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Química 05
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Unidad 13: Cinética Química y Equilibrio Químico
Los biocombustibles como el etanol se producen a partir de biomasa proveniente de plantas herbáceas, leñosas, residuos de la agricultura y una gran cantidad de desechos industriales. El uso de etanol y sus mezclas con gasolina o diésel como combustible ha demostrado ser beneficioso para los aspectos ambientales debido a que posibilita disminuir las emisiones de CO, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Previo a realizar las pruebas con una mezcla de etanol-gasolina en un motor de combustión interna, el equipo de investigación procede a estudiar la cinética de la reacción de combustión del etanol, la cual se representa en la siguiente reacción: $$2 \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}+6 \mathrm{O}_{2} \rightarrow 4 \mathrm{CO}_{2}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{~g})$$
El Cambio Climático es una variación en el estado del clima cuya causa principal es el aumento de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera, derivado de las elevadas emisiones antropogénicas de los mismos, los cuales provocan el calentamiento global. Uno de estos gases es el dióxido de nitrógeno ( $\mathrm{NO}_{2}$ ), que se produce a partir del monóxido de nitrógeno proveniente de la combustión de hidrocarburos en los motores diésel. El monóxido de nitrógeno, en la atmósfera se conjuga con oxígeno molecular $\left(\mathrm{O}_{2}\right)$ y da lugar a $\mathrm{NO}_{2}$. $$2 \mathrm{NO}(g)+\mathrm{O}_{2}(g) \rightarrow 2 \mathrm{NO}_{2}(g)$$ Para estudiar la cantidad de $\mathrm{NO}_{2}$ que se forma a partir de las emisiones de los motores diésel, se necesita conocer la velocidad de la reacción en función de cada reactivo y producto.
El peróxido de hidrógeno ( $\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}$ ) es un compuesto oxidante frecuentemente utilizado en solución acuosa como antiséptico. La formulación antiséptica más utilizada tiene una concentración de $3 \% \mathrm{~m} / \mathrm{V}$, pero se rotula como "agua oxigenada 10 volúmenes", pues 1 litro de esta solución produce 10 litros de oxígeno en CNPT. Una desventaja de estas formulaciones es que el peróxido de hidrógeno se descompone con facilidad generando agua $\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right)$ y oxígeno molecular $\left(\mathrm{O}_{2}\right)$, por lo que la concentración de $\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}$ en la solución disminuye con el tiempo, perdiendo su propiedad antiséptica. $$2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})$$ Esta reacción tiene una cinética de primer orden y una constante $(\mathrm{k})$ de $0,0410 \mathrm{~min}^{-1}$. Con la finalidad de predecir la pérdida de las propiedades antisépticas de la solución en función del paso del tiempo, se precisa calcular la velocidad con la que se descompone el peróxido de hidrógeno considerando que la concentración de la solución es de 3 %m/V.
La combustión incompleta de combustibles fósiles (petróleo y derivados, carbón, gas natural) originan gases como el monóxido de carbono (CO). En áreas urbanas la fuente principal de emisión de monóxido de carbono son los motores de combustión interna de los vehículos, y en menor medida la actividad industrial, la calefacción habitacional y la combustión de desperdicios. Parte del aumento del CO2, un gas de efecto invernadero, y NO, gas que participa en el aumento del ozono atmosférico, se generan por la reacción de los gases $\mathrm{CO} \mathrm{y} \mathrm{NO}_{2}$. $$\mathrm{CO}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}(\mathrm{~g})$$ En el intento de buscar soluciones que reduzcan la contaminación ambiental, se estudia la cinética de dicha reacción y se obtienen los siguientes resultados:
| [CO] (M) | [NO₂] (M) | Velocidad (M/s) | |
|---|---|---|---|
| 1 | 2·10⁻⁴ | 0,5·10⁻⁴ | 1,9·10⁻⁸ |
| 2 | 2·10⁻⁴ | 1·10⁻⁴ | 3,8·10⁻⁸ |
| 3 | 4·10⁻⁴ | 0,5·10⁻⁴ | 3,8·10⁻⁸ |
El cloruro de carbonilo ( $\mathrm{COCl}_{2}$ ) es un gas incoloro altamente tóxico que se utilizaba en la primera guerra mundial como arma química. Cuando las personas se exponen a altas concentraciones de este gas pueden presentar desde tos y disnea hasta edema pulmonar. Actualmente, se produce de manera sintética para ser utilizado en la fabricación de tinturas y plaguicidas. Para tener un manejo controlado de la reacción de formación del $\mathrm{COCl}_{2}$ se realizan los siguientes ensayos y se determina la velocidad de la reacción a distintas concentraciones de reactivos: $$\mathrm{CO}(\mathrm{~g})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{COCl}_{2}(\mathrm{~g})$$
| CO (M) | Cl₂ (M) | Velocidad (M/s) | |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,12 | 0,20 | 0,121 |
| 2 | 0,36 | 0,20 | 0,363 |
| 3 | 0,12 | 0,40 | 0,484 |
El cloruro de carbono (IV) o tetraclorometano fue usado anteriormente como extintor y en la producción de refrigerante. Este compuesto surge tras la reacción entre el cloroformo y el cloro gaseoso, y se trata de una reacción de primer orden con respecto al $\mathrm{CHCl}_{3}$ y de orden $1 / 2$ con respecto al $\mathrm{Cl}_{2}$ $$\mathrm{CHCl}_{3(\mathrm{~g})}+\mathrm{Cl}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CCl}_{4(\mathrm{~g})}+\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})}$$
La sacarosa es un azúcar no reductor formada por glucosa y fructosa, se suele utilizar en los alimentos debido a su poder endulzante. Cuando la sacarosa ingresa al metabolismo, una parte sufre hidrólisis ácida en el estómago, dando glucosa y fructosa. La cantidad restante se hidroliza gracias a la acción de la enzima sacarasa, la cual se encuentra en el intestino delgado.
El ácido yodhídrico se emplea como suplemento de las dietas deficientes en yodo. Se usa además en la fabricación de tintura de yodo. Su proceso de descomposición produce hidrógeno y yodo diatómico.
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