El petróleo e hidrocarburos

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Este es un trabajo de Química II, sobre el Petróleo, y algunos Hidrocarburos.

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El petróleo e hidrocarburos

  1. 1. 201Colegio de Bachilleres delEstado de VeracruzQuímica II [EL PETRÓLEO E HIDROCARBUROS] Equipo: -Díaz Cuamba Antonio Aldair -Fabre Cruz Sergio Darío –Hernández Acosta Alan Saih – Jiménez Mendoza Andrés Giovanni –Eugenio Soto Varona
  2. 2. Composición del PetróleoEl petróleo está formado principalmente por hidrocarburos, que son compuestos dehidrógeno y carbono, en su mayoría parafinas, naftenos y aromáticos. Junto concantidades variables de derivados saturados homólogos del metano (CH4). Su fórmulageneral es CnH2n+2. Cicloalcanos o cicloparafinas-naftenos: hidrocarburos cíclicos saturados, derivados del ciclopropano (C3H6) y del ciclohexano (C6H12). Muchos de estos hidrocarburos contienen grupos metilo en contacto con cadenas parafínicas ramificadas. Su fórmula general es CnH2n. Hidrocarburos aromáticos: hidrocarburos cíclicos insaturados constituidos por el benceno (C6H6) y sus homólogos. Su fórmula general es CnHn. Alquenos u olefinas: moléculas lineales o ramificadas que contienen un enlace doble de carbono (-C=C-). Su fórmula general es CnH2n. Tienen terminación -"eno". o Dienos: Son moléculas lineales o ramificadas que contienen dos enlaces dobles de carbono. Su fórmula general es CnH2n-2. Alquinos: moléculas lineales o ramificadas que contienen un enlace triple de carbono. Su fórmula general es: CnH2n-2. Tienen terminación -"ino".Además de hidrocarburos, el petróleo contiene otros compuestos que se encuentrandentro del grupo de orgánicos, entre los que destacan sulfuros orgánicos, compuestos denitrógeno y de oxígeno. También hay trazas de compuestos metálicos, tales como sodio(Na), hierro (Fe), níquel (Ni), vanadio (V) o plomo (Pb). Asimismo, se pueden encontrartrazas de porfirinas.
  3. 3. Reservas de PetróleoSi la extracción continúa al mismo ritmo que en el 2002, salvo que se encontrasen nuevosyacimientos, las reservas mundiales durarían aproximadamente 32 años. Se calcula quequedan unas 143.000 millones de toneladas.Hay entre 6,8 y 7,2 barriles de petróleo por tonelada, en dependencia de la densidad delpetróleo. Por tanto, las reservas de crudo se calculan entre 0,97 y 1,003 billones debarriles de petróleo.2Sin embargo el límite de las reservas podría estar más cercano aún si se tienen en cuentamodelos de previsión con un consumo creciente como ha venido siendo norma a lo largode todo el siglo pasado. Los nuevos descubrimientos de yacimientos se han reducidodrásticamente en las últimas décadas haciendo insostenible por mucho tiempo loselevados niveles de extracción actuales, sin incluir la futura demanda de los consumidoresasiáticos. Por otra parte, la mayoría de las principales reservas mundiales han entrado endeclive y solo las de Oriente Medio mantienen un crecimiento sostenido. Se espera queincluso esos yacimientos entren en declive hacia el 2010, lo que provocaría que toda laproducción mundial disminuyera irremediablemente, conduciendo a la mayor crisisenergética que haya sufrido el mundo industrializado.Según la Teoría del pico de Hubbert, actualizada con datos recientes por la Asociaciónpara el estudio del pico del petróleo, el inicio de dicho declive se habría producido entorno a 2007. La Agencia Internacional de la Energía reconoció en 2010 que el cénit de laextracción mundial de petróleo convencional se había producido en 2006.3Existen otros tipos de reservas de hidrocarburos, conocidos como bitumenes, el cual espetróleo extrapesado, cuyas reservas más conocidas son las de bitumen de las Arenas deAtabasca en Canadá, y la faja petrolífera del Orinoco en Venezuela. Según cálculos de laestatal venezolana PDVSA, la unión de estas reservas no convencionales con reservasconvencionales le da a Venezuela el primer puesto como el país con mayores reservas dehidrocarburos en el planeta.
  4. 4. Amenazas del Petróleo ContaminaciónEl petróleo tiene el problema de ser insoluble en agua y por lo tanto, difícil de limpiar.Además, la combustión de sus derivados produce productos residuales: partículas, CO 2,SOx (óxidos de azufre), NOx (óxidos nitrosos), etc.En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y vida dellugar, razón por la cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas yprocedimientos estrictos en materia de protección ambiental.Casi la mitad del petróleo y derivados industriales que se vierten en el mar, son residuosque vuelcan las ciudades costeras. El mar es empleado como un accesible y baratodepósito de sustancias contaminantes.Otros derrames se deben a accidentes que sufren los grandes barcos contenedores depetróleo, que por negligencia transportan el combustible en condiciones inadecuadas.De cualquier manera, los derrames de petróleo representan una de las mayores causas dela contaminación oceánica. Ocasionan gran mortandad de aves acuáticas, peces y otrosseres vivos de los océanos, alterando el equilibrio del ecosistema. En las zonas afectadas,se vuelven imposibles la pesca, la navegación y el aprovechamiento de las playas con finesrecreativos. Cambio climáticoLa combustión de los derivados del petróleo es una de las principales causas de emisiónde CO2, cuya acumulación en la atmósfera favorece el cambio climático. Conflictos geopolíticosEl control del petróleo se ha vinculado a diversos conflictos bélicos desde la SegundaGuerra Mundial hasta los más recientes en Irak (1991 y 2004).
  5. 5. Alternativas al petróleoComo sustancias alternativas a los combustibles derivados del petróleo se encuentran elbiodiésel, aceite combustible con características comparables al diésel que se extraeprincipalmente de las semillas oleaginosas de diferentes plantas y el bioetanol, alcoholprocedente de restos vegetales, que se puede utilizar mezclándolo con otros combustibles opara la fabricación de éteres, que son bases para fabricar combustibles más ecológicos. Derrame de PetróleoUn derrame de petróleo o marea negra es un vertido que se produce debido a un accidente opráctica inadecuada que contamina el medio ambiente, especialmente el mar, con productospetroleros. Estos derrames afectan a la fauna y la pesca de la zona marítima o litoral afectado, asícomo a las costas donde con especial virulencia se producen las mareas negras con efectos quepueden llegar a ser muy persistentes en el tiempo. Efectos ambientales y económicosLas aves se quedan en la playa para no herirse aún más y se mueren de frío o de hambre.Los peces pueden incorporar contaminantes orgánicos persistentes y los depredadoresque los consumen transmiten el envenenamiento petrolero de un animal a otro por lacadena alimenticia, poniendo en riesgo la seguridad en la alimentación humana. Elpetróleo impregna los sedimentos de las playas y causa su cierre ya que es una amenazapara la salud pública el contacto con la piel. Económicamente, las mareas de petróleodejan sin trabajo a miles de marineros y mariscadores, y también, obligan a instituciones yadministraciones a realizar un gran esfuerzo económico para ayudar en las labores delimpieza y restauración del desastre.
  6. 6. BencenoEl benceno es un hidrocarburo aromático de fórmula molecular C6H6, (originariamente a ély sus derivados se le denominaban compuestos aromáticos debido al olor característicoque poseen). En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágonoregular, aparentemente tres de las cuatro valencias de los átomos de carbono se utilizanpara unir átomos de carbono contiguos entre sí, y la cuarta valencia con un átomo dehidrógeno. Según las teorías modernas sobre los enlaces químicos, tres de los cuatroelectrones de la capa de valencia del átomo de carbono se utilizan directamente paraformar los enlaces covalentes típicos (2C-C y C-H) y el cuarto se comparte con los de losotros cinco átomos de carbono, obteniéndose lo que se denomina "la nube π (pi)" quecontiene en diversos orbitales los seis electrones. El benceno es un líquido incoloro y muyinflamable de aroma dulce (que debe manejarse con sumo cuidado debido a su caráctercancerígeno), con un punto de fusión relativamente alto.
  7. 7. NaftalenoLa naftalina (nombre comercial del naftaleno, C10H8) es un sólido blanco que se volatilizafácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles. También se llamaalquitrán blanco y se ha usado en bolas y escamas para ahuyentar las polillas. Quemar tabaco omadera produce naftalina. Tiene un olor fuerte, aunque no desagradable. La 1-metilnaftalina y la2-metilnaftalina son compuestos similares a la naftalina. La 1-metilnaftalina es un líquidotransparente y la 2-metilnaftalina es un sólido; ambos pueden olerse en el aire y en el agua enconcentraciones muy bajas. Su temperatura de fusión es 80 °C. Calor latente de fusión LF = 35,6cal/g. El calor específico es 0,41 cal/g °C = 1,72 KJ/kg-K = 0,239 cal/g-K = 0,41 BTU/lb°F. Es solubleen grasas. Estructura y reactividadUna molécula de naftaleno se deriva de la fusión de un par de anillos de benceno. (En laquímica orgánica, los anillos se funden, por dos o más átomos comunes.) En consecuencia,naftaleno está clasificado como un Hidrocarburo aromático policíclico (HAP). Hay dosconjuntos de átomos de hidrógeno equivalentes: el alfa de posiciones son las posiciones 1,4, 5, y 8 en el dibujo a continuación, la versión beta y posiciones son las posiciones 2, 3, 6,y 7.A diferencia de benceno, los enlaces de carbono-carbono en el naftaleno no son de lamisma longitud. Los enlaces C1-C2, C3, C4, C5 y C6-C7-C8 se acerca 1,36 Å (136 pm) delongitud, mientras que el resto de los bonos de carbono-carbono son aproximadamente1,42 Å (142 pm) de largo. Esa diferencia, que fue establecida por difracción de rayos-x, escoherente con los enlaces de valencia modelados en la vinculación de naftaleno quecomprende tres estructuras de resonancia (como se muestra a continuación), mientrasque los enlaces de C1-C2, C3, C4, C5, C6 y C7 C8-dobles en dos de las tres estructuras, losotros son el doble en sólo una.
  8. 8. TrinitrotoluenoEl trinitrotolueno (TNT) es un hidrocarburo aromático cristalino de color amarillo pálidoque se funde a 81 °C. Es un compuesto químico explosivo y parte de varias mezclasexplosivas, por ejemplo el amatol, que se obtiene mezclando TNT con nitrato de amonio.Se prepara por la nitración de tolueno (C6H5CH3); tiene fórmula química C6H2(NO2)3CH3.En su forma refinada, el trinitrotolueno es bastante estable y, a diferencia de lanitroglicerina, es relativamente insensible a la fricción, a los golpes o a la agitación.Explota cuando un objeto de 2 kg de masa cae sobre él desde 35 cm de altura (es decir, 2kg a una velocidad de 2,62 m/s, o una fuerza de 19,6 Newtons, o una energía de 6,86Julios). Su temperatura de explosión, cuando es anhídrido, es de 470 °C. Esto significa quese debe utilizar un detonador.Su explosión se produce de acuerdo con las siguientes reacciones:C6H2(NO2)3CH3 → 6CO+2.5H2+1.5N2+CC6H2(CH3)(CH2)2 → 6CO+0.5CH4+0.5H2+1.5N2El químico alemán Joseph Wilbrand fabricó por primera vez TNT en 1863. Fue usado comotinte amarillo. Su potencialidad como explosivo no fue apreciada hasta después debastantes años, sobre todo por ser más difícil su detonación en comparación con otrosexplosivos y por ser menos potente que otras alternativas. Entre sus ventajas, sinembargo, se encontraba la facilidad de licuarlo de forma segura utilizando vapor o aguacaliente, pudiendo entonces ser introducido en forma líquida dentro de las vainas de losproyectiles de artillería. Es también tan estable que en 1910 fue retirado del BritishExplosives Act 1875, perdiendo la consideración de explosivo a efectos de fabricación yalmacenaje.El ejército alemán lo adoptó para sus proyectiles de artillería en 1902. Los proyectilesantiblindaje explotaban después de haber penetrado en el interior de los principalesbuques de guerra británicos, mientras que los proyectiles británicos rellenos con liditatendían a explotar al golpear los blindajes, malgastando gran parte de su energía en elexterior de los buques. Los británicos empezaron a emplearlo como sustituto de la liditaen 1907.
  9. 9. ToluenoEl tolueno o metilbenceno, (C6H5CH3) es la materia prima a partir de la cual se obtienenderivados del benceno, el ácido benzoico, el fenol, la caprolactama, la sacarina, el TDI(diisocianato de tolueno) materia prima para la elaboración de poliuretano,medicamentos, colorantes, perfumes, TNT y detergentes.Su nombre deriva del bálsamo de Tolú extraído del árbol Myroxylon balsamum, del cualHenri Etienne Sainte-Claire Deville lo obtuvo por primera vez en 1844 mediantedestilación seca.Existe en forma natural en el petróleo crudo y en el árbol tolú. También se producedurante la manufactura de gasolina y de otros combustibles a partir de petróleo crudo yen la manufactura de coque a partir de carbón.También está presente en el humo de los cigarillos.Químicamente se genera en la ciclodehidrogenación del n-heptano en presencia decatalizadores y pasando por el metilheptano. Además se obtiene como subproducto en lageneración de etileno y de propeno. Es un metilbencenoLa producción anual de tolueno mundialmente es de 5 a 10 millones de toneladas.
  10. 10. CumenoCumeno es el nombre utilizado comúnmente para el isopropilbenceno, un compuesto químicoclasificado entre los hidrocarburos aromáticos. Se encuentra en el petróleo y en algunos de susproductos derivados, como algunos combustibles. Se utiliza en la síntesis de algunos detergentesy, principalmente, en la fabricación de fenol y acetona mediante la obtención previa dehidroperóxido de cumeno.La producción comercial de cumeno se lleva a cabo a través de un catalizador dealquilación de benceno, con la adición de propileno. Puede usarse como catalizador elácido fosfórico solidificado sobre alúmina, conforme se hacía hasta mediados de los años1990, cuando alcanzó mayor auge la catálisis basada en zeolitas.1

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