación utilizada.

2. Un ingeniero requiere almacenar durante 16 días CH4 gaseoso generado de un proceso de digestión de la empresa en la que trabaja. Si la producción diaria de CH4 gaseoso es de 280 kg y se ha establecido que tiene una temperatura promedio de 34°C a una presión de 130 kPa. Determine el volumen, en m3, del tanque que debe emplear para dicho almacenamiento. Tiempo: 16 días

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

m3 m3 Análisis: De acuerdo al resultado obtenido se puede decir que para almacenar CH4 gaseoso, durante 16 días es de m3, lo cual indica que se hace necesario de un tanque demasiado grande para el almacenamiento. 3. El formaldehído, CH2O, es un componente de smog y es el causante de la irritación ocular. La reacción de formación del formaldehído es:

De acuerdo con la información presentada en la tabla, determine la velocidad de reacción y constante de velocidad. Si en un momento dado los reactivos presentan la misma concentración, de 3.0 x 10-7 M, indique el desplazamiento de la reacción. [

] [

]

)

[

]

[

]

)

[

]

[

]

) ) )

[

] [

]

)

[

] [

]

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

) ) Ya conoceos los valores de ∞ y β ahora vamos a hallar la constante de velocidad. Despejando la formula tenernos que

[

] [ ]

Ahora conociendo la K hallamos la Velocidad de Reacción [

] [

] [

] [

]

Si en un momento dado los reactivos presentan la misma concentración, de 3.0 x 10-7 M el desplazamiento seria hacia la derecha. Análisis: El ejercicio nos arroja unos 3 datos de velocidad de formación con varias cantidades distintas de reactivos. Se procede a sacar inicialmente el valor de alfa (∞) y beta (β) que viene siendo el orden de los reactivos, esto es importante debido a que se necesita para poder desarrollar la fórmula de velocidad de reacción. Una vez obtenido alfa y beta se halla la constante de reacción (K) y con este valor se plantea la fórmula de la ecuación para posteriormente tener el valor de la Velocidad de reacción.

4. Determine la gráficamente la energía de activación en kJ/mol para la reacción de descomposición del óxido nitroso en una molécula de nitrógeno y un átomo de oxígeno. Considerando las constantes de velocidad de segundo orden medidas a diferentes temperaturas que se presentan a continuación. T (°C) 600 650 700 750 Para crear la gráfica se usa la ecuación de Arrhenius.

K (1/M. s) 1.87 x 10-3 0.011 0.057 0.244

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

Con los datos suministrados, se obtienen los datos necesarios para crear la gráfica de Lk vs 1/T, para ello se ha completado los datos en la siguiente tabla: T(°C)

In k

1/T

600

-6.2818

0.0017

650

-4.5099

0.0015

700

-2.8647

0.0014

750

-1.411

0.0013

Para realizar la gráfica se apoya en una herramienta de cálculo y traficación de tendencias lineales, en este caso se ha dispuesto la tabla obtenida, en Excel y se ha creado la gráfica. Al crear la gráfica se obtiene una gráfica de dispersión, en la cual se ha agregado la línea de tendencia, la cual suministra un valor r=0.9769, lo que nos muestra que el modelo que se está analizando es muy confiable. 0,0018 0,0016 0,0014 0,0012 0,001

1/T

0,0008

Lineal (1/T)

0,0006 0,0004 0,0002 0 -8

-6

-4

-2

0

De esta manera se tiene que la ecuación que describe la relación entre las variables está determinada por: La pendiente de esta recta correspondiente está determinada de la siguiente manera:

Dónde:

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

De aquí se tiene que la energía de activación para la reacción de descomposición del óxido nitroso en una molécula de nitrógeno y un átomo de oxigeno es: (

) (

)

Análisis: El diagrama de dispersión nos indica que si hay una correlación entre las dos variables su dirección es negativa y su intensidad es leve.

5. Determine el orden de la reacción y la velocidad inicial de desaparición de X cuando su concentración es 0.50M y la de Y es 0.20M. Asumiendo la reacción X + Y ↔ Z, a partir de los siguientes datos tomados a 420 K. Velocidad: ( ) ( ) ( )

( ( (

) ( ) ( ) (

) ) )

Ecuación 2 entre ecuación 3: ( ) ( ) ( ) ( )

Ecuación 3 entre ecuación 1: ( ) ( ) ( ) ( ) Orden de la reacción: Constante de velocidad: ( ) ( ) Velocidad de desaparición a las concentraciones dadas: (

)(

) (

)

⁄

Análisis: La velocidad de reacción, nos muestra cómo cambia la concentración de los reactivos con respecto a tiempo mediante la ecuación: = [ ][𝐵] para conocer la cinética de determinada reacción se realiza un experimento a diferentes concentraciones para calcular el orden y la constante de reacción.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

Fenómeno del cambio climático y dar a conocer su posición al respecto desde una perspectiva fisicoquímica  Nidia Liliana Gómez. El cambio climático es la variación global del clima de la tierra, el cual se debe entre otras cosas a una serie de reacciones químicas que se presentan en el medio ambiente y que lo afectan directamente. Por medio de la fisicoquímica es posible determinar la velocidad en que esto se genera y los reactivos que se forman y afectan el ambiente. Los ingenieros que estamos incursionando en el cuidado medioambiental debemos basarnos en la fisicoquímica para buscar reacciones que están afectando nuestro ambiente y buscar alternativas de solución para esta problemática.  Susana Andrea Carreño El cambio climático es un cambio de clima que se le atribuye directa o indirectamente, a la actividad humana, ya que somos los únicos culpables. Un cambio climático puede tornarse peligroso cuando amenaza severamente a las sociedades, sus economías y el mundo natural. El cambio climático ya es un hecho real, más allá de cualquier incertidumbre científica los fenómenos climáticos extremos, acidificación de océanos, cambios en los hábitats, Estos impactos repercuten en las comunidades, afectando gravemente a las personas, causando la muertes y generando pérdida.  Claudia Yanneth Ocampo En el planeta tierra, no es nuevo el fenómeno del cambio climático y es prueba de ello las glaciaciones ocurridas hace ciento de miles de años, fenómeno que genero la desaparición de cientos de especies entre ellas los dinosaurios. Actualmente somos tan poco amigables con el planeta, que con nuestras acciones de consumistas y de desarrollo industrial hemos generado tantas gases y líquidos contaminantes que limitamos la capacidad del planeta de controlar naturalmente estas variaciones, creado resistencia a eliminar el exceso de calor atmosférico, hecho que ha producido un incremento gradual de la temperatura del planeta en los últimos 50 años y desatando por ejemplo: El derretimiento de los cascos polares y como consecuencia el incremento del nivel del mar, la generación de vientos huracanados desatando grandes desastres naturales.  Leyda Vélez Rodríguez Una de las grandes problemáticas que se tienen en la actualidad, es el cambio climático, el cual ha venido en aumento con el trascurrir de los años. La quema de combustibles fósiles, las malas prácticas medio ambientales, llevan consigo el aumento en lo generación y concentración de gases de efecto invernadero (GEI), (Greenpeace, 2010) trayendo como consecuencia cambios climáticos, deterioro ambiental, entre otros. Por ello se hace necesario investigar e implementar tecnologías que contribuyan a mejorar el estado actual del planeta. (IDEAM, 2014).

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente Fisicoquímica Ambiental

Bibliografía

Greenpeace. (2010). Cambio climático. Recuperado el 15 Agosto http://www.greenpeace.org/colombia/es/campanas/cambio-climatico/

de

2017,

de

IDEAM. (2014). Escenarios de cambio climático. Recuperado el 15 de Agosto de 2017, de http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/escenarios-cambio-climatico. Title V-PUCPR (2013). Cinética Química: Determinación de la rapidez promedio de reacción. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=EibnLhuzJ3E Unicoos (2012). Química Ecuación de velocidadhttps://www.youtube.com/watch?v=9ZgcKl0LKYw

Cinética

Química.

Recuperado

de

Unicoos (2016). Química Ecuación linealizada de Arrhenius- Cinética Química. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=WoaNjPFWT6Y Unicoos (2016). Química energía de activacion-cinetica https://www.youtube.com/watch?v=vtJ0pDUViFI

química.

Recuperado

de