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Equilibrio Químico

Síntesis industrial del amoniaco

PROCESO INDUSTRIAL

       El amoníaco, NH3, es un gas incoloro, de característico olor sofocante y muy soluble en agua. Es de gran utilidad como materia prima para la obtención de fertilizantes amoniacales, fibras sintéticas, materiales plásticos, tintes, pegamentos, explosivos, productos farmacéuticos, ácido nítrico, etc.

        La calidad que se comercializa en la actualidad es de gran pureza, debiendoestarexento de metanol y otros compuestos oxigenados. Puede estar contaminado con aceites procedentes del engrase de los compresores. Para evitar la presencia de metanol en el producto final el gas de síntesis debe ser depurado eliminando los restos de CO y CO2 que hayan podido escapar de la conversión y de la descarbonatación del gas de síntesis. La depuración más convencional se realiza mediante las reacciones de metanización de ambos óxidos de carbono, que son inversas de las de reformado con vapor:

CO + 3 H2 <----> CH4 + H2O                                           

CO2 + 4 H2 <----> CH4 + 2 H2O                                       

        El metano producido no afecta a la pureza del amoníaco, aunque perjudica al equilibrio y debe ser purgado del circuito de síntesis, como sucede con el argón que acompaña al aire que se introduce en el reformador secundario.

        En su conjunto, las plantas modernas de fabricación  de amoníaco constan de seis unidades interconectadas: el reformado con vapor,  con sus dos reformadores (primario y secundario), el enfriamiento y conversión del gas reformado, la descarbonatación con carbonato potásico y/o  monometilamina (MEA) y finalmente el bucle de síntesis.

         Para la obtención del amoníaco por síntesis catalítica de nitrógeno e hidrógeno se introdujo a principios del siglo XX el proceso Haber. Ésta reacción de síntesis tiene lugar mediante el equilibrio:

N2(g) + 3H2(g) <----> 2 NH3 (g) ; ΔH º= -92.6 kJ

        El nitrógeno se obtiene del aire atmosférico, donde representa alrededor del 80%, mientras que el hidrógeno se produce por reacción del agua con carbón a alta temperatura o como resultado de ciertos procesos de refino del petróleo.

               El proceso Haber es de gran importancia, ya que transforma el nitrógeno atmosférico en amoníaco, lo que lo convierte en materia prima para numerosos productos de gran utilidad en nuestra sociedad.

         La evolución de la síntesis del amoniaco ha estado impulsada por la necesidad de plantas de mayor capacidad de producción, con dificultades para refrigerar los reactores y mantener las temperaturas por debajo de las que resisten los aceros al carbono. Por ello se ha ido reduciendo progresivamente la presión de operación y, en consecuencia, la conversión por paso.


ESTUDIO ENERGÉTICO, RENDIMIENTO Y CONDICIONES ÓPTIMAS

        El amoníaco se sintetiza en una reacción en la que existe un equilibrio. Según el principio de Le Chatelier,  las condiciones óptimas se alcanzan elevando la presión total cuando hay una reducción de moles (de 4 a 2 en este caso) y a baja temperatura, ya que así se consigue desplazar el citado equilibrio hacia la derecha, favoreciendo la formación del NH3.

        En cuanto al rendimiento, no existe un valor exacto. Para aumentarlo, debemos alejarlo de las condiciones teóricas ideales. Los gases que lo forman deben comprimirse entre 200 y 1000 atmósferas, calentándose unos 450 oC en un recipiente de reacción. En ella, interviene un catalizador, principalmente formado por hierro.

        Una vez formado el NH3, se enfría el recipiente para licuar el amoniaco, separándose de la mezcla de N2 y H2 que no han reaccionado y favoreciendo el desplazamiento del sistema hacia la producción de NH3.

BIBLIOGRAFÍA

Libro de química de 2º de Bachillerato, Edebé

http://www.diquima.upm.es/docencia/tqindustrial/docs/cap3_amoniaco.pdf

REACCIONES IRREVERSIBLES Y REVERSIBLES

Las reacciones químicas son procesos en los que una o más sustancias (reactivos) se transforman en otra u otras con propiedades diferentes (productos).


REACCIONES IRREVERSIBLES

Una reacción irreversible es una reacción química que se verifica en un solo sentido, es decir, se prolonga hasta agotar por completo una o varias de las sustancias reaccionantes  y por tanto la reacción inversa no ocurre de manera espontánea.

En estas reacciones la variación de entropía ocurre de tal manera que la entropía final es diferente a la inicial, por tanto, no se puede volver al estado inicial de entropía.

REACCIONES REVERSIBLES
Las reacciones reversibles son aquellas en las que los reactivos no se transforman totalmente en productos, ya que éstos vuelven a formar los reactivos, dando lugar así a un proceso de doble sentido que desemboca en equilibrio químico.


Este estado de equilibrio de una reacción reversible es el estado final del sistema en el que las velocidades de reacción directa e inversa son iguales () y las concentraciones de las sustancias que intervienen permanecen constantes. Pero este estado es dinámico, ya que hay una incesante transformación química de las sustancias en los dos sentidos de la reacción, a pesar de que las concentraciones de reactivos y productos se mantengan constantes. Esto es así independientemente de las concentraciones iniciales, por lo que se establece un cociente entre las concentraciones de productos y reactivos en el equilibrio, a una temperatura dada, conocida como constante de equilibrio Kc (

Pero cuando se trata de gases en equilibrio, hay que introducir la constante Kp, que expresa cuantitativamente la ley de equilibrio en función de las presiones parciales de los gases de la mezcla:

El equilibrio químico puede verse alterado, por lo que el sistema evoluciona hasta que se logra un nuevo estado de equilibrio bajo las nuevas condiciones. Esto es descrito por el principio de Le Chatelier que dice así:
"Una alteración externa de los factores que intervienen en un equilibrio induce un reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha alteración y establecer un nuevo estado de equilibrio".

Estas alteraciones pueden ser por:

Cambios en las concentraciones
Si aumenta la concentración de una sustancia (A), el sistema se desplaza en el sentido en que se consume dicha sustancia, para así producir C y D, alcanzando el equilibrio.
Si disminuye la concentración de una sustancia (A), el sistema se desplaza en el sentido en que se produce dicha sustancia, ya que consumirá C y D para producir A y B, alcanzado el equilibrio.

Cambios de presión por variación de volumen
-Si aumenta la presión, el sistema se desplaza en el sentido en que hay disminución del número de moles de gas y, por tanto, de moléculas.
-Si disminuye la presión, el sistema se desplaza en el sentido en que hay aumento del número de moles de gas, y por tanto, de moléculas
Si el número de moléculas fuera el mismo en reactivos y productos, el cambio de volumen no afectaría al equilibrio.

Cambios de temperatura
-Si se proporciona calor al sistema, éste tiende a restablecer el estado de equilibrio absorbiendo el calor suministrado; para ello realizará preferentemente la reacción endotérmica. El sistema se desplazará hacia la izquierda.
-Si se absorbe calor del sistema disminuyendo la temperatura de éste, el sistema contrarrestará esta acción desprendiendo calor; para ello realizará la reacción exotérmica. El sistema se desplazará hacia la derecha.

En estas reacciones la variación de entropía es nula, ya que para que pueda producirse la reacción en ambos sentidos no puede haber una pérdida de trabajo en forma de calor puesto que no se podría realizar la reacción inversa de forma espontánea.

BIBLIOGRAFÍA:
www.wikipedia.com
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/segundo/segundo.htm

http://galeon.hispavista.com/melaniocoronado/EQUILIBRIO.pdf
http://www.monografias.com/trabajos/termoyentropia/termoyentropia.shtml
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/equilibrio_quimico/ap01_equilibrio_quimico.php
http://www.uclm.es/profesorado/jaorganero/subpaginas/apuntes/bases_quimicas_del_medio_ambiente/tema7.pdf
Libro de Edebé: Química 2º Bachillerato

EQUILIBRIO QUÍMICO

La Caries

La Caries

CONCEPTO DE CARIES:

La caries dental se puede definir como proceso patológico, localizado, de origen externo, que se inicia tras la erupción y que determina un reblandecimiento del tejido duro del diente, evolucionando hacia la formación de una cavidad.
 La caries se caracteriza por una serie de complejas reacciones químicas y microbiológicas que acaban destruyendo el diente.
 La destrucción del diente ocurre en dos fases. En la primera etapa, la materia inorgánica formada principalmente por calcio y fosfato en forma de hidroxiapatita, sufre un proceso de descalcificación por la acción de los ácidos orgánicos resultantes del metabolismo bacteriano de los hidratos de carbono de la dieta. En segunda fase, se destruye la matriz orgánica por medios enzimáticos o mecánicos.
 Son tres los principales factores relacionados a la caries: bacterias, microorganismos, azúcares y susceptibilidad del huésped. Para evitarlas se recomienda una dieta baja en azúcares y cepilñlarse los dientes después de las comidas para limpiar los residuos de comida.

El proceso inverso es la mineralización en la que al contrario de la desmineralización, en vez de descomponerse Ca5(PO4)3OH(S), en una disolución en medio ácido, en la mineralización tiene lugar el proceso de su formación, se corresponde con la siguiente reacción:

Ca5(PO4)3OH(S)    5Ca+2(aq) + 3PO4-3(aq) + OH-(aq) 

El flúor es el más electronegativo de todos los elementos químicos y por lo tanto nunca se halla en la naturaleza en su forma elemental. Químicamente combinado en forma de fluoruros, el flúor ocupa el lugar 17 entre los elementos por orden de frecuencia de aparición representando entre el 0.06% y 0.09% de la corteza terrestre.

EMPLEO DE FLUOR


Es el procedimiento más eficaz en la lucha contra la caries; el mecanismo de acción del flúor es doble:
1. Incorporación al esmalte, transformando la hidroxiapatita en fluorapatita, que es más resistente a la descalcificación.
 Actualmente se acepta que la reacción química entre la hidroxiapatita y la fluorapatita presenta una reversibilidad en función de la concentración de flúor en el entorno del esmalte dental; de modo que la fluorapatita no sería una situación definitiva y estable.
2. Inhibición de las reacciones de glucolisis de la placa dental, con lo que disminuye la formación de ácidos. La administración de flúor puede realizarse de forma sistémica o tópica. La administración sistémica puede, a su vez, hacerse de modo colectivo (fluoración del agua potable, suplementación de la sal con flúor, etc.) o individual. La aplicación tópica también puede realizarse mediante concentrados, colutorios y pastas dentífricas.
En el esmalte dental  se producen reacciones adicionales que dan lugar a la formación de fluoruro cálcico:

Ca10 (PO4 )6(OH) 2 + 20 F-    10 CaF2 + 6 PO43- + 2 OH-

Los iones F- de ciertas pastas dentífricas sustituyen en parte a los iones OH- produciendo un compuesto muy resistente a los ácidos. La reacción correspondiente seria la siguiente:

5Ca+2(aq) + 3PO4-3(aq)  + F-(aq) → Ca5(PO4)3F(S)   

Formación de la cal

Formación de la cal

Formación de la cal: 

La cal es un producto duro y de color blanco que rellena el interior de las tuberías impidiendo el paso del agua.

 

Se trata de una reacción de precipitación no deseada que da lugar a la formación de carbonatos de calcio y magnesio, CaCO3 y MgCO3 sobre todo de carbonato de calcio.

 

La caliza CaCO3 se solubiliza en el agua de la lluvia debido al CO2 que la atmósfera contiene en disolución. La reacción da lugar a la formación de HCO3-  soluble.

  

CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l)       Ca2+  (aq) + 2 HCO3- (aq)

  

Muchas aguas naturales contienen iones Ca2+  y  HCO3-  en disolución y, al calentarlas o hervirlas, se invierte la reacción anterior precipitando CaCO3 y formándose CO2, que es devuelto a la atmósfera:

  

Ca2+  (aq) + 2 HCO3- (aq)      CaCO3 (s) +CO2 (aq) +H2O (l)  

 

                  CO2 (aq)         CO2 (g)   

 

El precipitado de CaCO3 puede disolverse introduciendo en la tubería una disolución de ácido clorhídrico (HCl) que reacciona con el carbonato y produce CaCl2 soluble:

 

           CaCO3 (s)  +  2 HCl (aq)       CaCl2 (aq)  +  H2O (l)  +  CO2 (g)

  

                                                                      

El uso de aguas blandas, ( Posee una dureza de 0-180 en la escala CaCO3 (partes por millón de carbonato cálcico) ó 0-10 en la escala DH (como partes de óxido de calcio (CaCO3) por 100.000 partes), que no contienen iones Ca2+   y Mg2+, es la mejor forma de prevenir la formación de carbonatos insolubles en el interior de las tuberías.

El equilibrio está desplazado a la derecha hacia la formación de:

 

Ca2+  (aq) + 2 HCO3- (aq)

 

Equilibrio del oxígeno y dióxido de carbono en el organismo

Equilibrio del oxígeno y dióxido de carbono en el organismo                      En todo momento, nuestro cuerpo está consumiendo oxígeno a razón de unos 240 ml por minuto en actividad normal. Las distintas partes del organismo necesitan el O2 para, por reacción con los hidratos de carbono, producir energía. Es la sangre quien se encarga de transportarlo de los pulmones a las células, y, como sabemos, es este proceso se libera CO2.  

Las reacciones de intercambio gaseoso de la sangre en los pulmones, (alvéolos), y en los tejidos dependen básicamente de la afinidad* del O2 y del CO2 por la hemoglobina  y la mioglobina, así como de las presiones parciales de estos gases a nivel de alvéolos y tejidos.

 

*Entendemos como afinidad la capacidad de reacción de estas sustancias con el O2 y el CO2. En el caso de la hemoglobina, su afinidad es mayor para el CO2  que para el O2. Por su parte, la mioglobina tiene mayor afinidad por el O2 que la hemoglobina.

 *Una molécula de hemoglobina es una estructura compleja formada por cuatro cadenas de proteína, cada una de las cuales se enlaza con un grupo molecular en forma de anillo, el grupo hemo, que contiene un ión Fe+2 en su centro. Por su parte, la mioglobina está formada por una sola cadena proteínica unida a un grupo hemo con un Fe+2 en su centro. 

Las presiones parciales del O2 y del CO2, (en mm de Hg), son:

 
 GASESALVÉOLOTEJIDOS
 O2

100

40

 CO2

40

42-46

  

La sangre contiene glóbulos rojos y en cada uno de ellos hay varios cientos de millones de moléculas de hemoglobina. Son ellas las encargadas del transporte del oxígeno.

 

Por tanto, según lo anteriormente mencionado, las reacciones serán:

 

ü      En cuanto al oxígeno, (O2):

  •    A nivel alveolar el O2

(El oxígeno se liga al hierro de la hemoglobina).

Hb + O2 à HbO2- (oxihemoglobina)

 

Como podemos observar en el cuadro de las presiones parciales anterior, el oxígeno saldrá de los alvéolos hacia los tejidos, ya que la presión parcial de este gas en el interior del alvéolo es mayor que la existente en los tejidos.

 

Así pues, en los pulmones, donde la concentración de O2 es elevada, la reacción se desplaza casi totalmente a la derecha formándose oxihemoglobina.

El curso de la reacción hacia la derecha está favorecido por algunos factores:

a)         altas tensiones de O2     b)        temperatura discretamente baja      c)         tendencia hacia la alcalinidad 

Estas condiciones reinan a nivel del pulmón; por esto, Hb pasa a HbO2. A nivel de los tejidos, como veremos a continuación, predomina el proceso opuesto.

  •     A nivel de tejidos el O2: 

Después de la formación de oxihemoglobina, la sangre prosigue su circulación a través de arterias y capilares y llega a los tejidos. Allí, donde la concentración de CO2 es pequeña, se produce un desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda. La sangre pierde alrededor del 45% del oxígeno que transportaba.

  HbO2- à Hb + O2 

Por tanto, ante lo anteriormente expuesto, podríamos establecer el siguiente equilibrio químico.

 Hb + O2  HbO2-  

El oxígeno es recogido por las células y almacenado en ella gracias a la mioglobina, (Mb). Por lo que, podemos igualmente escribir:

 O2 + Mb à MbO2   

ü      Con respecto al dióxido de carbono, (CO2):

 

La hemoglobina, tras descargarse de O2 en los capilares, puede transportar hasta los pulmones el CO2 producido en los procesos de oxidación de las células. El enlace de la hemoglobina con el CO2 no tiene lugar por el grupo hemo, sino por un extremo de las cadenas proteínicas.

   A nivel de tejidos el CO2

(El dióxido de carbono no se liga al hierro, sino al grupo amino de la hemoglobina).

 

HbNH2+ CO2 à HbNHCOOH

 

Como podemos observar en el cuadro de las presiones parciales anterior, el dióxido de carbono posee una presión parcial mayor en los tejidos que en los alvéolos pulmonares.

  •       A nivel de alvéolos el CO2: 

Es el proceso opuesto al anterior.

 

HbNHCOOH à HbNH2+ CO2

 

Por tanto, ante lo anteriormente expuesto, podríamos establecer el siguiente equilibrio químico:

 

HbNH2+ CO2 à HbNHCOOH

 

Además, la hemoglobina puede también unirse con iones H+, con lo que teniendo en cuenta el equilibrio que existe en la sangre:

 CO2 + H2O HCO3- + H+ (aq) Permite disolver más CO2, facilitando su separación de los tejidos. En los pulmones el proceso se invierte y el CO2 deja la disolución y es exhalado. Para hacernos una idea, el aire inhalado contiene un 20% de O2 y un 0,04% de CO2, y el exhalado, un 16% de O2 y un 4% de CO2.

Hay moléculas similares en estructura al O2, como NO, (e incluso el ión CN-), pero con mayor afinidad por la hemoglobina, por lo que pueden desplazar al O2 de ésta:

 HbO2 + CO HbCO + O2 

 

Este equilibrio está muy desplazado hacia la derecha. Ésta es la causa de que el CO, producido en las combustiones incompletas, (escape de automóviles, etc.), sea un gas venenoso.

Por el mismo motivo, entre los fumadores no es raro encontrar individuos con más de un 20% de la hemoglobina bloqueada por el CO del humo del cigarrillo.

  



 

¿Qué es un Equilibrio Químico?

¿Qué es un Equilibrio Químico?

Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce simultáneamente en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Es decir, se trata de un equilibrio dinámico.Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a la misma velocidad que se forman, se llega al EQUILIBRIO QUÍMICO.

El rendimiento de una reacción química se ve disminuido por la tendencia a alcanzar el estado de equilibrio, ya que los reactivos no se transforman al cien por ciento en productos. Para conseguir que el equilibrio se rompa desplazándose en el sentido que nos interesa, es necesario saber qué factores se pueden modificar.

 Los cambios de cualquiera de los factores: presión, temperatura o concentración de las sustancias reaccionantes (reactivos) o resultantes (productos), pueden hacer que una reacción química evolucione en uno u otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado. Todos los cambios que afectan el estado de equilibrio son predecibles según el principio de Le Châtelier.

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