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Principales Procesos Unitarios
Combustión: es una reacción de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran
cantidad de puntos en forma de calor y luz, manifestándose visualmente gracias al fuego, u otros.
En toda combustión existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustión
(comburente).
Ejemplo:
cuando quemas un papel
cuando prendes un mechero
Oxidación: es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto
aumenta su estado de oxidación. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula
es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
Ejemplo:
La corrosión de los metales.
La putrefacción.
Neutralización: se lleva a cabo al combinar un acido con un base en general producen un
hidróxido formando agua y sal.
A este tipo de reacción se le conoce como reacción de doble sustitución o reacción de
metátesis, esto es por que intercambian parejas de iones.
Este tipo de reacciones son especialmente útiles como técnicas de análisis cuantitativo.
Ejemplo:
HCl+NaOH---> NaCl +H2O
HNO3+ Al(OH)3--->Al(NO3)3+H2O
Formación de Silicatos: son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues
constituyen más del 95% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia
geológica por ser petrogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos lossilicatos están compuestos por silicio y oxígeno. Estos elementos pueden estar acompañados
de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio.
Ejemplo:
H2SiO3 + 2 Na(OH) -----> Na2SiO3 + 2 H2OSilicato de sodio / Trioxo silicato de disodio / Silicato(IV) de sodio (I)
3 H2SiO3 + 2 Al(OH)3 -----> Al2(SiO3)3 + 6 H2OSilicato de aluminio / Tris-Trioxo silicato de dialuminio / Silicato(IV) dealuminio (III)
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Caustización: Es cuando a algún material es impregnado con alguna sustancia causticacomo la sosa.
Ejemplo:
Proceso unitario que implica al carbonato sódico con cal y la producción electrolítica
de sosa cáustica con sal común produciendo hidróxido sódico.
Electrolisis: es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de
la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (unareducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).
Ejemplo: La electrolisis del agua para producir hidrogeno y oxigeno
2 H2O ---------------- 2 H2 + O2
La electrolisis del cloruro de sodio para generar sodio y cloro2 NaCl ----------------- 2 Na + Cl2
Doble descomposición: Es una variedad del cambio químico que consiste en el
intercambio simple de las partes de dos sustancias compuestas para formar dos nuevas
sustancias.
Ejemplo:
BaO2(s) + H2SO4(ac) -> BaSO4(s) + H2O2(l) (obtención del agua
oxigenada)
Calcinación: es el proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada, (temperaturade descomposición), para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su
constitución física o química. El proceso, que suele llevarse a cabo en largos hornos
cilíndricos, tiene a menudo el efecto de volver frágiles las sustancias.
Ejemplo:
calcinación de la piedra caliza para expulsar el dióxido decarbono.
descomposición de minerales hidratados, como en la
calcinación de bauxita y de yeso, para eliminar el agua
cristalina en forma de vapor de agua.
Nitración: es un proceso químico general para la introducción de un grupo nitro en
un compuesto químico mediante una reacción química.
Ejemplo:
Conversión de glicerina en nitroglicerina con
ácido nítrico y sulfúrico
Nitratos alcalinos en presencia de ácido sulfúrico.
Nitratos orgánicos como nitratos de acetilo de
benzoilo.
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Esterificación: Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un
éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido
carboxílico y un alcohol.
Ejemplo:
CH3COOH + CH3CH2OH -------(H+)-----> CH3COOCH3CH2 + H2OReacción del ácido acético con etanol, cuyo producto es un éster llamado acetato de etilo
Reducción: Es toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre
los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.1
Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento
que ceda electrones, y otro que los acepte.
Ejemplo:
N5+
+ 3e- → N
2+
Cu 0
+ HNO3 → 3Cu(NO3)2 + H2O + 2NO
Amonolisis: La amonolisis consiste en la aminación de compuestos por el uso de amoniaco
(NH3). La aminación es el proceso de introducir el grupoamino ( –NH2) dentro de un
compuesto orgánico.
Ejemplo:
la producción de anilina (C6H5NH2) mediante la reducción de nitrobenceno(C6H5NO2).
Halogenación: Es el proceso químico mediante el cual se adicionan uno o varios átomos de
elementos del grupo de los halógenos (grupo 17 de la tabla periódica) a
una molécula orgánica. Una de las halogenaciones más simples es la halogenación
de alcanos. En estas reacciones los átomos de hidrógeno de los alcanos resultan sustituidos
total o parcialmente por átomos del grupo de los halógenos.
Ejemplo:
FeCl3
HC = CH + 2Cl2 Cl2HC - CHCl2
En las halogenaciones a los dobles enlaces demuestra que H (entalpía) es fuertemente
exotérmica para todos los halógenos y S (entropía) es del orden de las -30 cal por mol y
grado.
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Isomerización
Se define isomerización como el proceso químico mediante el cual una molécula es transformada en otra que
posee los mismos átomos pero dispuestos de forma distinta. De este modo, se dice que la primera molécula es
un isómero de la segunda, y viceversa.1 En algunos casos y para algunas moléculas, la isomerización puede
suceder espontáneamente. De hecho, algunos isómeros poseen aproximadamente la misma energía de
enlace, lo que conduce a que se presenten en cantidades más o menos iguales que se interconvierten entre sí.
La diferencia de energía existente entre dos isómeros se denomina energía de isomerización. Las reacciones
de isomerización son comunes en el metabolismo celular.
Ejemplo:
Los anillos de de α-D-ribofuranosa y β-D-ribofuranosa (dos monosacáridos tipo pentosa) sólo difieren en el
carbono en posición 1, que se denomina carbono anomérico; estos monosacáridos, denominados
isómeros anómeros, pueden interconvertirse mediante la enzima mutarrotasa mediante un mecanismo que
involucra un intermediario de cadena abierta.
Aromatización
Aromatización es el proceso químico mediante el cual una molécula orgánica (o una parte de ella) es
convertida en un anillo bencénico (también llamado anillo aromático). La tautomería ceto-enólica hace parte de
dicho proceso químico, por ejemplo en la biosíntesis de compuestos aromáticos en
las plantas y microorganismos.
Ejemplo :
Los cereales a aromatizar e incluso a saborizar, pueden ser, por ejemplo, el arroz, y se introducen en el interior
de una cámara de climatización en la que se introduce aire frío que es calentado hasta una temperatura interior
comprendida entre 15°C y 30°C, aplicándose a dicha cámara es la que están los cereales que se pretenden
aromatizar, durante un tiempo -determinado, de manera tal que la aromatización se consigue mediante aire que
penetra al interior de la cámara a través de orificios establecidos en un distribuidor , previo paso del aire por un
filtra , un refrigerador y un compresor , existiendo entre el refrigerador y el compresor el depósito de aceite
esencial del que el aire extrae la esencia, consiguiéndose ésta óptimamente por medio de las turbulencias
creadas en esa zona por medio de una llave de obturación parcial.
Esquema :
Estructura química del benceno, un anillo aromático simple.
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Polimerización
La polimerización es un proceso químico por el
que los reactivos, monómeros (compuestos de
bajo peso molecular) se agrupan químicamente
entre sí, dando lugar a una molécula de gran
peso, llamada polímero, o bien una cadena
lineal o una macromolécula tridimensional.
Polimerización por crecimiento en cadena y en etapasEn la polimerización por crecimiento en cadena los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno
en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se
incrementa de uno en uno, monómero a monómero. La mayoría de las polimerizaciones por crecimiento en
cadena es por poliadición.
En la polimerización por crecimiento en etapas (o pasos) es posible que un oligómero reaccione con otros,
por ejemplo un dímero con un trímero, un tetrámero con un dímero, etc., de forma que la cadena se incrementa
en más de un monómero. En la polimerización por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden
reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. En
una polimerización por crecimiento de cadena sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en
crecimiento. La mayoría de las polimerizaciones en etapas es por policondensación.
Condensación
La condensación es el cambio de fase de la materia que se encuentra en
forma gaseosa (generalmente vapores) y pasa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se
produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado
sublimación inversa o deposición. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
Proceso
Aunque el paso de gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura, generalmente
se llama condensación al tránsito que se produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se usa una
sobrepresión elevada para forzar esta transición, el proceso se denomina licuefacción.
El proceso de condensación suele tener lugar cuando un gas es enfriado hasta su punto de rocío, sin embargo
este punto también puede ser alcanzado variando la presión. El equipo industrial o de laboratorio necesario
para realizar este proceso de manera artificial se llama condensador.
La ciencia que estudia las propiedades termodinámicas del aire húmedo y los efectos que tiene la variación de
la humedad atmosférica sobre los materiales y el ser humano. Las interrelaciones entre los parámetros que
determinan la condición del aire húmedo se representan en los diagramas psicrométricos. La condensación es
un proceso regido con los factores en competición de energía yentropía. Mientras que el estado líquido es más
favorable desde el punto de vista energético, el estado gas es el más entrópico.
Ejemplo:
La lluvia.
El rocío en la madrugada, esto es, al primer el factor energético frente al entrópico.
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Reacciones de Friedel-Crafts
Las reacciones de Friedel-Crafts son un tipo de reacción de sustitución electrófila aromática en las que en
un compuesto aromático un átomo de hidrógeno es sustituido por un alquilo, alqui lación d e Friedel-Crafts , o
un grupo acilo, aci lación de Friedel-Crafts . Fueron descubiertas el año 1877 por el químico francés Charles
Friedel y por el químico norteamericano James M. Crafts.
Ejemplo de alquilación de Friedel-Crafts: reactivos: benceno yclorometano; catalizador: cloruro de aluminio;
productos: tolueno ycloruro de hidrógeno
Inconvenientes de la alquilación de Friedel-Crafts
Polisustitución, más de un grupo alquilo se une al anillo aromático. Esto es debido a que el
alquilo activa el anillo aromático y lo vuelve más nucleófilo que el reactivo de partida.
Transposición, un carbocatión primario se convierte en secundario o terciario por desplazamiento de
hidrógeno o alquilo, dada la mayor estabilidad de los carbocationes en el sentido primario < secundario <
terciario. Por tanto el carbocatión intermedio sufre transposiciones que implican la obtención de productos no
deseados.
Esto limita su utilidad sintética.
Alquilación
En la química orgánica, se denomina alquilación a la transferencia de un grupo alquilo de una molécula a otra.El grupo alquilo puede ser transferido como un carbocatión de alquilo, un radical libre, un carbanión o
un carbeno (o sus equivalentes).1 Los agentes alquilantes son ampliamente utilizados en la química ya que el
grupo alquilo es probablemente el grupo más común entre las moléculas orgánicas. Numerosas moléculas
orgánicas objetivo o sus precursores sintéticos están formadas por una cadena alquilo que contiene grupos
funcionales específicos en un determinado orden. Se utiliza la alquilación selectiva, o el agregado de partes a
la cadena con los grupos funcionales deseados, especialmente cuando no existe un precursor biológico común.
La alquilación con solo un átomo de carbono se denomina metilación.
En el contexto de la refinación del petróleo, se utiliza el término alquilación para referirse a un procedimiento
en donde se combinan olefinas con parafinas para formarisoparafinas de alto peso molecular . Es usual, la
alquilación del isobutileno (olefina) con isobutano para producir una mezcla del isobutano con isooctano. Es unproceso muy importante en la refinación del petróleo porque produce un número de octanos superior a 87.
En el ámbito de la medicina, la alquilación del ADN se utiliza en quimioterapia para afectar el ADN de las
células cancerígenas. La alquilación se realiza mediante un tipo de substancias denominadas agentes
alquilantes.
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Hidrogenación
La hidrogenación es un tipo de reacción química (redox) cuyo resultado final visible es la adición
de hidrógeno (H2) a otro compuesto. Los objetivos habituales de esta reacción son compuestos
orgánicos insaturados, como alquenos, alquinos,cetonas, nitrilos, y aminas. La mayoría de las hidrogenaciones
se producen mediante la adición directa de hidrógeno diatómico bajo presión y en presencia de un catalizador.
Un ejemplo típico de hidrogenación es la adición de hidrógeno a los dobles enlaces, convirtiendo los alquenos
en alcanos.
La hidrogenación tiene importantes aplicaciones en la industria farmacéutica, petroquímica y alimentaria.
Proceso
Los usos tecnológicos del H2 a mayor escala son la hidrogenación y la hidrogenólisis, reacciones asociadas
tanto a las grandes como a las pequeñas industrias químicas. La hidrogenación es la adición de
H2 a compuestos orgánicos insaturados, como alquenos para dar alcanos, o aldehídos para dar alcoholes. La
hidrogenolisis es la separación del enlace C-X (X = O, S, N) mediante H 2 para dar dos enlaces C-H y H-X. Las
aplicaciones a gran escala de la hidrogenolisis están relacionadas con la mejora de combustibles fósiles.
La hidrogenación tiene tres componentes: el sustrato insaturado, la fuente de hidrógeno y un
catalizador metálico. La reacción se lleva a cabo a diferentes temperaturas y presiones dependiendo del
sustrato y la actividad del catalizador.
Ejemplo de una reacción de hidrogenación: adición de hidrógeno al ácido maleico para convertirse en ácido
succínico, la reacción se lleva a cabo a presión (3 atm) catalizada por paladio.1
Hidrólisis
Hidrólisis (del griego: ὕδωρ, hudōr , ‘agua’; y λύσις, lysis, ‘ruptura’ o ‘disociación’) es una reacción
química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos
pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en
los que el agua actúa comodisolvente.
Hidrólisis ácido-base
En la hidrólisis ácido-base el agua se divide en el ion hidroxilo OH- y un ion H
+ (el cual es inmediatamente
hidratado para formar el ion hidronio H3O+). Esta reacción sucede espontáneamente en agua pura, y en
el equilibrio la concentración de iones hidronio en agua es [H3O+] = 1 × 10
–7 M. Esta es también la
concentración de iones hidroxilo puesto que cada molécula de agua que se divide genera un hidroxilo y un
hidronio. Dicho equilibrio se denomina autoprotólisis:
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La adición de algunas sustancias al agua, por ejemplo una sal, modifica el equilibrio.1 Al ser disueltos en agua,
los iones constituyentes de una sal se combinan con los iones hidronio, hidroxilo, o ambos, procedentes de la
disociación del agua. Al consumirse estos iones se modifica su concentración y, como consecuencia, se
modifica el valor del pH.
Los iones A-
, BH+
procedentes de ácidos débiles AH, bases débiles B o sales AB se hidrolizan por acción delagua, dependiendo el grado de la reacción de la debilidad del ácido o de la base, y la solubilidad de la sal; los
iones procedentes de ácidos o bases fuertes no se hidrolizan apreciablemente. Tanto la reacción como
su constante de equilibrio se pueden obtener por combinación de la reacción ácido-base con la reacción de
autoprotólisis del agua. Así, las sales obtenidas a partir de ácidos y bases fuertes no se hidrolizan, las
obtenidas a partir de ácidos y bases débiles se hidrolizan de forma que el pH depende de las dos constantes, y
en las obtenidas a partir de una combinación de ácido y base en las que sólo uno es fuerte, será el fuerte el
que determine el pH.
Sulfonacion
Sulfonación es todo procedimiento por el cual se introduce el grupo sulfónico - SO2OH (*) a un átomo de
carbono, o algunas veces a un átomo de nitrógeno. El resultado es la obtención de ácido sulfónico
correspondiente.
La sulfonación requiere el concurso del trióxido de azufre, que se protona en presencia del ácido sulfúrico y se
"activa", dando lugar a un electrófilo más potente.
La reacción de sulfonación es reversible. El grupo sulfónico puede introducirse y, en una reacción posterior,
eliminarse. Esto puede permitir el bloqueo momentáneo de una posición del benceno en una secuencia de
síntesis.
La sulfonación de anillos aromáticos proporciona ácidos arilsulfónicos, se lleva a cabo empleando ácido
sulfúrico fumante, disolución al 7% de trióxido de azufre (SO3) en H2SO4. El SO3 es un electrófilo fuerte,
puesto que los tres enlaces sulfonilo (S=O) atraen la densidad electrónica y la retiran del átomo de azufre. Acontinuación, se indican las estructuras resonantes del SO3.
