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Es un oxácido, probablemente, tras el ácido sulfúrico, el más importante de los ácidos inorgánicos y el más importante del Nitrógeno. Gracias a sus propiedades físicas ha sido utilizado en la industria para crear un gran número de productos derivados....

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS ESTEQUIOMETRIA PRODUCTO INTEGRADOR DE APRENDIZAJE Obtención del ácido sulfúrico (H2SO4) a nivel industrial (proceso Ostwald)

Andrea Flores Lara 1794639

Mtra. Dra. Aracely Hernández Ramírez Mtro. Dr. Jorge Montfort San Nicolás de los Garza, 12 de junio del 2018.

INTRODUCCIÓN Es un oxácido, probablemente, tras el ácido sulfúrico, el más importante de los ácidos inorgánicos y el más importante del Nitrógeno. Gracias a sus propiedades físicas ha sido utilizado en la industria para crear un gran número de productos derivados. Es un líquido de consistencia aceitosa, incoloro, sin embargo, por acción de la luz puede tomar una coloración marrón más o menos intensa según sea la cantidad de luz recibida, por esto se debe guardar en botellas oscuras, para poder brindarle protección de la luz. Es un líquido altamente corrosivo y tóxico que puede causar graves quemaduras. Uno de sus principales usos es la creación de explosivos como nitroglicerina y trinitrotolueno conocido también como TNT, desgraciadamente a veces mal usados para la destrucción de vidas humanas. Otro uso importante es en fertilizantes, como el nitrato de amonio que al aplicarlo en ocasiones como pequeñas bolitas en apariencia inofensiva a las plantas se debe hacer con la protección adecuada por parte del horticultor o jardinero. Preparado por primera vez en 1648 por Gluber sin embargo fue Cavendish quien en 1783 lograra determinar su composición. Anteriormente los alquimistas ya le conocían, pero lo denominaban aqua fortis, en la actualidad los nombres del estilo no lo han abandonado y se le conoce como agua regia al estar mezclado con ácido clorhídrico, el agua regia es capaz de disolver oro y platino, sin embargo, sin esta mezcla, lo usaban para determinar la autenticidad de piezas de oro ya que era uno de los materiales al que no corroía. También es componente de la llamada lluvia ácida, la cual es perjudicial la mayoría de las veces principalmente para la vegetación. Otros daños pueden ser a

las formas de vida acuáticas en ríos y lagos, su corrosión también puede alterar monumentos y edificaciones de mármol o piedra caliza. Actualmente, en la electrónica, es usado en la elaboración de placas de circuito impreso, es decir el componente principal de aparatos llamados inteligentes como smartphones, laptops, televisores, radios, etc. Pero también aparatos no inteligentes lo usan, por lo que su demanda en el uso industrial ha crecido de manera importante siendo su producción anual a 60 millones de toneladas. El proceso más frecuente para su creación está basado en la oxidación catalítica del amoniaco, este proceso fue patentado por primera vez por el químico alemán Wilhelm Ostwald en 1902. Otras formas de obtenerlo en la antigüedad eran: 1. Calcinando una mezcla de nitro alumbre y vitriolo azul. 2. Calentando nitro y arcilla 3. Destilando nitrato de potasio con ácido sulfúrico 4. Sintetizado pasando corriente de chispas eléctricas a través de aire húmedo.

PROPIEDADES FÍSICAS 1. NH3 [ CITATION GRU14 \l 3082 ] Corrosivo, tóxico Apariencia: Gas incoloro a temperatura y presión normales; olor picante e irritante. Punto de fusión: -77.72ºC Punto de ebullición: -33.40ºC Solubilidad: 100% soluble en el agua 2. 02 [ CITATION PRA79 \l 3082 ] Oxidante Apariencia: gas incoloro Punto de fusión: -219ºC Punto de ebullición: -183ºC Solubilidad: agua 3. NO [ CITATION PRA07 \l 3082 ] Gas venenoso, oxidante y corrosivo a alta presión. Apariencia: gas incoloro, pero puede tornarse rojizo-café. Olor picante, irritante. Punto de fusión (a 1atm): -161ºC Punto de ebullición (a 1 atm): -151.80ºC Solubilidad: soluble en agua Inestable. 4. H2O [ CITATION ROT15 \l 3082 ] Apariencia: incoloro, inodoro Punto de fusión: 0ºC Punto de ebullición: 100ºC Densidad: 1g/cm3 a 20ºC

Estable bajo temperatura ambiente 5. NO2 [ CITATION Lin12 \l 3082 ] Tóxico Apariencia: gas color pardo rojizo, olor sofocante. Punto de fusión: -11.2ºC Punto de ebullición: 21.2ºC Gas estable a condiciones normales. 6. HNO3 [ CITATION GTM16 \l 3082 ] Corrosivo Apariencia: líquido incoloro o amarillento Olor: fuerte, picante Punto de fusión: -42ºC a -38ºC Punto de ebullición: 83°C a 122ºC Solubilidad: soluble en agua en toda porción Densidad: 1.513 g/cm3

PROPIEDADES QUÍMICAS

Covalent e

No polar

3. NO

covalente

polar

4. H2O

covalente

polar

Sp3

Bipiramidal trigonal Lineal

Oxidante

Lineal

Oxígeno: Oxidante Sp Nitrógeno : No hibrida

Tetraédrica angular covalente

polar

6. HNO3

covalente

polar

Corrosivo Tóxico

Sp2

Sp3

5. NO2

REACTIVIDAD

Pola r

HIBRIDACIÓN

GEOMETRÍA MOLECULAR

POLARIDAD

2. O2

Covalent e

ESTRUCTURA DE LEWIS

1. NH3

TIPO DE ENLACE

COMPUESTO

Nitrógeno : sp2 oxígeno: no hibrida.

No reactivo bajos condicione s normales Tóxico

Corrosivo Sp

trigonal plana

2

PROCESO INDUSTRIAL El proceso Ostwald para la producción del HNO3 se lleva a cabo en tres pasos: 1. Oxidación de amoniaco con aire en exceso utilizando el platino como catalizador y así obtener monóxido de nitrógeno y agua. 4NH3 + 5O2 Pt; 850ºC 4NO + 6H2O 2. Oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno. 2NO + O2  2NO2 3. Absorción del gas en agua para tener como resultado ácido nítrico.

3NO2 + H2O  2HNO3 + NO [ CITATION Guz12 \l 3082 ]

PRODUCCIÓN HNO3

NH3

AIRE (O2)

Oxidación del amoniaco con aire NO

Obtención de monóxido de nitrógeno NO

O2

Oxidación del monóxido de nitrógeno NO2

Obtención de dióxido de nitrógeno NO2

H 2O

Absorción del gas NO2 en agua

Obtención del HNO3

[ CITATION Guz12 \l 3082 ]

Usando catalizador Platino con una temperatura de 850ºC

TOXICIDAD DE REACTIVOS Y PRODUCTOS 1. NH3 Salud Inflamabilida d Reactividad

3 1

[ CITATION GRU14 \l 3082 ]

2

Incompatibilidades: oro, plata, mercurio, agentes oxidantes, halógenos, ácidos, cobre, aleaciones de cobre-zinc, zinc, cloratos. [ CITATION GRU14 \l 3082 ] 2. O2 Salud Inflamabilida d Reactividad

0 0 0

Reacciona violentamente con materiales de combustible y agentes reductores. El contacto con material flamable puede causar fuego o explosión. Reacciona violentamente en materia orgánica oxidada. [ CITATION PRA79 \l 3082 ] 3. NO

[

CITATION

3082 ]

Rod11

\l

Incompatibilidades aire, oxígeno, materiales inflamables, combustibles, aluminio en polvo, cromo, agentes oxidantes, halógenos, hierro, magnesio, manganeso, uranio.[ CITATION PRA07 \l 3082 ] Evitar: o Inhalar, ya que podría ser fatal, ocasionando lesiones pulmonares. o Contacto con la piel, puede causar quemaduras. Es termodinamicamente inestable a temperatura ambiente y sufre pérdida de proporción.[ CITATION PRA07 \l 3082 ] 4. H2O

Salud Inflamabilida d Reactividad

0 0

[ CITATION ROT15 \l 3082 ]

0

Reacciones fuertes con metales alcalinos, carburo, ácido fuerte. No hay condiciones que deben evitarse. [ CITATION ROT15 \l 3082 ] 5. NO2

Salud Inflamabilida d Reactividad

4 0

[ CITATION Lin12 \l 3082 ]

0

Incompatibilidades: materiales combustibles o inflamables, polvo de aluminio, polvo de hierro, monóxido de sodios, monóxido de cloro, cromo, flúor, halógenos, magnesio, manganeso, uranio y carburo de tungsteno. [ CITATION Lin12 \l 3082 ] Evitar: o Que el gas entre en contacto con las incompatibilidades.

o Exposición al calor, chispas y otras fuentes de ignición. o Exponer cilindros a temperaturas altas o directas. [ CITATION Lin12 \l 3082 ]

6. HNO3

[ CITATION GTM16 \l 3082 ] Reacciona explosivamente con combustibles orgánicos fácilmente oxidables. Al contacto con bases fuertes puede causar reacciones violentas.[ CITATION GTM16 \l 3082 ] Evitar fuentes de ignición. Altas temperaturas.[ CITATION GTM16 \l 3082 ] TIPO DE REACCIONES REACCIONES

CLASIFICACIÓN

4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O

Desplazamiento doble

2NO + O2  2NO2

Síntesis

3NO2 + H2O  2HNO3 + NO

Desplazamiento doble

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Cálculos estequiométricos para la obtención de 1kg de HNO3 3NO2 + H2O  2HNO3 + NO 1000g HNO3

1 mol HNO3 63g. HNO3

3 mol NO2 2 mol HNO3

46g NO2 1 mol NO2

= 1095.2g NO2 (reactivo en exceso) 1000g HNO3

1 mol HNO3

1 mol H2O

18g H2O

63g. HNO3

2 mol HNO3

1 mol NO2

= 142.857g H2O (reactivo limitante) 142.85gH2O

1 mol H2O 18g H2O

1 mol NO 1 mol H2O

30g NO 1 mol NO

= 238.095g NO USOS O APLICACIONES DEL HNO3 Posee un sinnúmero de aplicaciones en procesos de producción. Algunas aplicaciones en la industria son: 

Explosivos: grandes cantidades para la elaboración de explosivos, tales como trinitrotolueno (TNT) y nitroglicerina. [ CITATION Guz12 \l 3082 ]



Productos de limpieza.



Tratamiento de aguas. [ CITATION NIT16 \l 3082 ]



Fertilizantes: fabricación de nitratos. [ CITATION Guz12 \l 3082 ]

Usos generales: 

Sustancia intermedia



Dilucion de mezclas



Agente regulador de pH



Agrícola por medio de goteros. [ CITATION Agr13 \l 3082 ]



Tintas: fabricación de colorantes artificiales, requeridos para la industria fotográfica



Fabricación de medicamentos y productos farmacéuticos



Oxidante en cohetes de combustible líquido



Purificación de metales preciosos (oro, plata, platino)



Baños de limpieza acerera



Fabricación de fibras sintéticas1. [ CITATION Guz12 \l 3082 ]

1 Fibra textil proveniente de productos derivados del petróleo.

CONCLUSIÓN Para la elaboración del ácido nítrico se realiza un proceso en el cual un paso depende del anterior y su buen seguimiento es importante, por ejemplo, poner la temperatura adecuada o el catalizador indicado porque si no fuera así el producto no sería el esperado para el paso siguiente, por lo que no se obtendría el ácido nítrico. Además pudimos observar que los reactivos y productos de las ecuaciones son enlaces covalentes, sin embargo, con diferente geometría molecular, por lo que se puede decir que es una similitud entre reactivos y productos. El ácido nítrico por sus propiedades tiene muchas aplicaciones en cuanto a la industria, por ese motivo ha aumentado su producción a través de los años, aunque, como lo vimos anteriormente, también tiene aportaciones en otras áreas, como en la farmacéutica. También se conoció el uso como explosivo, por lo que es importante saber que se le puede dar tanto un buen uso como uno malo.

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