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FERTILIZANTES : PRODUCTOS
QUÍMICOS ESTRATÉGICOS
Morales Castillo Andrea.
Godínez García Blanca K.
Maldonado Escobar Kevin.
Patiño Robles Irving
¿Qué importancia tiene la industria de
los fertilizantes en México?
Definición de fertilizante:
Sustancia o mezcla química natural o sintética
utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el
crecimiento vegetal.
Clasificación de los fertilizantes
Orgánicos : Los abonos orgánicos aportan muchas
bacterias y elementos necesarios para las plantas,
en general, no tienen efectos tan rápidos. A medio
plazo, aportan fertilidad al suelo.
*Restos en descomposición
* El estiércol
Inorgánico: están fabricado por medios industriales,
como los abonos nitrogenados (hechos a partir de
combustibles fósiles y aire) como la urea o los
obtenidos de minería, como los fosfatos o
el potasio, calcio, zinc.
Importancia de la producción de fertilizantes para
abastecer de alimentos a la creciente población
humana
Debido a la sobre población no solo en
México si no en todo el mundo los alimentos
han escaseado, pero gracias a los fertilizantes
ya sean químicos o naturales, el
abastecimiento a “toda la población” a sido un
éxito, aumentan el crecimiento de los frutos.
¿Cómo se sintetizan los fertilizantes
químicos?
¿Cómo es la producción de fertilizantes
nitrogenados y fosfatados?
Producción de fertilizantes
nitrogenados:
El primer paso en la obtención de fertilizantes
nitrogenados es la producción de amoníaco a
través de la fijación del nitrógeno del aire al
hidrógeno procedente de la combustión de
hidrocarburos.
En la producción de fertilizantes nitrogenados, la
ruta tradicional es la siguiente:
* Utilizar amoniaco para producir urea, esta urea
se utiliza como fuente de nitrógeno (ureico) en la
preparación de fertilizantes.
*Utilizar amoniaco para producir ácido nítrico, vía
oxidación del amoníaco con aire,se utiliza como
fuente de nitrato en la preparación de
fertilizantes. En esta ruta se genera óxido nitroso
(N2O) durante la obtención del ácido
nítrico, y no se utiliza el CO2 generado en la
producción del amoníaco.
* Utilizar amoniaco como fuente de nitrógeno
(amonio) en la preparación de fertilizantes.
En esta ruta no se utiliza el CO2 generado en la
producción del amoníaco
Producción de fertilizantes fosfatados:
La producción de fertilizantes fosfatados está
basada en la transformación del fosfato insoluble
de la roca fosfática a formas solubles, utilizando
ácidos minerales como reactivos para lograr dicha
solubilización.
El ácido mineral más utilizado es el ácido sulfúrico.
se realiza de tres maneras:
Acidulación parcial: solo se transforma una parte
del fosfato de la roca insoluble a
fosfato monocálcico soluble.
Acidulación total: se transforma todo el fosfato de
la roca a fosfato monocálcico.
Digestión total: se transforma todo el fosfato de la
roca en ácido fosfórico.
Recursos de producción (materias
primas, sintéticas o naturales):
*El manejo adecuado del agua:
El agua disponible para uso agrícola es cada vez
más escasa, y en muchos casos es alcalina y de alta
dureza. Es primordial incorporar técnicas de
fertilización que logren un manejo más eficiente y
más racional del agua (fertirrigación.)
El manejo adecuado del suelo:
Se requiere incorporar nuevos suelos a la
agricultura, pero los disponibles para este fin
presentan baja calidad físico-química que se
expresa fundamentalmente como: baja fertilidad,
acidez, salinidad, sodicidad y compactación
Tipos de reacción síntesis o
neutralización.
Síntesis:
Consiste en que dos o mas reactivos forman un solo
producto. En este tipo de reacciones generalmente
se libera calor, es decir que son exotérmicas. Es
típica en la formación de un compuesto por
combinación directa de sus elementos.
Formación del cloruro de amonio
NH3(g) + HCl → NH4Cl(s)
Neutralización:
Reacción química que ocurre cuando los
reaccionantes están constituidos por un ácido y
una base. Generalmente son reacciones
exotérmicas y el calor asociado se conoce
como Calor de neutralización.
Definición y propiedades ácidos y
bases
Los Ácidos:
Sus disoluciones acuosas tienen sabor ácido y son
conductoras. Corroen el metal desprendiendo H2 y
enrojecen el Tornasol azul; decoloran la
Fenolftaleína, y se vuelven menos ácidos cuando se
mezclan con las bases. Se neutralizan con las bases
dando lugar a sales.
Las Bases:
Sus disoluciones acuosas tienen sabor cáustico y
tacto jabonoso, además de ser conductoras y
resbaladizas. El tornasol vira al azul y enrojecen la
Fenolftaleína Se vuelven menos básicas cuando se
mezclan con ácidos neutralizándose y dando lugar
a la formación de sales.
Propiedades de los ácidos:
Conducen la corriente eléctrica cuando están disueltos
en agua.
Algunos metales (Zn, Mg,...) reaccionan con los
ácidos desprendiendo hidrógeno (H2).
Presentan sabor agrio, el denominado sabor ácido(1)
Reaccionan con el mármol, desprendiendo CO2.
Modifican el color de las sustancias denominadas
indicadores
Propiedades de las bases:
Conducen la corriente eléctrica cuando están disueltos
en agua.
Tienen sabor amargo (1) y son untuosas al tacto (1).
Reaccionan con los ácidos produciendo sustancias
totalmente diferentes (bases).
Teoría de Arrhenius.
* Acido. Es toda sustancia que en solución acuosa
produce iones hidrógeno (protones).
* Base. Sustancia que en solución acuosa produce
iones OH (hidróxido). Y si se combina un ácido con
una base, produce sal y agua.
Teoría de Brönsted - Lowry.
Establecieron que en una reacción redox hay
transferencia de protones (Teoría del intercambio
protónico).
* Ácido. Es un ion que cede un protón.
* Base. Es un ion que acepta un protón
Reversibilidad y equilibrio en las
reacciones químicas acido-base
Reactivos Productos Cuando en las concentraciones
de reactivos y productos ya no hay un cambio neto
se dice que se ha llegado al equilibrio.
Una reacción química alcanza el equilibrio en el
instante que los productos se forman a la misma
rapidez que los reactivos.
En los cambios químicos, el equilibrio es dinámico,
ya que, aun cuando ya no se observan variaciones,
las reacciones continúan ocurriendo en ambos
sentidos y con la misma rapidez. Un ejemplo de
equilibrio dinámico es la reacción de síntesis del
amoniaco.
2N2 + 3H2 2NH3
El equilibrio trae a nivel industrial consecuencias
económicas muy graves, ya que los reactivos no se
utilizan completamente. Los reactivos se están
formando continuamente a partir de los productos.
Para desplazar el equilibrio a la derecha
(productos), es necesario buscar las condiciones
optimas de reacción (concentración de reactivos,
presión, temperatura uso de catalizadores, etc.
¿Cómo modificar el equilibrio de una
reacción química?
Definición de energía de ionización: también
llamada potencial de ionización, es la energía que
hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y
en estado fundamental, para arrancarle el electrón
más débil retenido.
Definición de energía de disociación de enlace: La
energía de disociación de enlace es una manera de
medir la fuerza de un enlace químico. Se puede
definir como la energía que se necesita para
disociar un enlace mediante homólisis.
Factores que afectan la rapidez de
una reacción química
la velocidad de una reacción se ve influida por una
serie de factores; entre ellos se pueden destacar:
Naturaleza de los reactivos
Se ha observado que según los reactivos que
intervengan, las reacciones tienen distinta
velocidad, pero no se ha podido establecer aún
unas reglas generales.
Concentración de los reactivos
La velocidad de reacción aumenta con la
concentración de los reactivos. Para aumentar la
concentración de un reactivo:
Si es un gas, se consigue elevando su presión.
Si se encuentra en disolución, se consigue
cambiando la relación entre el soluto y el
disolvente.
Superficie de contacto de los reactivos
Cuanto más divididos están los reactivos, más
rápida es la reacción. Esto es así porque se
aumenta la superficie expuesta a la misma.
Temperatura
En general, la velocidad de una reacción química
aumenta conforme se eleva la temperatura.
Presencia de catalizadores
Un catalizador es una sustancia, distinta a los
reactivos o los productos, que modifican la
velocidad de una reacción. Al final de la misma, el
catalizador se recupera por completo e inalterado.
En general, hace falta muy poca cantidad de
catalizador.
Los catalizadores aumentan la velocidad de la
reacción, pero no la cantidad de producto que se
forma.
Teoría de las colisiones
La teoría de las colisiones propuesta por Max
Trautz y William Lewis en 1916 y 1918,
cualitativamente explica como reacciones químicas
ocurren y porque las tasas de reacción son
diferentes para diferentes reacciones.
Basada en la idea que partículas reactivas deben
colisionar para que una reacción ocurra, pero
solamente una cierta fracción del total de colisiones
tiene la energía para conectarse efectivamente y
causar transformaciones de los reactivos en
productos.
Según esta teoría para que se produzca una
reacción deben cumplirse tres condiciones:
Las moléculas de los reactivos tienen que
chocar entre sí.
Estos choques deben de producirse con energía
suficiente de forma que se puedan romper y
formar enlaces químicos.
En el choque debe haber una orientación
adecuada para que los enlaces que se tienen que
romper y formar estén a una distancia y posición
viable.
Hay dos tipos de colisiones:
Horizontal – Colisión más lenta
Vertical – Colisión más rápida, colisión efectiva
Veamos los dos modelos de colisiones para la
formación de dos moléculas de HCl:
Colisión Horizontal:
Observemos que luego de la primer colisión existe
formación de apenas una molécula de HCl. La
segunda molécula se formará en la segunda
colisión.
Colisión Vertical
Observe que la molécula de H2 se aproxima de la
molécula de Cl2 con mucha velocidad. Enseguida,
se chocan violentamente formando dos moléculas
de HCl que se alejan enseguida.
La primera colisión forma el complejo activado (dos moléculas de HCl). Esta colisión sucede con mucha velocidad y por tanto más rápida y más efectiva. Torna la reacción química más rápida.El estado intermedio de reacción, donde se forma el complejo activado es un estado de transición donde hay un alto valor de energía involucrado.El complejo activado es la especie química con mayor valor energético en toda la reacción química que tiene vida muy corta.
Energía de activación
La Energía de activación en química y biología es
la energía que necesita un sistema antes de poder
iniciar un determinado proceso. La energía de
activación suele utilizarse para denominar la
energía mínima necesaria para que se produzca
una reacción química dada.
Un ejemplo particular es el que se da en la combustión de una sustancia. Por sí solos el combustible y el comburente no producen fuego, es necesario un primer aporte de energía para iniciar la combustión auto-sostenida. Una pequeña cantidad de calor aportada puede bastar que se desencadene una combustión, haciendo la energía calórica aportada las veces de energía de activación y por eso a veces a la energía de activación se la llama entalpía de activación.
Factores que afectan el estado de
equilibrio de una reacción
Existen diversos factores capaces de modificar el
estado de equilibrio en un proceso químico, como
son: la temperatura, la presión(afectando
al volumen) y las concentraciones.
La influencia de estos tres factores se puede
predecir, por el Principio de Le Chatelier:
Si en una reacción química en equilibrio se
modifican la presión, la temperatura o la
concentración de alguna de las especies
reaccionantes, la reacción evolucionará en uno u
otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado de
equilibrio.
Efecto de la temperatura
Es la única variable que, además de influir en el
equilibrio, modifica el valor de su constante.
Si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta la
temperatura, el sistema se opone a ese aumento de
energía calorífica desplazándose en el sentido que
absorba calor; es decir, hacia el sentido que marca
la reacción endotérmica.
Efecto de la presión
Si aumenta la presión la reacción se desplazará
hacia donde exista menor número de moles
gaseosos, para así contrarrestar el efecto de
disminución de volumen, y viceversa.
Efecto de las concentraciones
Un aumento en la concentración de uno de los reactivos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya.
Definir las condiciones en que se
efectúan las reacciones químicas:
Considérese una reacción química típica:
aA + bB → pP + qQ
Las letras minúsculas (a, b, p, y q) representan los coeficientes estequiométricos, mientras que las letras mayúsculas representan a los reactivos (A y B) y los productos (P y Q).
* Es importante tener en cuenta que la definición previa es válida sólo
para una sola reacción, en un sistema cerrado de volumen constante
De acuerdo a la definición del Libro Dorado de
la IUPAC2 la velocidad instantánea de
reacción v (r o R) de una reacción química que se
da en un sistema cerrado bajo condiciones de
volumen constante, sin que haya acumulación
de intermediarios de reacción, está definida por:
Para cualquier sistema en general, debe tomarse en
cuenta el balance de masas completo: ENTRANTE -
SALIENTE + GENERACIÓN = ACUMULACIÓN.
Cuando se aplica al caso más simple señalado
previamente, esta ecuación se reduce a:
Para una sola reacción en un sistema cerrado de
volumen variable, puede usarse la
denominada velocidad de conversión, con el fin de
evitar la manipulación de concentraciones. La
velocidad de conversión está definida como
la extensión de reacción con respecto al tiempo.
Pueden ser definidas usando una base diferente al
volumen del reactor. Cuando se usa un catalizador,
expresada en base al peso del catalizador (mol
g−1 s−1) o área de la superficie (mol m−2 s−1). Si
se toma como base un sitio específico de un
catalizador s−1, por lo que se le denomina
frecuencia de cambio, o de conversión
¿Debemos prescindir de los
fertilizantes?
Impacto socioeconómico y ambiental de la
producción y uso de los fertilizantes:
La sobrepoblación no solo en México si no en
todo el mundo ha producido que los alimentos
no sean los suficientes, como resultado del uso
de los fertilizantes el abastecimiento a “toda
la población” a sido un éxito, aumentan el
crecimiento de las cosechas, produciendo más
alimentos
La producción más elevada de productos, ha
incrementado considerablemente la oferta de
alimentos equilibra la demanda de ellos, lo que
resulta como ganancia para quienes se dedican a
la venta de los alimentos como los que producen y
venden los fertilizantes.
El impacto ambiental es muy elevado ya que los
fertilizantes inorgánicos pueden producir impurezas
en el suelo e incluso convertirlo en un suelo infértil
además de erosionarlo, además de que algunos de
ellos fungen como pesticidas matando especies de
insectos que ya han desaparecido o están en
peligro de extinción.
Bibliografía
http://tutoriales.conalepqro.edu.mx/yesy/Template
s/TEORIA%20DE%20COLISIONES.html
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/t
ema6/index6.htm#velocida
http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/prop
eriodicas/energioniza1.html
