Blog de Ingeniería UCA: May 2017

Wednesday, May 31, 2017

Métodos numéricos: Funcion NR

function X=NR(h, dh, X0, N)
X=X0;
for k=1:N
X=X-(dh(X))^(-1)*h(X);
end

a) Buscar con NR un cero de e^x - x^2 -5 partiendo de x0=2.5 con N=6
     i) Evaluar h(XSOL)
     ii) Hacer con biseccion en [0 , 6] con e=h(XSOL)
     iii) Modificar ligeramente función bisección para contar cuantos pasos hubo que hacer
b) Hallar soluciones de 7 cos(x)=x^2 usando NR a partir de

     i) x0=0,1 con N=5
     ii)) x0=0,1 con N=8
     iii) x0=0,3 con N=8

función bisección
función NR

a)
i)
>> h=@(X) exp(X) - X.^2-5;
>> dh=@(X) exp(X)-2*X;
>> xsol=NR(h,dh,2.5,6)

xsol =

    2.3564

>> h(xsol)

ans =

-1.7764e-015

ii)

>> y=biseccion(h,0,6,10^(-10))

y =

    2.3564

>> h(y)

ans =

8.2333e-011

>>

iii)
modifico function biseccion:

function N=biseccion(f,a,b,epsilon)
N=1;
if nargin==3
    epsilon=10^(-10);
end
if f(a)*f(b)>=0
    error('f(a) y f(b) tienen que tener signos opuestos');
else
m=(a+b)/2;
while f(m)^2+(((b-a)^2)/((b+a)/2)^2)>epsilon^2
    N=N+1;
    if f(m)==0
        return;
    elseif sign(f(m))==sign(f(a))
        a=m;
        m=(a+b)/2;
    else
        b=m;
        m=(a+b)/2;
    end
end
end

y obtengo:

>> N=biseccion(h,0,6,10^(-10))

N =

    37

>>

comprobado, h(xsol) se acerca mucho a 0.

Sunday, May 28, 2017

Estabilidad: TPs

Monday, May 22, 2017

Termodinámica: Bibliografía

Saturday, May 20, 2017

Termodinámica: Todo sobre el examen del miércoles 24/5/17

El examen comienza al principio de la primera hora, y no hay clases despues. Consiste en una parte teórica y una parte práctica. Para aprobar el examen, debe aprobarse cada parte por separado.
Se recuperan tambien por separado, es decir que si pasas una parte y no la otra, recuperas la mitad del examen que te fue mal.

Se va a tomar:

En la práctica:

Primer principio.

gases ideales
mezcla de gases
gas real
vapor
aire humedo

En la teoría:

Idem. anterior +
Segundo principio.

Entropía

Sistemas cerrados
Del universo

Se permite llegar al examen:

Friday, May 19, 2017

Metodos numericos: Ejercicio de parcial viejo.

Ejercicio 2:

Dada la tabla obtenida con x = (-3:0.1:3)’, e y=(x.^2+exp(-x))./(2-sin(x).^2);

a) Ajuste por cuadrados mínimos, y = f(x) con:

Halle el error relativo al aproximar y por f(x).

b) Encuentre la función polinómica p(x) del menor grado posible tal que el error relativo de aproximar y por p(x) es menor que en el caso de aproximar y por f(x). Grafique en un mismo gráfico los puntos (x,y) dados, y las funciones f(x) y p(x).

>> X=(-3:0.1:3)';
>> Y=(X.^2+exp(-X))./(2-sin(X).^2);
>> A=[X.^2 X.^1 X.^0 -Y.*X.^2 -Y.*X];
>> alfa=pinv(A)*Y

alfa =

    1.8202
   -0.0220
    0.4671
    0.1593
    0.4009

>> f=@(t) (alfa(1)*t.^2+alfa(2)*t + alfa(3))./(alfa(4)*t.^2+alfa(5)*t+1);
>> plot(X,Y,X,f(X));
>> norm(Y-f(X))/norm(Y)

ans =

    0.0615

b)

y = p1*x^10 + p2*x^9 +
      p3*x^8 + p4*x^7 +
      p5*x^6 + p6*x^5 +
      p7*x^4 + p8*x^3 +
      p9*x^2 + p10*x +
      p11

Coefficients:
p1 = -0.0018902
p2 = 0.00062724
p3 = 0.046861
p4 = -0.020518
p5 = -0.39335
p6 = 0.21519
p7 = 1.1582
p8 = -0.89023
p9 = 0.6836
p10 = -0.26964
p11 = 0.51596

Norm of residuals =
     0.45788

Tuesday, May 16, 2017

Estabilidad: Bibliografía

Friday, May 12, 2017

Metodos numericos 12-5-17 (Apuntes)

Ejercicio 1:
Dados los datos de la tabla:
a) cargar los vectores x e y (en columna) y graficar.
b) Decidir si un ajuste de la forma f(x)=a1x^2+a2x+a3=y
En caso afirmativo hallar (a1;a2;a3) (<- con ; intento indicar columna) y escribir y graficar el modelo junto con los datos y calcular el error relativo
c) Idem b (con g(x)= a1x^4+a2X^3+a3x^2+a4x+a5)

tabla:
X | Y
-3 10.6
-2.5 10.9
-2 11.1
-1.5 11.3
-1 11.4
-0.5 11.5
0 11.5
0.5 11.5
1 11.4
1.5 11.3
2 11.1
2.5 10.9
3 10.6
3.5 10.2
4 9.7
4.5 9.1
5 8.2

SOLUCION:
a)
>> X=[-3;-2.5;-2;-1.5;-1;-0.5;0;0.5;1;1.5;2;2.5;3;3.5;4;4.5;5];
>> Y=[10.6;10.9;11.1;11.3;11.4;11.5;11.5;11.5;11.4;11.3;11.1;10.9;10.6;10.2;9.7;9.1;8.2];
>> plot(X,Y,'*')

b)
descargar funcion de choresky de eva

>>A=[X.^2 X X.^0];
>>a=pinv(A)*Y;
>>f=@(t) a(1)*t.^2 + a(2)*t + a(3);
>>plot(X,Y,'*', X, f(X), '.', X, f(X));

c)

>> A=[X.^4 X.^3 X.^2 X.^1 X.^0];
>>a=pinv(A)*Y;
>> h=@(t) a(1)*t.^4+a(2)*t.^3+a(3)*t.^2 + a(4)*t + a(5);
>> plot(X,Y,'*',X,h(X), '.')

Ejercicio 2:
a) Para otra tabla ajustar un modelo similar al del ej 1. c)
b) Ajustar otro de la forma h(x)= a1sen(x) + a2 cos(x) + a3
c) Comparar gráficos y errores relativos de ambos modelos.

tabla:
X | Y
-2 4.8
-1 3.8
0 4.2
1 5
2 5.6
3 6.1
4 5.4
5 4.3
6 4.2
7 4.8

SOLUCION:

a)
>> X=[-2;-1;0;1;2;3;4;5;6;7]
>> Y=[4.8;3.8;4.2;5;5.6;6.1;5.4;4.3;4.2;4.8];
>> plot(X,Y,'*')

b)
>> A=[sin(X) cos(X) X.^0]
>>a=pinv(A)*Y;
<<h=@(t) a(1)*sin(t) + a(2) cos(t) + 1

Monday, May 8, 2017

Quimica Industrial: Unidad 3

UD 3:

Ácidos y sustancias relacionadas (I) Ácido sulfúrico. Propiedades del ácido sulfúrico. Historia e importancia. Obtención y propiedades del azufre. Obtención de dióxido de azufre: propiedades y aplicaciones. Oxidación del dióxido de azufre; catálisis, absorción del trióxido de azufre, concentración de las soluciones acuosas, ácido sulfúrico fumante (óleum). Ácido fosfórico. Propiedades y aplicaciones. Obtención de fósforo: materias primas para el método electrotérmico, propiedades. Obtención de pentóxido de fósforo y ácido fosfórico. Fosfatos y polifosfatos: Obtención, propiedades y aplicaciones.

1. Reseñar para el ácido sulfúrico:

fuente: http://iio.ens.uabc.mx/hojas-seguridad/acido_sulfurico.pdf

i) principales propiedades físicas y químicas;

Apariencia, olor y estado fisico:

liquido aceitoso incoloro o cafe. Inodoro, pero concentrado es sofocante e hidroscopico

Gravedad especifica (agua=1):

1,84, (98%); 1,4 (50%)

Punto de ebullicion (°C):

274 (100%), 280 (95%)

Punto de fusion (°C):

3 (98%); -64 (65%)

Densidad relativa del vapor (Aire=1)

3.4

presion de vapor (mm Hg):

Menor de 0.3/25°C, 1.0/38 °C

Viscosidad (cp):

21/25°C

pH:
0.3 (Solucion acuosa 1N)

Solubilidad:
Soluble en agua y alcohol etilico (descompone en este ultimo)

ii) medidas de seguridad para su transporte y empleo;

manejo: usar siempre proteccion personal asi sea corta la exposicion o la actividad que realice con el producto. mantener estrictas normas de higiene, no fumar ni comer en el sitio de trabajo. Usar las menores cantidades posibles. Conocer en donde esta el equipo para la atencion de emergencias. Leer las instrucciones de la etiqueta antes de usar el producto. Rotular los recipientes adecuadamente. ERvitar la formacion de vapores o neblinas de acido. Cuando diluya adicione el acido al agua lentamente. Nunca realice la operacion contraria ya que puede reaccionar violentamente.

Almacenamiento: Lugares ventilados, frescos y secos. Lejos de fuentes de calor, ignicion y de la accion directa de los rayos solares. Separar de materiales inmcompatibles. Rotular los recipientes adecuadamente. No almacenar en contenedores metalicos, No fumar porque puede haberse acumulado hidrogeno en los tanques metalicos que contengan acido. Evitar el deterioro de los contenedores. Mantenerlos cerrados cuando no estan en uso. Almacenar las menores cantidades posibles. Los contenedores vacios deben ser separados. Inspeccionar regularmente la bodega para detectar posibles fugas o corrosion. El almacenamiento debe estar retirado de areas de trabajo. El piso debe ser sellado para evitar la absorcion. Los equipos electricos de iluminacion y ventilacion deben ser resistentes a la corrosion. Disponer en el lugar de elementos para la atencion de emergencias.

Informacion sobre transporte:

Etiqueta negra y blanca de sustancia corrosiva. No transporte con sustancias explosivas, sustancias que en contacto con agua pueden desprender gases inflamables, sustancias comburentes, peroxidos organicos, materiales radiactivos, ni alimentos. grupo de empaquie: II.

iii) historia y métodos de obtención industrial actualmente en desuso;

fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BArico

El descubrimiento del ácido sulfúrico se relaciona con el siglo VIII y el alquimista Jabir ibn Hayyan. Fue estudiado después, en el siglo IX por el alquimista Ibn Zakariya al-Razi, quien obtuvo la sustancia de la destilación seca de minerales incluyendo la mezcla de sulfato de hierro (II) (FeSO₄) con agua y sulfato de cobre (II) (CuSO₄). Calentados, estos compuestos se descomponen en óxido de hierro (II) y óxido de cobre (II), respectivamente, dando agua y óxido de azufre (VI), que combinado produce una disolución diluida de ácido sulfúrico. Este método se hizo popular en Europa a través de la traducción de los tratados y libros de árabes y persas por alquimistas europeos del siglo XIII como el alemán Albertus Magnus.

Los alquimistas de la Europa medieval conocían al ácido sulfúrico como aceite de vitriolo, licor de vitriolo, o simplemente vitriolo, entre otros nombres. La palabra vitriolo deriva del latín “vitreus”, que significa cristal y se refiere a la apariencia de las sales de sulfato, que también reciben el nombre de vitriolo.^{[cita requerida]} Las sales denominadas así incluyen el sulfato de cobre (II) (o ‘vitriolo azul’ o ‘vitriolo romano’), sulfato de zinc (o ‘vitriolo blanco’), sulfato de hierro (II) (o ‘vitriolo verde’), sulfato de hierro (III) (o ‘vitriolo de Marte’), y sulfato de cobalto (II) (o ‘vitriolo rojo’).

El vitriolo era considerado la sustancia química más importante, y se intentó utilizar como piedra filosofal. Altamente purificado, el vitriolo se utilizaba como medio para hacer reaccionar sustancias en él.

En el siglo XVII, el químico alemán-holandés Johann Glauber consiguió ácido sulfúrico quemando azufre con nitrato de potasio (KNO₃), en presencia de vapor. A medida que el nitrato de potasio se descomponía, el azufre se oxidaba en SO₃, que combinado con agua producía el ácido sulfúrico. En 1736, Joshua Ward, un farmacéutico londinense utilizó este método para empezar a producir ácido sulfúrico en grandes cantidades.

En 1746 en Birmingham, John Roebuck empezó a producirlo de esta forma en cámaras de plomo, que eran más fuertes y resistentes y más baratas que las de cristal que se habían utilizado antes. Este proceso de cámara de plomo, permitió la efectiva industrialización de la producción de ácido sulfúrico, que con pequeñas mejoras mantuvo este método de producción durante al menos dos siglos.

El ácido obtenido de esta forma, tenía una concentración de tan solo 35-40 %. Mejoras posteriores, llevadas a cabo por el francés Joseph-Louis Gay-Lussac y el británico John Glover consiguieron aumentar esta cifra hasta el 78 %. Sin embargo, la manufactura de algunos tintes y otros productos químicos que requerían en sus procesos una concentración mayor lo consiguieron en el siglo XVIII con la destilación en seco de minerales con una técnica similar a la de los alquimistas precursores. Quemando pirita (disulfuro de hierro) con sulfato de hierro a 480 °C conseguía ácido sulfúrico de cualquier concentración, pero este proceso era tremendamente caro y no era rentable para la producción industrial o a gran escala.

En 1831, el vendedor de vinagre Peregrine Phillips patentó un proceso de conseguir óxido de azufre (VI) y ácido sulfúrico concentrado mucho más económico, ahora conocido como el proceso de contacto. Actualmente, la mayor parte del suministro de ácido sulfúrico se obtiene por este método.

d) aplicaciones;

iv) aspectos ambientales relacionados con su producción y uso.

Perjudicial para todo tipo de animales

toxicidad acuatica:

LC50/48H (agua aireada, camaron) = 80-90ppm/48h. Condiciones de bioensayo no especificada.

CL50/48H Camaron adulto, agua salada = 42.5-48 ppm. Condiciones de bioensayo no especificadas.

En el agua el producto se disuelve rapidamente, produciendo una disminucion en la viscosidad, facilitandi su difusion en cuerpos de agua- A ph 6 y ph menor a 5 aumenta la concentracion de iones calcio (proveniente de rocas y suelos) El acido sulfurico reacciona con el calcio y magnecio presentes para producir sulfatos.

En el suelo el producto puede disolver algunos minerales como el calcio y magnecio, deteriorando las caracteristicas de estos.

En la atmosfera el producto puede removerse lentamente por deposicion humeda, en el aire puede ser removido por deposicion en seco.

2. a) Mediante un diagrama de flujo simplificado describir el método de síntesis por contacto del ácido sulfúrico, explicando detalladamente los procesos químicos con énfasis en:

i) materias primas y su transformación en dióxido de azufre libre de impurezas;

ii) conversión de SO2 en SO3;

iii) absorción del SO3;

La materia prima para la produccion del acido sulfurico es el azufre, que se encuentra en la naturaleza en varias formas.
Una de las mas comunes es la pirita, un mineral relativamente abundante.

El primer proceso consiste en quemar la fuente de azufre, en un horno rotatorio, segun la ecuacion:

S + O2 -> SO2

alternativamente si obtenemos el azufre de la pirita como mencionamos antes:
4 FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O2 + SO2

El primer paso tiene como objetivo entonces la obtencion del gas dioxido de azufre, que es luego enfriado y filtrado por un electrofiltro.

El siguiente paso consiste en calentar ese dioxido de asufre y oxidarlo aun mas a trioxido de azufre, en una reaccion que se da a altas temperaturas y empleando pentoxido de vanadio (VnO5) como catalizador, una alternativa mas economica al platino.

El trioxido de azufre es enviado a un sistema de torres de abrosorcion conectadas a tanques de almacemaniento.

Por la parte superior de la torre se deja fluir acido sulfurico de la etapa anterior, menos concentrada, y por la parte inferior circula el trioxido de azufre, que reacciona con el agua o directamente se diluye en el acido para producir en el primer caso un acido mas concentrado y en el segundo un producto que industrialmente se conoce como Oleum, que consiste en una mezcla de acido sulfurico y trioxido de azufre como gas disuelto, que es extremadamente corrosivo.

se obtienen del proceso entonces distintos productos que consisten en proporciones distintas de tres productos escenciales: agua, acido y trioxido.

Acido sulfurico 98% (2% agua)
Trioxido de asufre 100%
Oleum 25%
Oleum de alto contenido. (superior al 25%)

b) discutir las características de los catalizadores empleados en la oxidación de SO2 a SO3 por acción del oxígeno;

El principal catalizador en la oxidacion de SO2 a SO3 en la industria es el pentoxido de vanadio (VnO5) que es un solido, por lo que debe depositarse en regillas y obligarse a la mezcla de gases que se pretende hacer reaccionar a pasar a través de esta. Esto implica hornos con rejillas en escalones sobre las cuales se deposita el pentoxido de vanadio que parece una tiza amarillenta, y gas que sube a través de las rejillas a altas temperaturas reacciona y se oxida correctamente.

La alternativa es usar la tradicional membrana de platino, pero resulta muy caro.

c) ¿Cómo se almacena el H2SO4 y cómo se lo transporta?

ver respuesta 1

6. Describir las propiedades físicas y químicas del azufre y utilizarlas para explicar el método de extracción de Frasch.

Se utiliza equipo común de los pozos petroleros para hacer las perforaciones hasta el fondo de los estratos cargados de azufre, a una profundidad entre 150 y 750 m bajo tierra.

Se introduce un juego de tres tubos concéntricos, se pasa un tubo de 10 cm a través del de 20 cm, de modo que quede un espacio anular entre los dos, extendiéndolo casi hasta el fondo de la roca cargada de azufre, y se le apoya en un collar que sella el espacio anular entre los tubos de 20 y 10 cm. Un tubo para aire, de 3 cm de diámetro, dentro de los otros, llega hasta una profundidad ligeramente por encima del collar mencionado. El tubo de 20 cm se perfora en dos niveles diferentes, uno encima y otro debajo del collar anular. El conjunto superior de perforaciones permite que escape el agua caliente, y el azufre fundido entra al sistema a través de las perforaciones inferiores.

Se pasa agua caliente a más o menos 160°C (punto de fusión del azufre 115°C) hacia abajo del espacio anular, entre los tubos de 20 y 10 cm y se hace entrar aire comprimido hacia abajo del tubo de 3 cm para que el azufre líquido pueda subir a la superficie.

7
a) ¿Cuál es la fuente natural de fósforo?,
los fosfatos, encontrados en altas concentraciones en minerales como la fosforita.

Debido a su reactividad, el fósforo no se encuentra nativo en la naturaleza, pero forma parte de numerosos minerales. La apatita es una importante fuente de fósforo, existiendo importantes yacimientos en Marruecos, Rusia, Estados Unidos y otros países.

La forma alotrópica blanca se puede obtener por distintos procedimientos; en uno de ellos, el fosfato tricálcico, obtenido de las rocas, se calienta en un horno a 1450 °C en presencia de sílice y carbono reduciendo el fósforo que se libera en forma de vapor.

b) describir las propiedades físicas y químicas de las diferentes modificaciones del fósforo (blanco, rojo y negro), explicando su diferente comportamiento químico

Blanco

El fósforo blanco es un alótropo común del elemento químicofósforo que ha tenido un uso militar extenso como agente incendiario,¹ agente para crear pantallas de humo y como componente flamígero antipersonal capaz de causar quemaduras graves.² Su fórmula molecular es P₄. Está considerada como una arma química

Cuando el fósforo arde en el aire, al principio forma óxido de fósforo (V):

P₄ + 5 O₂ → 2 P₂O₅

Sin embargo, el óxido de fósforo (V) es extremadamente higroscópico y con rapidez absorbe incluso las menores trazas de humedad para formar gotas líquidas de ácido fosfórico:

_{P₂O₅ + 3 H₂O → 2 H₃PO₄ (también forma polifosfatos como el ácido pirofosfórico, H₄P₂O₇)}

Rojo

El fósforo rojo es una de las formas alotrópicas del fósforo elemental. Se trata de una sustancia amorfa, de color rojizo, poco soluble en agua y disolventes orgánicos habituales. Contrariamente al fósforo blanco, no es soluble en disulfuro de carbono y no es tóxico.

Fórmula: P₄

Masa molecular: 30,974 g/mol

Densidad: aprox. 2,16 g/mL

Punto de fusión: 585–610 °C

Nº CAS: 7723-14-0

Negro

El fósforo negro fue preparado por primera vez por P. W. Bridgman al tratar el fósforo blanco a elevadas presiones (13.000 kg/cm³) a 200 °C

Es la forma más estable; es conductor de la electricidad. El fósforo en estado de vapor presenta moléculas tetraatómicas P₄, con una estructura tetraédrica. La estructura consta de capas dobles, en donde cada átomo de P se encuentra enlazado con 3 vecinos

El fósforo negro tiene un gran potencial como semiconductor para aplicaciones electrónicas

c) el descubrimiento del fósforo está muy relacionado con la práctica alquímica: indicar las materias primas y escribir la ecuación química ajustada.

Sunday, May 7, 2017

Química Industrial: Unidad 4

UD 4:

Ácidos y sustancias relacionadas (II) Ácido clorhídrico. Propiedades generales. Historia. Síntesis directa. Ácido clorhídrico comercial, azeótropo ácido clorhídrico-agua, almacenaje. Ácido nítrico. Historia e importancia. Propiedades generales. Método de Ostwald y sus modificaciones: horno de síntesis, absorción ácida y absorción alcalina, concentración y azeótropo. Nitrato de calcio y abonos nitrogenados. Método BASF: materias primas, reacción y separación del producto. Nitrato de amonio. Propiedades generales de los abonos.

1.
a) Mediante un diagrama de flujo sencillo y ecuaciones químicas describir la síntesis industrial de HCl;
b) ¿qué características tiene la cinética de la reacción entre H2 y Cl2;
c) ¿cuáles son las principales aplicaciones del ácido clorhídrico?

Cloruro de Hidrógeno como subproducto:

El cloruro de hidrógeno se puede obtener como subproducto de dos procesos:

1:
2NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2HCl

Esta reacción requiere altas temperaturas. Se debe calentar el reactor.

2:
C6H6 + Cl2 -> C6H5Cl + HCl

Esta reacción produce calor y el reactor debe ser refrigerado.

Ambas reacciones producen HCL en estado gaseoso.

Cloruro de Hidrógeno quimicamente puro:

En el diagrama, el proceso comienza en (4) la vasija de dilución donde el H2O diluye NaCl y la solución es sometida a una electrólisis (3) para obtener como productos gaseosos Cl2 y H2 y como productos líquidos NaOH.

El cátodo es de hierro, y en el se producen H2 y NaOH
El ánodo es de carbón, y en el se produce el Cl2

Se eligen estos materiales por la siguiente razón:

Acero o hierro porque es más económico que el electrodo estandar de platino.
Carbón porque favorece la emirreacción:
(I) 2Cl- -> Cl2
Sobre la que sucedería con electrodos estandar de platino:
(II) 2OH- -> O2 + 2H+

Esto se debe al fenómeno de sobre-potencial:
La ecuación ne Nerst nos dá el potencial al que ocurrirían las reacciones con electrodos de platino. Al usar otros materiales, como en este caso el carbón, podemos encontrar propiedades útiles, como la que se utiliza en este caso:
La suma del potencial de nerst más el sobrepotencial de (I) con electrodo de carbón es menor a la misma suma para la reacción (II), por lo que al utilizar ánodo de carbón produzco Cl2 y no O2.

Se utiliza una membrana de teflon con sales incrustadas que al ser sumergidas en el agua le dan a la membrana una carga negativa, para separar las dos emirreacciones parcialmente y evitar la formación de
OH- + Cl2 -> Cl- + ClO- + H2O

El Cl2 y el H2 son capturados por separado, y siguen una serie de pasos para su purificación:

Camino del Cl2

El Cl2 es refrigerado y luego pulverizado con agua para extraer impurezas solubles.

Es luego librado de cualquier remanente de humedad en un proceso en el cual se lo hace subir por una torre de asperción por la que se hace llover acido sulfúrico que absorbe la humedad rápidamente.

Luego es filtrado a través de un filtro de grava y comprimido para ser enviado al reactor final.

Camino del H2

El H2 es simplemente refrigerado y secado usando otra torre de asperción con lluvia de acido sulfúrico, luego es comprimido y enviado al reactor final.

b)

Reactor final

La reacción:
H2 + Cl2 -> 2HCl

Es fotocatalítica, es más: no se produce en ausencia de luz.
Al mismo tiempo es explosiva, por lo que debe ser regulada en el reactor.

Envasado

Por un lado se puede envasar el HCl en bombonas de acero como un gas comprimido, pero se debe tener mucho cuidado con la humedad ya que el gas HCl es extremadamente corrosivo cuando se le agrega humedad, por obvias razones.

Por otro lado, se lo puede almacenar como acido clorhídrico concentrado, previa concentración del mismo:

Primero se lo refrigera, luego se lo hace pasar por torres de aspersión donde llueve agua líquida
y se continúa recirculando el líquido obtenido hasta alcanzar la concentración de almacenamiento.

c)

Los usos finales más grandes para el ácido clorhídrico son el decapado del acero, la acidificación de pozos de petróleo, la fabricación de alimentos, la producción de cloruro de calcio y el tratamiento de minerales. El ácido clorhídrico se usa en operación de decapado para el carbón, aleaciones y aceros inoxidables.

2. Se tiene una solución de ácido clorhídrico concentrado que ha estado mucho tiempo guardada, mal tapada, en un depósito. Se toma una muestra de 10,00 mL y se lo diluye a 1000 mL. 50,00 mL de la solución resultante se titulan con solución de NaOH 0,0995 M requiriéndose 37,00 mL para neutralización del ácido:

a) escribir la ecuación química de la neutralización;

NaOH + HCl -> H2O + NaCl

b) calcular la concentración del ácido original;

X=7,36 M

c) ¿es la concentración obtenida la esperada para el HCl concentrado?;

Necesito la densidad del líquido para poder estimar correctamente cual es la composición porcentual V/V o M/M del HCl para compararlo con el 37% estandard del mercado o el 20,2% donde se produce el azeotropo con el agua.

d) describir los posibles efectos sobre el ambiente del depósito por haberse mantenido mal almacenada.

https://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_tfacts173.html

¿Qué le sucede al cloruro de hidrógeno cuando entra al medio ambiente?

El cloruro de hidrógeno liberado a la atmósfera será removido por la lluvia.
El cloruro de hidrógeno se disocia fácilmente en el agua en iones cloruro e hidrógeno (un ion es un átomo o molécula con una carga eléctrica), lo cual reduce el pH del agua (la hace más acídica).
Si es liberado al suelo, el cloruro de hidrógeno se evaporará de las superficies secas del suelo, en cambio se disociará en iones cloruro e hidrógeno en las superficies húmedas.
El cloruro de hidrógeno no se acumula en la cadena alimentaria.

¿Cómo puede ocurrir la exposición al cloruro de hidrógeno?

Usted puede respirar aire que contiene muy bajos niveles de cloruro de hidrógeno gaseoso. Las liberaciones de cloruro de hidrógeno de fuentes naturales (por ejemplo de erupciones volcánicas) y otras liberaciones son removidas por la lluvia, limitando así las posibilidades de exposición a niveles altos de este compuesto por inhalación de aire ambiental.
El cloruro de hidrógeno es usado para producir otras sustancias químicas. También tiene otros usos como por ejemplo tratar metales, refinar minerales, procesar alimentos, manufacturar abonos y tinturas, y en las industrias textiles y del caucho. Los trabajadores en estas ocupaciones pueden inhalar cloruro de hidrógeno o tener contacto con la piel.
Los materiales para soldar a menudo contienen cloruro de hidrógeno y usted podría exponerse durante el uso de estos productos.

¿Cómo puede perjudicar mi salud el cloruro de hidrógeno?

El cloruro de hidrógeno es irritante y corrosivo para cualquier tejido con el que tiene contacto. La exposición breve a bajos niveles produce irritación de la garganta. La exposición a niveles más altos puede producir respiración jadeante, estrechamiento de los bronquiolos, coloración azul de la piel, acumulación de líquido en los pulmones y aun la muerte. La exposición a niveles aun más altos puede producir hinchazón y espasmos de la garganta y asfixia. Alguna gente puede sufrir una reacción inflamatoria al cloruro de hidrógeno. Esta condición es conocida como síndrome de malfuncionamiento reactivo de las vías respiratorias (RADS, por las siglas en inglés), que es un tipo de asma causado por ciertas sustancias irritantes o corrosivas.

Dependiendo de la concentración, el cloruro de hidrógeno puede producir desde leve irritación hasta quemaduras graves de los ojos y la piel. La exposición prolongada a bajos niveles puede causar problemas respiratorios, irritación de los ojos y la piel y descoloramiento de los dientes.

No sabemos si la exposición al cloruro de hidrógeno puede afectar la reproducción.

¿Qué posibilidades hay de que el cloruro de hidrógeno produzca cáncer?

Ni el Departamento de Salud y Servicios Humanos (DHHS) ni la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) ni la EPA han clasificado al cloruro de hidrógeno en cuanto a su carcinogenicidad. La IARC considera que el ácido clorhídrico no es clasificable en cuanto a su carcinogenicidad en seres humanos.

¿Cómo puede el cloruro de hidrógeno afectar a los niños?

Es probable que la exposición al cloruro de hidrógeno afecte a los niños de la misma manera que a los adultos. No sabemos si los niños difieren de los adultos en su susceptibilidad al cloruro de hidrógeno. En general, los niños pueden ser más vulnerables a agentes corrosivos que los adultos debido al menor diámetro de sus vías respiratorias.

No sabemos si la exposición al cloruro de hidrógeno puede producir defectos de nacimiento u otros efectos sobre el desarrollo.

¿Cómo pueden las familias reducir el riesgo de exposición al cloruro de hidrógeno?

La mayoría de las familias no estarán expuestas a niveles significativos de cloruro de hidrógeno gaseoso.
Los productos domésticos que contienen ácido clorhídrico deben guardarse en envases seguros, en lugares seguros, fuera del alcance de los niños.

¿Hay algún examen médico que demuestre que he estado expuesto al cloruro de hidrógeno?

Los exámenes específicos para determinar la presencia de cloruro de hidrógeno en la sangre o la orina generalmente no son de utilidad. Si ha ocurrido una exposición grave, los análisis de sangre y de orina y otros exámenes pueden indicar si ha ocurrido daño de los pulmones o del tracto gastrointestinal. Algunos de estos exámenes pueden llevarse a cabo en el consultorio del doctor, mientras que otros, pueden requerir una visita al hospital.

¿Qué recomendaciones ha hecho el gobierno federal para proteger la salud pública?

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA, por sus siglas en inglés) ha establecido un límite de 5 partes de cloruro de hidrógeno por millón de partes de aire (5 ppm) en el trabajo.

3. a) Hacer una tabla con las propiedades físicas del ácido nítrico (punto de ebullición y de congelación, solubilidad en agua composición azeotrópica a presión atmosférica, etc.);

Acido Nítrico:

SECCIÓN IX – PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
FORMA Y APARIENCIA: Líquido claro traslúcido ligeramente amarillento, fumante
OLOR: Asfixiante
UMBRAL DE OLOR: 0.75mg/m³ pH: Ca. 0
PUNTO DE FUSIÓN: -41.6°C
PUNTO DE EBULLICIÓN : 83°C
PUNTO DE INFLAMACIÓN: No inflamable
TASA DE EVAPORACIÓN: No disponible
TEMP. DE AUTOIGNICIÓN: No inflamable
INTERVALO DE EXPLOSIVIDAD: No inflamable
PRESIÓN DE VAPOR (20°C): 63.1mmHg (8.41kPa)
DENSIDAD VAPOR (AIRE=1): 2
DENSIDAD (25°C): 1.51g/cm3
SOLUBILIDAD (EN AGUA, 20°C): Muy soluble
COEF. DE REPARTO (pKo/w): No disponible VISCOSIDAD (cP): 0.617 a 40°C

fuente: http://www.ciafa.org.ar/files/t8nqSMsoIxouFBASKVgK1UinhYtE1aaeCY7UkvV2.pdf

b) hacer una lista general de reacciones de ácido nítrico con metales y cuáles son los productos de reacción (observar que dependen de la concentración y la temperatura; consultar el trabajo de laboratorio correpondiente).

no hicimos el tp de laboratorio aun.

más información:

http://www.heurema.com/QG/QG36/Nitrico-M1.pdf

1) 4M + 10HNO3 -> 4M(NO3)2 + 5H2O + N2O

2) 3M + 8HNO3 -> 3M(NO3)2 + 4H2O + 2NO

3) 2M + 6HNO3 -> 2M(NO3)2 + 3H2O + N2O3

4) M + 4HNO3 -> 4M(NO3)2 + 2H2O + NO2

5) 5M + 12HNO3 -> 5M(NO3)2 + 6H2O + N2

6) 8M + 18HNO3 -> 8M(NO3)2 + 6H2O + 2NH3

7) 6M + 14HNO3 -> 8M(NO3)2 + 4H2O + 2NH2OH

4. a) ¿En que se basa el método de Ostwald de obtención de ácido nítrico? Escribir las ecuaciones químicas correspondientes;

fuente: https://www.youtube.com/watch?v=-GeFDWgFEJs

https://www.youtube.com/watch?v=HYSry_kT6SM

NH3 + O2 -> NO + H2O

En un horno reactor a 900ºC se lleva a cabo la reacción de oxidación del amoníaco con oxigeno generalmente del aire. La reacción es catalizada con membranas de platino dentro del reactor.

Se debe retirar el agua, y el gas se separa y se envía a una segunda cámara de oxidación.

2NO + O2 -> 2NO2

NO2 -> N2O2

En una segunda cámara de oxidación se procede a oxidar el nitrógeno a valencias superiores.

El producto de la cámara es enviado a torres de absorción en las que se hace subir el NO2 y se hace llover H2O caliente o vapor para generar la siguiente reacción:

3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO

Por la parte superior de la torre se extrae una mezcla de gases que contienen NO2 que no reaccionó, NO, etc, mientras que en los colectores de la torre se obtiene H20 con HNO3 disuelto.

Podríamos resumir el método como la oxidación catalizada a 900ºC de amoníaco a oxidos nitrosos, y la absorción de los mismos con agua para obtener acido nítrico.

b) Dibujar un diagrama de flujo simplificado para la obtención de ácido nítrico, con las referencias habituales (temperaturas, presiones, reacciones químicas, catalizadores, etc.);

Aire libre de polvo (O2) y amoníaco seco (NH3) reaccionan en una cámara con membranas de platino y rodio (Pt y Rh) que catalizan la reacción.

La reacción se lleva a cabo a entre 700 y 800 ºC

La presión es de al rededor de 5 atm.

los filtros son importantes para no envenenar el catalizador.

A pesar de esto, deben ser reemplazados. en una de las fuentes la planta reemplazaba las mayas catalizadoras cada 3 o 4 meses. Las mismas son (obviamente) recicladas.

4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6 H2O

El gas de oxido nítrico con agua se enfría a 50ºC y el agua condenza y es separada.

Ahora seco, el oxido nítrico entra en una cámara de oxidación donde se le agrega oxigeno para obtener:

2NO + O2 -> 2NO2

Luego el dioxido de nitrogeno entra en una torre de abrorsión. En una de las fuentes muestran que la torre esta llena de cuarzo resistente al acido, y el gas se ingresa por la parte inferior mientras que se ingresa agua caliente por la parte superior.

Así se obtiene la reacción:

4NO2 + 2H2O + O2 -> 4HNO3

En la parte inferior de la torre se obtiene acido nítrico, en la parte superior gases que son reciclados en el proceso.

Se obtiene segun una de las fuentes al 69% de pureza, diluido en agua.

c) ¿cuáles son las modificaciones más comunes al método de Ostwald; señalar sus ventajas.

fuente:
https://www.youtube.com/watch?v=FIxz7biiIG0

En este caso real el amoníaco viene en forma liquida y debe ser evaporado primero. Se aprovecha esta etapa para mezclarlo con aire.

El amoníaco se produce cerca, en la misma planta.

5. a) ¿Cómo se almacena y transporta el HNO3?;

Segun la fuente:

http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/6nitrico.pdf

Almacenar en lugares fríos, secos y bien ventilados. Mantégase alejado de álcalis, metales, productos orgánicos, material oxidable y, en general, de los productos mencionados en las Propiedades Químicas. El ácido nítrico en todas sus concentraciones debe ser almacenado en tambos y tanques de acero inoxidable, pero si la concentración es mayor de 80 % puede hacerse en recipientes de aluminio. Para cantidades pequeñas pueden utilizarse recipientes de vidrio protegidos con latas metálicas y empacadas en cajas o barriles de madera.

http://www.ciafa.org.ar/files/t8nqSMsoIxouFBASKVgK1UinhYtE1aaeCY7UkvV2.pdf

b) ¿Cuáles son sus aplicaciones más importantes?;

Las dos principales aplicaciones del acido nítrico se derivan de su reacción con el amoníaco:

NH3 + HNO3 -> NH4NO3

que es un precursor de fertilizantes (el 80% del acido nítrico mundial se usa para producir fertilizantes, segun una de las fuentes citadas) o explosivos, entre otras aplicaciones.

c) comentar brevemente las propiedades características de los siguientes compuestos del nitrógeno y su relación con el HNO3: HNO2, N2O, NO, NO2, N2O4, N2O3, N2O5.

HNO2: Acido Nitroso

Síntesis

Puede obtenerse agregándole un ácido mineral (como el sulfúrico) al nitrito de sodio.

Descomposición

El ácido nitroso es bastante inestable, y se descompone rápidamente a óxido de nitrógeno (lV), óxido de nitrógeno (II) y agua cuando se encuentra en solución:

2 HNO₂ → NO₂ + NO + H₂O

También se puede descomponer en ácido nítrico, óxido de nitrógeno (I) y agua:

4 HNO₂ → 2 HNO₃ + N₂O + H₂O

Relación:

La relación es clara: el acido nitroso es inestable y produce acido nitrico o sus precursores espontaneamente en su descomposición.

N2O: Oxido Nitroso

gas de la risa

Síntesis

El óxido de nitrógeno (I) se genera convenientemente por la termólisis controlada del nitrato amónico o por reacción de amoníaco con ácido nítrico. Hay que controlar bien las condiciones de esta reacción porque existe el peligro de explosión. El óxido de nitrógeno (I) se forma también en condiciones anaeróbicas a partir de abonos minerales en el suelo. Es un gas que contribuye al efecto invernadero y tiene una permanencia media de 100 años en la atmósfera. Actualmente se atribuye el 5 % del efecto invernadero artificial a este gas. Además ataca la capa de ozono, reduciendo el ozono a oxígeno molecular y liberando dos moléculas de monóxido de nitrógeno.

Usos en automovilismo

Hoy en día este gas es utilizado en automóviles convencionales modificados. La cadena molecular del gas se rompe durante la combustión en la cámara, a unos 275 °C de temperatura, produciendo un aumento del oxígeno (sobrealimentación) disponible para la combustión con el consecuente aumento de potencia. Así mismo el nitrógeno liberado presente en la cámara actúa como un amortiguador térmico tras el aumento de energía liberada

NO: Oxido nítrico

Es un precursor. Se lo debe oxidar a NO2 para poder ser absorbido por el agua en la torre de absorción en el método de ostwald.

NO2, N2O4, N2O3, N2O5:

Oxidos superiores del nitrógeno, que reaccionan con el agua de la torre de absorción para obtener acido nitrico.

6. Ajustar las siguientes ecuaciones químicas:

a) Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO + H2O

2Cu + 6HNO3 -> 2Cu(NO3)2 + 2NO + 3H20

b) HNO2 = NO + NO2 + H2O

2HNO2 -> NO + NO2 + H2O

7. Como se sabe, tanto el ácido nítrico como el ácido clorhidrico son ácidos “fuertes”:

a) calcular la concentración de iones oxonio en una solución obtenida a partir de 200 mL de HCl 0,01 M y 300 mL de HNO3 0,04 M (considerar despreciable el cambio de volumen que se produce al preparar la solución final);

Acidos fuertes:

HCl (aq) -> H+ + Cl-

HNO3 (aq) -> H+ + NO3-

Se asume disociación completa.

Resultado:

0,014mol/0,5l=

0,028M

b) calcular la concentración de NO3 - , Cl- y HO- en la solución.

[CL-]=0,004M

[NO3-]=0,024M

[OH-]=10^(-7)/[H+]= 3,54*10^(-15)M

8. La obtención de sales solubles en agua suelen implicar un proceso y un conjunto de operaciones comunes a todas ellas:

a) resumir el procedimiento;

Acido + Base -> Sal + Agua

AKA Neutralización.

b) dar ejemplos (con ecuaciones químicas) para la obtención de: nitrato de calcio (método de la BASF), sulfato de amonio y nitrato de amonio.

(agradecería ayuda con BASF, no entontré mucho)

Nitrato de calcio

2 HNO3 + Ca (OH) 2 → Ca (NO3) 2 + 2 H2O

Sulfato de amonio

2NH4OH + H2SO4 => (NH4)2SO4

Nitrato de amonio

 ${\rm {NH_{4}OH+HNO_{3}\rightarrow NH_{4}NO_{3}+H_{2}O\,\!}}$

9. a) Buscar las palabras que correspondan en el diccionario de la Real Academia (www.rae.es) y concluir si es lo mismo abonar que fertilizar el suelo,

Fertilizar: Hacer que la tierra sea fértil o más fértil.

Abonar: Echar en la tierra laborable o sobre las plantas sustancias que mejoren su fertiliad.

Fertilizar no necesariamente implica agregar sustancias a la tierra, mientras abonar si lo implica.

b) ¿por qué los compuestos nitrogenados son fertilizantes?,

Porque el nitrógeno, si bien es abundante en la naturaleza, no es absorbible por las plantas en su estado gaseoso.

A pesar de eso es sumamente necesario para el crecimiento de las plantas, por lo que suele ser un nutriente limitante en las plantaciones.

c) ¿hay fertilizantes naturales?; explicar.

Fertilizantes como la materia vegetal compostada, las cenizas, etc son abonos que se pueden producir en la naturaleza por eventos naturales.

10. ¿Qué porcentaje de nitrógeno hay en las siguientes sales:

a) nitrato de calcio trihidratado,

b) nitrato de calcio pentahidratado,

c) nitrato de amonio,

d) sulfato de amonio,

e) urea, CO(NH2)2.

11. Explicar en forma simplificada el proceso industrial para obtención de nitrato de calcio.

Formas de obtención de Nitrato de Calcio

El Nitrato de Calcio es un compuesto químico formado por nitrógeno, oxígeno y calcio. Para obtener este compuesto se lo realiza de diversas formas:

Es producida por el tratamiento de la piedra caliza con ácido nítrico, seguida de una neutralización con amoníaco:

CaCO3(s) + 2 HNO3(ac) → Ca (NO3)2(s) + CO2(g) + H2O(l)

También es un subproducto del proceso de Odda para la extracción de fosfato de calcio, lo que es el caso de la producción en Porsgrunn:

Ca3 (PO4)2(s) + 12 HNO3(ac) → H2O(l) +2 H3PO4(l) + 3 Ca (NO3)2(s) + 12 H2O(l)

También puede ser preparado a partir de una solución acuosa de nitrato de amonio e hidróxido de calcio: 2 NH4NO3(ac) + Ca(OH)2(s) → Ca (NO3)2(s) + 2 NH4OH(ac)

Como el metal alcalino-térreos relacionados nitratos (así como LiNO3), Nitrato de Calcio se descompone al calentarse y la liberación de dióxido de nitrógeno:

Ca (NO3)2(s) → 2 CaO(s) + 4 NO2(g) + O2(g)

12. El nitrato de amonio es una sustancia explosiva de uso civil y militar:

a) escribir la ecuación química para la reacción de descomposición explosiva

El nitrato de amonio en combinación con un derivado del petróleo, da lugar a un explosivo llamado ANFO (ammonium nitrate fuel oil), que ha sido usado en ataques terroristas, por ejemplo el atentado a la AMIA en Argentina en el año 1994, entre otros. El ANFO también es usado por empresas mineras o empresas de demoliciones, dado que es un explosivo muy barato, fácil de conseguir y bastante seguro. La proporción de nitrato de amonio y el derivado del petróleo es variable, pero por lo general está en el entorno de 90 a 97 % de nitrato de amonio y 3 a 10% de keroseno u otro derivado.

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