Proyecto final. Quimica en procesos industriales

Proyecto final semana 9.

Manuel D. Faundez Herrera

Química en procesos productivos

Instituto IACC

09 de Septiembre 2019

DESARROLLO DE LA TAREA:

1. Desarrollar las siguientes preguntas en base a la producción del amoníaco.

a) Desarrollar la reacción química balanceada para la producción del amoníaco.

Iniciaremos indicando que la formula para el Amoniaco es NH3. Este producto está formado por la reacción de Nitrógeno e Hidrogeno. Es decir, NH3 se forma desde N2+H2.

Por la ley de conservación de la materia, las reacciones químicas deben ser balanceadas a ambos lados de la ecuación, es decir la suma de los átomos existentes en los reactantes y productos debe ser la misma. Podemos utilizar un método de tanteo, aprendido en la unidad:

Paso 1. Se debe contar el número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación.

N2   + H2                           NH3 [pic 1]

Paso 2. Se debe revisar la ecuación y determinar qué átomos no están balanceados.

Paso 3. Se deben incorporar los coeficientes necesarios en los compuestos presentes para equilibrar los átomos.

N2   +  H2                            NH3 [pic 2]

N2   + 3H2                        2NH3 [pic 3]

Paso 4. Repetir el tercer paso hasta lograr el equilibrio, en este caso, ya quedó balanceada con la incorporación de los índices 3 y 2 respectivamente.

b) Identificar los reactantes y productos de la reacción para producir el amoníaco.

Los reactivos son el nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2) gaseoso, y el producto es el amoniaco. En esta ecuación reaccionan 1 molécula de nitrógeno con 3 moléculas de hidrógeno para formar 2 moléculas de amoniaco. También se puede interpretar del siguiente modo: reaccionan 2 átomos de nitrógeno con 6 átomos de hidrógeno para producir la misma cantidad de átomos en un compuesto diferente que es el amoniaco.

c) Nombre según nomenclatura y/o uso comercial los compuestos presentes en la reacción del amoníaco.

Nitrogeno:

N2 o El nitrógeno es el mayor componente de nuestra atmósfera (78,03% en volumen, 75,5% en peso). Es un gas incoloro, inodoro y sin sabor, no tóxico y casi totalmente inerte. A presión atmosférica y temperatura inferior a -196°C, es un líquido incoloro, un poco más liviano que el agua. Es un gas no inflamable y sin propiedades comburentes. Se combina sólo con algunos de los metales más activos, como litio y magnesio, formando nitruros, y a temperaturas muy altas puede combinarse con hidrógeno, oxígeno y otros elementos. Por su escasa actividad química, es usado como protección inerte contra contaminación atmosférica en muchas aplicaciones en que no se presentan altas temperaturas. El nitrógeno diatómico tiene dentro de las aplicaciones comerciales más habituales la obtención de amoníaco por el proceso de Haber. Luego el amoníaco se emplea con posterioridad en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico. Las sales del ácido nítrico incluyen importantes compuestos como el nitrato de potasio (nitro o salitre empleado en la fabricación de pólvora) y el nitrato de amonio fertilizante. Los compuestos orgánicos de nitrógeno como la nitroglicerina y el trinitrotolueno son a menudo explosivos. La hidracina y sus derivados se usan como combustible en cohetes.

Hidrogeno:

H2 El hidrógeno es el gas más liviano conocido (14 veces más liviano que el aire). A presión y temperatura normales, es un gas incoloro, inodoro e insípido. Está presente en el aire atmosférico en trazas (0,005% en vol.). Es un gas muy inflamable, arde en el aire con una llama casi invisible de matiz azul pálido. Cuando es enfriado a su punto de ebullición de -252,8°C, el hidrógeno se vuelve un líquido transparente 14 veces más liviano que el agua. Por sus propiedades químicas, el hidrógeno es un agente reductor muy potente, que tiene gran afinidad para el oxígeno y todos los oxidantes. o hidrógeno diatómico, es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. Los mayores mercados del mundo disfrutan de la utilización del hidrógeno para el mejoramiento de combustibles fósiles (en el proceso de hidrocraqueo) y en la producción de amoníaco (principalmente para el mercado de fertilizantes). El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural.

d) Desarrollar la configuración electrónica del nitrógeno.

La configuración electrónica del Nitrógeno es: 1s²  2s²  2p³; Esta se obtiene de la siguiente manera. Debemos indicar que existen 7 niveles de energía (1al 7) y 4 subniveles (s, p, d y f) Para cada subnivel, los máximos de electrones que existen son:

        s:  2 electrones.

        p:  6 electrones.

        d: 10 electrones.

        f:  14 electrones.

Sabemos que el número atómico del Nitrógeno es 7, por lo que se entiende que tiene 7 protones y 7 electrones. Como el ejemplo es para un átomo neutro, solo se consideran 8 cargas (electrones).

                                              [pic 4]

Según diagrama de Moller. Iniciamos por el nivel 1, subnivel s, con 2 electrones. (que es lo máximo que puede contener); Luego seguimos en nivel 2, subnivel s con 2 electrones más y por último nivel 2, subnivel p, con 3 electrones (máximo para este nivel 6 electrones). El ingreso al diagrama es por la parte superior, en diagonal.

e) Identificar y explicar cada número cuántico del nitrógeno (n, l, m y s).

El origen a los llamados números cuánticos se desprende de la solución de la ecuación de onda de Schrödinger. Estos números, son valores que proporcionan una mejor visión de los electrones de cada uno de los átomos. Sus nombre y descripción son:

- Número cuántico principal (n): Este número especifica el nivel energético del orbital, siendo el primer nivel el de menor energía. A medida que n aumenta, la probabilidad de encontrar el electrón cerca del núcleo disminuye y la energía del orbital aumenta.

Los valores posibles para “n” son números enteros positivos: = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

- Número cuántico secundario (ℓ): También es conocido como el número cuántico del momento angular orbital o número cuántico azimutal y se simboliza como ℓ.

Describe la forma geométrica del orbital. Los valores de él, dependen del número cuántico principal. Puede tomar los valores desde ℓ = 0 hasta ℓ =n-1. Por ejemplo:

si n = 2 ; ℓ = 0, 1.

si n = 4 ; ℓ = 0, 1, 2, 3.

En el caso de los átomos con más de un electrón, determina también el subnivel de energía en el que se encuentra un orbital, dentro de un cierto nivel energético. El valor de él se designa según las letras:

s=0   ;   p=1   ;   d=2   ;   f=3.

- Número cuántico magnético (m): Indica la orientación del orbital en el espacio. Puede tomar valores entre:

- ℓ...0...+ℓ

Solo pueden tomar valores enteros que van desde –3 hasta +3, incluyendo el cero.

Para el subnivel s : m = 0

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