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laboratorio n8
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
Guanare – Edo Portuguesa
BACHILLER:
Cristian Niño CI: 24.687.832
ING. CIVIL “C”
II SEMESTRE
OCTUBRE; 2015
INTRODUCCION
Las reacciones químicas ocurren espontáneamente en el Universo,
produciendo en forma lenta sustancias sencillas. En nuestro planeta, las
reacciones químicas también suceden espontáneamente, pero de manera
mucho más rápida y formando moléculas más complicadas, debido sobre
todo a la presencia de oxígeno en el aire y en las aguas de mares, ríos y
lagos.
Hablamos de reacción química cuando las moléculas de los
reactivos rompen alguno de sus enlaces para formar otros nuevos, lo que
conlleva la aparición de nuevas sustancias. Llamamos ecuación química a
la expresión en la que aparecen como sumandos las fórmulas de los
reactantes (sustancias que reaccionan) seguidas de una flecha, y las
fórmulas de los productos (sustancias que se producen) también
sumándose.
Deben incluirse los estados de agregación de las sustancias,
aunque si todas están en disolución o son gaseosas, se pueden obviar.
Para que se produzca la reacción es necesario que las moléculas de los
reactantes choquen entre sí, ya que es la única manera de que puedan
intercambiar átomos para dar los productos. Ésta es una condición
necesaria pero no suficiente ya que el choque debe darse con una
mínima energía para que los enlaces de los reactivos se puedan romper,
y con la orientación que les permita unirse para formar las moléculas de
los reactivos.
Reactantes.......→.....Productos
AB (g) + CD (g) → AC (g) + BD (g)
Es así entonces como en esta unidad vamos a estudiar las
transformaciones químicas, que son procesos en los que una serie de
sustancias reaccionan para dar otras con propiedades diferentes. Así
mismo veremos cómo ajustarlas (para poder relacionar las cantidades de
las sustancias implicadas) y las clasificaremos. Estudiaremos la energía
puesta en juego, los factores que influyen en su velocidad y terminaremos
viendo algunos ejemplos importantes a nivel industrial y de la naturaleza.
PRE-LABORATORIO
REACCION QUIMICA:
Las reacciones químicas son procesos en los que una o más
sustancias se transforman en otra u otras con propiedades diferentes.
Para que pueda existir una reacción química deben haber sustancias que
reaccionan y sustancias que se forman. Se denominará reaccionante o
reactivo a la sustancia química que reacciona. A las sustancias que se
generan debido a una reacción química se les denomina sustancia
resultante o producto químico. Los cambios químicos alteran la estructura
interna de las sustancias reaccionantes.
Generalmente, se puede decir que ha ocurrido una reacción si se
observa que al interactuar los "supuestos" reaccionantes se da la
formación de un precipitado, algún cambio de temperatura, formación de
algún gas, cambio de olor o cambio de color durante la reacción.
A fin de expresar matemática una reacción química se hace
necesario utilizar una expresión en la cual se señalan los reactivos y los
productos. Esta expresión recibe el nombre de ecuación química.
Existen cuatro tipos de reacciones:
a) Combinación
b) Descomposición
c) Desplazamiento
d) Doble combinación -
Las reacciones también pueden ser clasificadas en:
a) Reacción química homogénea.
b) Reacción química heterogénea.
El estudio de la rapidez con la que se efectúa una reacción
química, consumiendo reaccionantes químicos y liberando productos
químicos, se denomina cinética química. Se puede expresar la rapidez de
reacción como la relación que se presenta entra la masa de reaccionante
consumida y tiempo que dura la reacción. También se puede tomar la
rapidez de reacción como la relación existente entre la masa formada de
producto y el tiempo de reacción.
Existen varios factores que puede acelerar la rapidez de la
reacción química. Por ejemplo, si la concentración de los reaccionantes
aumenta, esto traerá como consecuencia que se incremente la rapidez de
la reacción química. De forma parecida si la superficie de contacto entre
los reaccionantes aumenta, también se verá un efecto de aumento de la
velocidad de reacción química. Otro factor que incrementa la rapidez de la
reacción química es el cambio de la temperatura.
Los catalizadores positivos y los catalizadores negativos también
incidirán en el aumento o la disminución de la rapidez de la reacción
química. Al analizar una reacción química es muy importante tener en
cuenta la ley de la conservación de la masa. Esto quiere decir, que, en
toda reacción química la masa total de las sustancias químicas
reaccionantes tiene que ser igual a la masa total de los productos
químicos. Efectivamente, la ley de la conservación de la masa establece
que la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Otro aspecto que se debe tomar en cuenta al analizar las
reacciones químicas es que en una reacción química las sustancias
reaccionan en proporciones fijas de masa. El químico francés Joseph
Louis Prost enunció este fenómeno de la siguiente manera:
Cuando dos o más elementos se combinan para formar un
compuesto, lo hacen en una relación fija de masa". Este principio en el
comportamiento de la reacción química trae como consecuencia que,
como las sustancias químicas siempre reaccionan en la misma
proporción, si uno de los reaccionantes se encuentra en exceso con
respecto al otro, el exceso no participará en la reacción.
Esta ley tiene, también, un corolario que expresa: “Todo
compuesto químico en estado de pureza contiene siempre los mismos
elementos en una proporción constante de masa". A este corolario se le
denomina: Ley de la composición Constante.
RELACION MOLAR:
Las reacciones molares te indican el número de moles que se
involucran en la reacción química, así como la cantidad en gramos de los
productos a obtener. Ejemplo:
HCl + NaOH_______>H2O + NaCl
Después del balanceo, se encuentra que el HCl y el NaOH tienen
una reacción 1:1, es decir, que una molécula de ácido reacciona con una
molécula de hidróxido.
Para saber los gramos es necesario calcular el peso molecular y
multiplicarlo por el número de moles.
REACTIVO LIMITANTE:
El reactivo limitante es el primero que se gasta, es decir, uno se
consumirá a mayor velocidad que el otro o habrá mayor cantidad de uno
que de otro, pues el reactivo limitante, como he dicho, es el primero en
transformarse por completo en producto, dejando el reactivo en 0.
REACTIVO EN EXCESO:
El reactivo que no reacciona completamente, sino que “sobra”, en
una reacción, es el denominado reactivo en exceso. Si tenemos una
cierta cantidad de dos elementos o compuestos diferentes, para producir
una reacción química, podemos saber con anticipación cuál será el
reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso, realizando algunos cálculos
basados en la ecuación química ajustada.
Tomemos por ejemplo la reacción de formación del amoníaco
a partir de hidrógeno y nitrógeno.
H2 + N2 = NH3
Si tengo 15 moles de hidrógeno y 10 moles de nitrógeno, ¿cuál
será el reactivo limitante, cuál el reactivo en exceso, y cuántos moles de
amoníaco se podrán obtener?
Lo primero que debemos hacer es ajustar la reacción, es decir,
colocar los coeficientes estequiométricos adecuados, para que el número
de átomos en los reactivos sea igual al número de átomos en los
productos, y de esta manera cumplir con la ley de conservación de la
materia.
Entonces la reacción ajustada (al tanteo), quedará de la siguiente
manera:
3H2 + N2 = 2NH3
Esto se interpreta así: 3 moléculas o moles de hidrógeno
reaccionan con una molécula o mol de nitrógeno para obtener 2 moles o
moléculas de amoníaco.
Entonces, si tengo 15 moles de hidrógeno, reaccionarán con 5
moles de nitrógeno, sobrando otros 5 moles de este elemento. Por lo
tanto en este caso, el hidrógeno es el reactivo limitante, y el nitrógeno, el
reactivo en exceso. Si con tres moles de hidrógeno se producirían dos
moles de amoníaco, con 15 moles de hidrógeno obtendremos 10 moles
de Amón.
RENDIMIENTO DE LA REACCION:
El porcentaje de rendimiento indica la eficiencia de la reacción,
ósea que dice cuanto del reactivo realmente reaccionó con respecto al
valor teórico que debió reaccionar. Se calcula de esta forma
% rendimiento= ((valor experimental o real)/ (valor
teórico))*100
Por ejemplo: si tengo 45.8g de K2CO3 y quiero saber el
porcentaje de rendimiento del KCl si en realidad obtuve 46.3g de KCl
experimentalmente de acuerdo a la reacción:
K2CO3 +2HCl => 2KCl +H2O + CO2
Teóricamente se forman
45.8g K2CO3* (1 mol K2CO3/138.19 g K2CO3)*(2 mol KCl/ 1 mol
K2CO3)*(74.54 g KCl/1 mol KCl) = 49.49 g KCl teoricos.
% rendimiento= (46.3g KCl reales obtenidos)/ (49.49g KCl
teóricos)*100= 93.6% rendimiento.
PORCENTAJE DE PUREZA:
Las sustancias, generalmente no son puras si es que no se las
obtiene por métodos muy especiales, siempre hay otras sustancias
presentes que "contaminan", o sea que disminuyen su pureza. Una
sustancia totalmente pura seria de pureza 100%, si por cada 90 partes de
ella hay una presencia de 10 partes de otras sustancias la pureza sería
del 90%, y así consecutivamente, o sea que la pureza se puede expresar
así:
Pureza porcentual de "A" en una muestra = contenido de "A" x
100 / cantidad total de muestra.
El porcentaje de pureza se define como la cantidad de sustancia
pura que se encuentra en 100 gramos de una muestra determinada. Por
ejemplo: Alcohol al 96 % quiere decir que en 100 gramos de muestra hay
96 gramos de alcohol.
Ejemplo: Se quiere calcular la cantidad de alcohol puro (A) que
se encuentra en 120 g de una muestra (M) de alcohol 96 %.
En 100 g de muestra-----------hay 96 g de A
En 120 g de M--------------------hay X
Despejar "X"
X = 96 g de A x 120 g de M / 100 g de M
X = 115.2 g de A
Conclusión: En 120 g de muestra de alcohol 96 % hay 115.2 g de
alcohol puro. Como se trata de una relación de masas también se suele
llamar porcentaje de pureza: % masa en masa (% m/m) o % peso en peso
(% p/p)
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA:
La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la
materia es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias
naturales. Fue elaborada por Lavoisier y otros científicos que le
sucedieron. Establece un punto muy importante: “En toda reacción
química la masa se conserva, es decir, la masa consumida de los
reactivos es igual a la masa obtenida de los productos”.
En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa
total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. Tiene una
importancia fundamental, ya que permite extraer componentes
específicos de alguna materia prima sin tener que desechar el resto;
también es importante, debido que nos permite obtener elementos puros,
cosas que sería imposible si la materia se destruyera.
BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS:
Las ecuaciones químicas permiten conocer cuáles son las
sustancias que se combinan para formar productos, esto quiere decir las
que se forman. La representación de una ecuación es por medio de la
ecuación química, la cual esta constituida por reactivos y productos
separados por una flecha. En la ecuación química el número de reactivos
que se obtiene debe de ser la misma cantidad que de productos.
Balancear una ecuación es buscar que el número de átomos en el
primer miembro con los del segundo se obtenga una igualdad por lo que
es importante el uso de coeficientes, pero nunca se deberá alterar los
subíndices.
BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS POR EL METODO DE
TANTEO: Para el balanceo de ecuaciones por el método de tanteo
es importante conocer la Ley de la conservación de la masa que se
enuncia del siguiente modo:
En una reacción química, la suma de las masa de las sustancias
reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos de la
reacción.
Para igualar ecuaciones por este método han de compararse uno a
uno los distintos elementos que figuran en la reacción. Si un elemento
cualquiera, X, figura, por ejemplo, en el primer miembro con el subíndice 2
y en el segundo con 1, entonces, en principio, se ha de colocar el
coeficiente 2 a la izquierda de la fórmula de segundo miembro que
contiene el elemento X. Tal proceder se sigue sistemáticamente con los
restantes elementos lo que obliga a veces a modificar alguno de los
coeficientes ya escritos.
Igualase, por ejemplo, la reacción:
H2 + O2 H2O
El hidrogeno ya está igualado, para ajustar el oxigeno es necesario
colocar el coeficiente 2 a la molécula de H2O.
H2 + O2 2H2O
El balance, puesto que el coeficiente 2 afecta tanto al H como al O
del agua, se deberá añadir el coeficiente 2 al H2 del primer miembro.
2H2 + O2 2H2O
Al establecer la misma cantidad de masa de los reactivos como en
los productos se dice que la ecuación esta balanceada.
BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS POR EL METODO DE
OXIDO-REDUCCION: En el método de óxido reducción, también
conocido como Redox, intervienen dos fenómenos. La oxidación y
la reducción. La oxidación es la cesión de electrones por parte de
los átomos de un elemento y la reducción es la ganancia de
electrones.
Para el balanceo por este método es importante conocer el Numero
de oxidación este numero de un elemento representa su grado de
oxidación = número de electrones perdidos. Para utilizar este método se
siguen los siguientes pasos:
Hallar el número de oxidación de cada uno de los elementos
químicos que intervienen en la reacción.
Plantear las ecuaciones electrónicas correspondientes a los
elementos que se oxidan así como los que se reducen.
Igualar el número de electrones de las ecuaciones electrónicas
multiplicándolas después por factores adecuados.
Sumar miembro a miembro las ecuaciones que resultan.
Trasladar a la reacción inicial los coeficientes que aparecen en el
paso anterior.
Completar los coeficientes de la reacción original utilizando el
método de tanteo.
LABORATORIO
REACCIÓN EXPERIMENTAL 1: Se quemó un pedazo de alambre
de cobre y lo introducimos en un tubo de ensayo con ácido nítrico
concentrado, este empezó a botar burbujas y cambio a color verde,
además se empezó a calentar y después de unos minutos se reboso de
espuma. Fue una reacción algo violenta. Lo que genera numerosas
interrogantes como:
¿Qué tipo de reacción es?
¿De color es el gas que se desprende en la reacción y a que
producto se debe?
¿Qué otro cambio experimenta la reacción?.
A todas estas inquietudes podemos dar respuesta general de la
siguiente manera:
Respuesta: Al ácido nítrico concentrado es altamente oxidante,
reacciona violentamente en presencia de cualquier metal despidiendo
dióxido de nitrógeno (un vapor de color pardo y aroma a cloro, altamente
ácido), como resultado del experimento, el ácido oxidó el alambre de
cobre (le quitó electrones) y lo transformó en una sal de color azul (la
solución verdosa que se aprecio se debe a la combinación de esta sal en
agua y la presencia de trazas (restos) del vapor de dióxido de nitrógeno.
La reacción completa y balanceada es esta:
Cu + 4 HNO3 --------------- Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
La reacción es exotérmica (despide calor), por cierto el
quemar el alambre de cobre es para eliminar la capa de barniz
aislante que le ponen.
REACCIÓN EXPERIMENTAL 2: Si hace reaccionar oxido de
calcio con agua: ¿Cuál es la ecuación de la reacción?
Respuesta: La cal reacciona con el agua, desprendiendo mucho
calor. En este caso se usaron 15540 gramos de cal. El producto de la
reacción es el hidróxido cálcico, Ca(OH)2, y se llama cal apagada.
CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15540 cal.
En cualquier reacción se libera energía. Ahora los 15540 cal
significa que se liberó esa cantidad de energía en forma de calor ya que
es una reacción exotérmica (libera calor).
REACCION EXPERIMENTAL 3: .En la reacción del Cinc con ácido
clorhídrico que gas se desprende en la reacción. Escriba la ecuación:
Respuesta: se desprende hidrógeno y una sal de zinc (cloruro de
zinc).
2HCl + Zn ----------------> ZnCl2 + H2
Nota: Por otra parte a continuación se mostraran algunos ejemplos
de otras reacciones químicas, que harán la función de reemplazar de
manera experimental algunas citadas reacciones en el laboratorio.
PRECIPITADO DE CLORURO DE PLATA
Este precipitado se obtiene a partir de nitrato de plata y cloruro de
sodio, ambos en disolución acuosa. El cloruro de sodio en disolución
acuosa se añade a la disolución de nitrato de plata. Observamos ahora la
formación de un precipitado blanco de cloruro de plata.
Este espeso precipitado se vuelve más grueso y desciende hasta el
fondo del tubo de ensayo a medida que se añade más cantidad de cloruro
de sodio acuoso a la disolución de nitrato de plata.
El nitrato de plata se utiliza para determinar que tanto cloro tiene el
agua para que esta última ser consumida por la gente. Esta sal aparte del
análisis de los cloruros, tiene diversos usos aparte como cauterizar
heridas, callos de las manos, detección de azucares reductores formando
el espejo de plata, etc.
FENOLFTALEÍNA, INDICADOR DE ACIDOS Y BASES
A una solución de hidróxido de sodio (sosa caustica) se le vierte un
poco de fenolftaleína con alcohol, el líquido se torna de un color rojizo-
violeta indicando que el hidróxido de sodio es una base. Al líquido de la
reacción anterior se le agrega una solución de ácido clorhídrico y
observamos como poco a poco el líquido se destiñe. La fenolftaleína no
se tiñe de ningún color ante un ácido.
Los ácidos y bases son dos tipos de sustancias que de una manera
sencilla se pueden caracterizar por las propiedades que manifiestan. Los
químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad
de una sustancia. Normalmente oscila entre los valores de 0 (más ácido)
y 14 (más básico).
Los indicadores son colorantes orgánicos, que cambian de color
según estén en presencia de una sustancia ácida, o básica.
Fenolftaleína, de fórmula C20H14O4, es un compuesto químico que
cuando se utiliza como indicador para la determinación cualitativa y
cuantitativa del pH en las volumetrías de neutralización se prepara
disuelta en alcohol al 70%.El cambio de color de este indicador está
acompañado de un cambio de su estructura; su color en medio básico
es rojo-violeta y en medio ácido es incoloro.
LA LLUVIA DE ORO
Cuando se mezcla una disolución de yoduro de potasio con una
disolución de nitrato de plomo (II), se forma un precipitado de yoduro de
plomo (II), de color amarillo intenso.
También se forma nitrato de potasio pero es soluble y permanece
en disolución. El yoduro de plomo (II) es un compuesto mucho más
soluble en caliente que en frío. Si el recipiente donde se ha dado la
reacción anterior se calienta, el precipitado se disuelve y, al enfriarse de
nuevo, se forma un precipitado en forma de escamas brillantes,
denominado “lluvia de oro”.
El yoduro de plomo (II) obtenido mediante una reacción química
(sólido muy insoluble de color amarillo, cuya en agua aumenta al
aumentar la temperatura) es una sustancia amorfa, mientras que el
obtenido por enfriamiento de una disolución consta de pequeños cristales
que parecen oro. Los dos precipitados son, en realidad, la misma
molécula. Este fenómeno se conoce como alotropía y cada una de las
formas diferentes de presentarse un elemento o un compuesto se
denomina “estado alotrópico”.
BOMBA DE HUMO CON NITRATO DE POTASIO Y AZÚCAR
Es una reacción de oxidación-reducción, o una combustión. Los
nitratos son considerados agentes oxidantes fuertes, ya que son fuentes
de oxígeno, mientras que la sacarosa o azúcar común actúa como medio
combustible y por ello entendemos la reacción de los nitratos para formar
oxígeno, y la reacción del azúcar con el oxígeno, podemos representar la
reacción de nitratos con los azúcares. Pensamos en el nitrato como
fuente de oxígeno para el alma de la reacción con el nitrato.
Esta es la reacción que se encuentra comúnmente en luces de
bengala, una combinación de nitrato de potasio, azúcar y limaduras de
metal. La reacción de azúcar y nitrato hace calor, y el calor excita las
limaduras de metal, haciendo que se oxide y emiten luz. También es la
reacción principal de combustible para cohetes de azúcar. Una mezcla de
azúcar y nitrato de potasio es un buen combustible para cohetes, ya que
representa la reacción de los sólidos (nitrato y azúcar) para formar gases
(dióxido de carbono y agua). La expansión crea empuje que se utiliza
para alimentar el cohete.
UNA REACCIÓN QUE ENFRÍA (ENDOTÉRMICA)
Mezcla realizada entre cloruro de amonio e hidróxido de bario,
abajo del recipiente se añadió un poco de agua
Al igual que en las reacciones exotérmicas se pueden usar los
procesos fisicoquímicos que absorben calor (endotérmicas) para disminuir
la temperatura del medio que las rodea, así se puede aprovechar por
ejemplo el calor que absorbe el cloruro de Amonio (NH4Cl) al mezclarse
con hidróxido de bario [Ba(OH)2].
En la reacción que nos ocupa, el gran incremento de entropía está
relacionado con el incremento en el número de partículas presentes y con
sus estados físicos, ya que a partir de dos sólidos se obtiene un sólido
más amoniaco acuoso y agua, y hasta desprendimiento de gas, por
consiguiente, aumenta considerablemente la entropía y el desorden.
Se hace uso de esta reacción para tener frío instantáneo;
experimentalmente si se mezcla NH4Cl con Ba (OH)2 que se encuentra a
temperatura ambiente (» 20 ºC), la temperatura del agua disminuye
hasta -9ºC, permitiendo un tiempo de acción que dura aproximadamente
media hora. En el caso del experimento que muestro, se vierte un poco de
agua debajo del recipiente donde se mezclan los compuestos. La
temperatura que alcanza la reacción es suficiente para congelar el agua
que esta abajo.
OBTENCIÓN DE OXÍGENO PURO AL PERMANGANATO DE POTASIO
Como se observa, el permanganato de potasio al entrar en
contacto con el agua oxigenada produce una reacción exotérmica y un
intenso burbujeo de gas, que es oxígeno puro. El permanganato de
potasio (KMnO4), es quizás el agente oxidante más comúnmente utilizado
en el análisis volumétrico. Es un agente oxidante muy poderoso, de fácil
disponibilidad y bajo costo.
En solución ácida, el H2O2 reduce el KMnO4 y se produce
oxígeno, es evidente que la reacción señalada es de óxido-reducción.
Por lo general esta reacción se utiliza para determinar el porcentaje de
peróxido de hidrógeno en una solución comercial de la misma mediante la
valoración del permanganato de potasio.
El color púrpura intenso del ión permanganato es suficiente para
señalar el punto final, lo cual elimina la necesidad de usar indicadores.
Junto a estas ventajas, surgen algunas limitaciones en el uso del KMnO4
debido a su estabilidad limitada, su tendencia a oxidar el ión cloruro y a la
multiplicidad de posibles reacciones que puedan producirse.
REACCIÓN LUMÍNICA DEL MAGNESIO
Al someter una cinta de magnesio a un proceso de combustión, en
cuestión de segundos se obtendrá el óxido, además de que la cinta de Mg
se prendera con una llama muy luminosa si se la acerca a una llama y se
ira consumiendo formando un residuo blanco del óxido.
El residuo blanco se llama oxido de magnesio. Antiguamente el
magnesio se usaba de esta manera en las cámaras antiguas para crear el
"flash". El oxígeno del aire puede reaccionar con el magnesio si se le
proporciona la energía de activación adecuada, que se la proporcionamos
con el calor de llama. La causa del color característico blanco del
magnesio se debe a que es su color espectro, lo cual otros metales
alcalinos y alcalinotérreos tienen el suyo.
POS-LABORATORIO
En nuestra vida cotidiana presenciamos una serie de cambios y
procesos que nos demuestran la importancia de la química. Materiales
como la crema dental, los jabones han sido elaborados mediante
procesos químicos.
La comida que ingerimos ha sido elaborada por cambios que se
continúan a través de nuestro organismo. La tinta del bolígrafo es
producto de un proceso especial de elaboración. El forro de los libros, las
pinturas, la tiza, los abonos, los fertilizantes, entre otros, son materiales
indispensables para la humanidad en esta época de avances notables y
constantes.
Para obtener todos estos materiales, el hombre tuvo que realizar
muchas investigaciones. El químico se preocupa por descubrir las
propiedades características que le permitan hallar la diferencia entre unas
sustancias y otras; separar los componentes que forman los cuerpos;
investigar procesos de transformación de las sustancias con el fin de
obtener materiales más útiles al hombre; hallar la estructura de la materia
con lo cual puede explicarse su comportamiento y propiedades.
El desarrollo de los procesos químicos industriales ha sido uno de
los factores que más han influido en el crecimiento económico de las
últimas décadas. Sin embargo, el proceso no está exento de riesgos. La
fabricación de productos químicos agresivos para el ser humano y el
medio en que vive, utilizados como paso intermedio en la obtención de
objetos de consumo, obliga a extremar las precauciones y a exigir fuertes
controles y una gran responsabilidad a quienes fabrican y manipulan esas
sustancias.
La preparación industrial de un producto suele ser muy diferente
(en cuanto a los procesos utilizados) a la obtención de dicho producto en
un laboratorio, pues en éste último se suelen utilizar métodos más
sencillos, pero menos eficaces. En un principio las operaciones de la
industria química tan sólo diferían de las de los laboratorios en pequeñas
modificaciones o aumentos del tamaño de los aparatos y máquinas
utilizadas.
En la actualidad cualquier proceso químico tiene que seguir una
serie de pasos obligados (que asegurarán el perfeccionamiento de dicho
proceso) antes de convertirse en proceso industrial (además, no se
desarrollará a gran escala hasta que se haya demostrado su rentabilidad).
En primer lugar es necesario un estudio detallado en un laboratorio
de la viabilidad de las reacciones, estos estudios previos a la utilización
de una reacción con fines industriales son esenciales y tienen como
objetivo el conocimiento de las condiciones óptimas en las que se debería
llevar a cabo una reacción de forma que se obtenga el máximo
rendimiento posible en el menor tiempo; tras estos primeros estudios se
harán ensayos en plantas o instalaciones piloto, momento en el cual
habrá que enfrentarse con los problemas prácticos que se plantean en las
industrias; una vez hecho todo esto, el proceso de producción se llevará a
cabo en la planta industrial.
Dicha transición desde el laboratorio hasta la fábrica reúne en un
único proceso (línea de producción) las operaciones que en el laboratorio
se hacían de forma individual, tales como trituración y molienda de
materias sólidas, transporte de fluidos, destilación, filtración,
sedimentación, cristalización. También cabe destacar que, con frecuencia,
en los procesos industriales es muy común el uso de catalizadores que
aumenten la velocidad de reacción (un 70% de los procesos químicos
industriales tienen al menos una etapa en la que es necesaria la
presencia de un catalizador).
Cuando el proceso de producción de algún producto llega a ser
utilizado en una planta industrial, tratándose de un proceso continuo, los
reactivos se introducirían en una terminal de la planta y el producto saldría
por la otra terminal listo para la comercialización o para el siguiente paso;
sin embargo, rara vez ocurre eso, puesto que con el tiempo los
catalizadores pierden su eficacia y necesitan ser sustituidos y, además,
en muchos casos se forman productos secundarios y es necesaria una
purificación.
En el cálculo de un proceso químico hay que tener en cuenta tres
tipos de problemas: los problemas de proceso, en los que se incluyen los
balances de materia (en los que se estudian cuantitativamente las
materias que entran y las que salen del proceso), los balances de energía
(que proporcionarán las bases para establecer la economía global del
proceso) y el establecimiento de las misiones que han de cumplir las
diferentes partes de la instalación; las operaciones básicas, habrá que
determinar las características específicas de las instalaciones necesarias
para cumplir su función; los problemas de cálculo de planta, que incluyen
la selección de aparatos y materiales y la integración de los diferentes
medios dentro de un plan coordinado.
En las plantas industriales se utilizan reactores de reacción, que
pueden ser muy diferentes en función de sus dimensiones y
características: desde los de plantas pequeñas en las que se fabrican
productos a escala de algunas decenas de toneladas por año hasta los de
grandes plantas donde se producen productos de gran demanda a gran
escala (del orden de 600.000 toneladas/año) y mediante un proceso
continuo en el que impera la automatización.
Son muchos los procesos de gran importancia y repercusión en
cuanto a los productos que se obtendrán a partir de ellos, pues hoy en día
existe una gran infinidad de objetos fabricados artificialmente que, en
menor o mayor medida, acaban siendo necesarios para la vida diaria con
una mínima calidad de vida. Sin embargo, a continuación se describirá
ejemplo muy claro como lo es la obtención del papel.
PAPEL: Para la fabricación de papel se utiliza como materia prima
la madera (compuesto de celulosa y lignina). En primer lugar se ha de
disponer de la madera en forma de astillas, las cuales se ponen a remojo
en una disolución de hidrogenosulfito cálcico, que servirá para disolver los
materiales no celulósicos; las fibras de celulosa que queden se golpean
mecánicamente hasta ser reducidas a un tamaño muy pequeño, entonces
se mezclan con arcilla de porcelana, sulfato de aluminio y otros
materiales.
Dicha mezcla se vierte como una suspensión muy diluida sobre
una cita de transporte de tela metálica, donde el agua se escurrirá
rápidamente (proceso que se mejora con rodillos y cilindros calentados
con vapor), aunque tras este proceso el papel aún contiene algo de agua
(sobre un 8%) para evitar el que sea demasiado duro y quebradizo. De
esta cinta se obtiene el papel tal y como es utilizado.
Sin más nada que decir hemos observado y entendido la gran
importancia que tienen las reacciones químicas en nuestro día a día.