Semana 14
Reacciones químicas Dr. Renzon Cosme Pecho
Combustibles •
•
• • • •
•
Cualquier material que puede quemarse para liberar energía recibe el nombre de combustible. La mayoría de los combustibles se componen principalmente de H y C. Su formula general es C nHm Ejemplos: carbón, la gasolina, el gas natural. El petróleo crudo se obtiene mediante destilación. Los hidrocarburos más volátiles se vaporizan primero, formando lo que se conoce como gasolina. Los menos volátiles son el queroseno y diesel. La composición de un combustible particular depende de la fuente de petróleo crudo, así como de la refinería.
Combustibles •
•
• • • •
•
Cualquier material que puede quemarse para liberar energía recibe el nombre de combustible. La mayoría de los combustibles se componen principalmente de H y C. Su formula general es C nHm Ejemplos: carbón, la gasolina, el gas natural. El petróleo crudo se obtiene mediante destilación. Los hidrocarburos más volátiles se vaporizan primero, formando lo que se conoce como gasolina. Los menos volátiles son el queroseno y diesel. La composición de un combustible particular depende de la fuente de petróleo crudo, así como de la refinería.
Combustibles
Combustibles •
Suelen considerarse como un solo hidrocarburo. Por ejemplo, la gasolina se trata como octano C8H18, y el diesel como dodecano, C12H826. Otro hidrocarburo líquido común es el alcohol metílico, CH3OH
Combustibles •
El gas natural (combustible hidrocarburo gaseoso), que es una mezcla de metano y otros gases (etano, propano, hidrógeno, helio, dióxido de carbono, nitrógeno,sulfato de hidrógeno y vapor de agua).
Combustibles •
LPG (gas licuado de petroleo) es un subproducto del procesamiento del gas natural o de la refinación del petróleo crudo. Consiste principalmente de propano (casi 90 por ciento).
Combustibles
Combustión •
•
•
•
Es una reacción química durante la cual se oxida un combustible y se libera una gran cantidad de energía. El oxidante empleado con mayor frecuencia en los procesos de combustión es el aire. El O2 se emplea como oxidante sólo en algunas aplicaciones especializadas, como el corte y la soldadura. El aire esta compuesto de:
Combustión •
Durante un proceso de combustión los componentes que existen antes de la reacción reciben el nombre de reactivos, y los componentes que existen después de la reacción se denominan productos.
+ 2 → 2
reactivos
productos
El combustible debe llevarse arriba de su temperatura de ignición para iniciar la combustión. Las temperaturas de ignición para el gasolina= 260 C, carbón=400 C, H=580 C, CO=610 C, metano=630 C . °
°
°
°
°
Combustión •
Principio de conservación de masa: “la masa total de cada elemento se conserva durante una reacción química”
Combustión Relación aire-combustible (AC): son procesos de combustión para cuantificar las cantidades de combustible y aire. =
Donde: maire, es la masa del aire mcomb, es la masa del combustible
Sabiendo que: m=NM , donde M es masa molecular. Entonces AC tambien puede expresarse em MOLES.
Problemas Un kmol de octano (C8H18) se quema con aire que contiene 20 kmol de O2, como se muestra en la figura . Suponga que los productos contienen sólo CO2, H2O, O2 y N2, determine el número de moles en cada gas en los productos y la relación airecombustible para este proceso de combustión. Solución:
Problemas Solución:
Problemas Solución:
Es decir, se emplean 24.2 kg de aire para quemar cada kilogramo de combustible durante este proceso de combustión
Proceso de combustión teórica y real •
Combustión completa Un proceso de combustión está completo si todo el carbono en el combustible se transforma en CO2, todo el H se transforma en H2O y todo el S se transforma en SO2.
•
Combustión Incompleta Cuando los productos de combustión contienen algo de combustible o componentes no quemados, como C, H2, CO, o bien, OH.
Proceso de combustión teórica y real •
Combustión estequiométrica o teórica Es el proceso de combustión ideal durante el cual un combustible se quema por completo con aire teórico. Ejm. La combustión teórica del metano
Proceso de combustión teórica y real •
Analisador de gas Orsat En este dispositivo se recoge una muestra de los gases de combustión y se enfría a T y P ambiente, en cuyo punto se mide su volumen. Después la muestra se pone en contacto con un compuesto químico que absorbe el CO2.
Problemas Cierto gas natural tiene el siguiente análisis volumétrico: 72 % de CH4, 9% de H2, 14% de N2, 2% de O2 y 3% de CO2. Este gas se quema con la cantidad estequiométrica de aire que entra a la cámara de combustión a 20°C, 1 atm y 80% de humedad relativa, como se indica en la figura. Suponga una combustión completa y una presión total de 1 atm, y determine la temperatura de punto de rocío de los productos. Solución: El combustible es quemado completamente El combustible es quemdo con la cantidad estequiométrica del aire y asi no habra O2. Los gases de combustión son ideales.
Problemas Solución:
Problemas Solución:
Problemas Solución:
Entalpia de formación •
Combustión estequiométrica o teórica Es el proceso de combustión ideal durante el cual un combustible se quema por completo con aire teórico. Ejm. La combustión teórica del metano
Variación de la entalpia (∆H) Indica la cantidad transformación.
de calor envolvida em uma
(∆H) = H produtos - H reagentes (∆H) = Variación de entalpia
H produtos =
H reagentes = Entalpia
Entalpia de los produtos
de los reagentes
Variación de la entalpia (∆ H Reação endotérmica
Reação exotérmica
Entalpia de Formación •
•
•
Es la entalpia de una sustancia en un estado especificado debida a su composición química. La entalpia de formación de todos los elementos estables tales como O2,N2,H2 y C es igual a cero en el estado de referencia estándar de 25°C y 1 atm. Ejemplo:
a A + b B + …. 0
0
0
HT Hf ,T Hi,T
c C + d D + ….
(cH0C,T dH0D,T ...) (aH0A,T
H i H 0 T
0 i,T
0 bHB,T
...)
Entalpia de Formación 0
H f ,T (C2 H 5OH (liq) ) ?
Entalpía de formación : 2C
0
(grafito,T,P )
3H 2
0
1
( gas ,T ,P )
2
O2
0
( gas ,T ,P )
0
C 2 H 5 OH
0 0 H T H0 (C H OH 2 3 ) H (C ) H 2 5 f ,T (liq) f ,T (graf ) f ,T (H 2 (g) )
1 2
0
(liquido,T,P )
0
H f ,T (O 2 (g) )
Hf º
(O2, gas, 25ºC) = 0 kJmol-1
Hf º
Hf º
(H2, gas, 25ºC) = 0 kJmol-1
H25ºCº (C2H5OH, liq ) = -277.69 kJmol-1
(C, sol, 25ºC) = 0 kJmol-1
Se miden algunas Hf,Tº, y se tabulan, lo que permite calcular las entalpías normales de reacción HT0 : 0
H T
prod
0
prod H f,T (prod)
reac
0
reac H f,T (reac)
Entalpia de Formación
Entalpia de Combustión •
•
•
En los procesos de combustión, la entalpía de reacción suele conocerse como la entalpía de combustión . Representa la cantidad de calor liberado durante un proceso de combustión de flujo estacionario cuando 1 kmol de combustible se quema por completo a una T y P especificada.
Reacciones de combustión son E XOTÉ RMI CAS.
Ley de Lavoassiare-Laplace El cambio energético que acompaña a una reacción química es de magnitud igual, pero de signo opuesto al que va asociado a la reacción de sentido opuesto.
C(s) O2 (g) CO2 (g) CO2 (g) C(s) O2 (g)
H
= -393.5 kJ
H
= 393.5 kJ
Ley de Hess La energía intercambiada en forma de calor en una reacción química es la misma tanto si la reacción ocurre en una etapa como si ocurre en varias.
1
C (s) O2 (g) CO (g) 2
H
= -110.5 kJ
C (s) O2 (g) CO2 (g)
H
= -393.5 kJ
CO2 (g) CO (g)
1 2
O2 (g)
H
= +283 kJ
H
= -110.5 kJ
Problemas Determine la entalpía de combustión del octano líquido (C8H18) a 25°C y 1 atm, utilizando los datos de entalpía de formación de la tabla A-26. Suponga que el agua en los productos está en forma líquida. Solución:
