Problemas De Química Ambiental

(a) La fijación del nitrógeno requiere la ruptura del triple enlace de la molécula según la reacción:

N≡N + 3H2 → 2NH3 (1)

Supongamos que la reacción anterior es el resultado de la ruptura secuencial del triple enlace del nitrógeno según las reacciones:

N≡N + H2 → HN=NH (2a)

HN=NH + H2 → H2N-NH2 (2b)

H2N-NH2 + H2 → 2NH3 (2c)

La reacción (1) requiere una energía de activación para la ruptura del triple enlace de 941 kJ/mol. La etapa del proceso (2) que necesita un mayor aporte energético es la reacción (2a), con una energía de activación de 527 kJ/mol. Aplicando estos datos, calcular la relación entre las constantes de velocidad (k2a/k1) de las reacciones (1) y (2a) a 27°C. K es proporcional a e^(-Ea/RT), donde Ea es la energía de activación, R=8.33 julios/K/mol y T es la temperatura expresada en grados Kelvin.

Datos:

Ea=941 kJ/mol.

Ea=527kJ/mol.

T=27°C = 300 K

R=8.33 julios/K/mol.

Igualación:

941 kJ/mol((1000 J)/(1 kJ))=941000 J/mol 527 kJ/mol((1000 J)/(1 kJ))=527000 J/mol

Sustitución:

k1=e^(-Ea/RT)

k1=e^(-(941000J/Mol)/(8.33J/K/Mol(300K)))

k1=e^(-941000/2499)

k1=e^(-376.5506)

k1=2.9251x10-164

(b) Del valor de (k2a/k1) resulta sorprendente que los microorganismos puedan fijar nitrógeno a temperatura ambiente, mientras que el procedimiento Haber requiere la aplicación de temperaturas comprendidas entre 400 y 600 °C. Calcular la temperatura a la cual el valor de k1 iguala el valor de k2 a 27°C.

Igualación.

k1= k2

e^(-Ea1/R1T1)=e^(-Ea2/R2T2)

Despejar.

Ea1/R1T1=Ea2/R2T2

T1=Ea1R2T2/R1Ea2

Sustituir.

T1=(941000J/Mol(8.33J/K/mol)(300K))/(527000 J/Mol(8.33 J/K/Mol))

T1=535.6736 K

535.67 – 273 = 262.67°C

Dados los flujos de nitrógeno de la Figura 1.5, estimar si durante la era pre-industrial existió acumulación neta de nitrógeno tanto en tierra firme como en los océanos. ¿Existe, bajo los flujos actuales, acumulación neta de nitrógeno? Si es así calcular los valores netos acumulados. Describir los efectos medio ambientales que una acumulación de nitrógeno puede originar en la biosfera, desde el punto de vista de la calidad de las aguas, lagos, ríos, aguas subterráneas y áreas marinas costeras.

Valores netos acumulados.

Lugar de almacenamiento. Entrada

Tg N/año Salida

Tg N/año

Suelo 320 Fijación 160 Desnitrificación del suelo

40 Escorrentía

Σ 320 ≠ 200

Agua 40 Escorrentía 110 Desnitrificación del océano

30 Fijación

30 Deposición Atmosférica

Σ 100 ≠ 110

Aire 110 Desnitrificación del océano 320 Fijación al suelo

160 Desnitrificación del suelo 30 Deposición Atmosférica

30 Fijación al océano

Σ 270 ≠ 380

El nitrógeno pasa a ser un nutriente, especialmente en las profundidades

...