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    Hidrocarburos Hidrocarburos Document Transcript

    • HIDROCARBUROS<br />Trabajo de: <br />Candela Moure <br />Catalina Varela Ballesteros <br />Martina Del Bianco <br />Florencia Piacente<br />Profesor Héctor “Cuqui” Lacarra<br />Colegio Newlands<br /> <br />CONTENIDO<br /> TOC o "1-3" h z u CLASIFICACIÓN: PAGEREF _Toc298253855 h 3PROPIEDADES FÍSICAS: PAGEREF _Toc298253856 h 61. Alcanos: PAGEREF _Toc298253857 h 62. Alquenos: PAGEREF _Toc298253858 h 63. Alquinos: PAGEREF _Toc298253859 h 6REFINAMIENTO: PAGEREF _Toc298253860 h 7PROPIEDADES QUÍMICAS PAGEREF _Toc298253861 h 8Reforming: PAGEREF _Toc298253862 h 9COMTANIMACIÓN AMBIENTAL PAGEREF _Toc298253863 h 10Contaminación marítima: PAGEREF _Toc298253864 h 10Contaminación atmosférica: PAGEREF _Toc298253865 h 10Acciones que se realizan para reducir esta contaminación PAGEREF _Toc298253866 h 11OCTANAJE PAGEREF _Toc298253867 h 12Formas de mejorar el octanaje PAGEREF _Toc298253868 h 12CATALIZADOR EN AUTOS PAGEREF _Toc298253869 h 13¿Cuáles son las condiciones para que funcionen correctamente? PAGEREF _Toc298253870 h 13¿Qué es el limite o la sonda Lambda? PAGEREF _Toc298253871 h 14BIBLIOGRAFÍA PAGEREF _Toc298253872 h 15<br />CLASIFICACIÓN:<br />Los hidrocarburos son compuestos químicos orgánicos que se encuentran constituidos por átomos de carbono e hidrógeno. Se clasifican de la siguiente forma:<br />Según la naturaleza de sus enlaces:<br />Hidrocarburos de cadena abierta o cerrada.<br />Según la cantidad de enlaces, dentro de los hidrocarburos de cadena abierta encontramos:<br />-  Hidrocarburos saturados -> Alcanos: hidrocarburos que solo poseen enlaces de tipo simple.-  Hidrocarburos insaturados -> Alquenos: moléculas formadas por átomos que se unen entre sí mediante enlaces de tipo doble; y alquinos: moléculas cuyos enlaces son de tipo triple.<br />Dentro de los hidrocarburos de cadena cerrada encontramos:<br />- Hidrocarburos alicíclicos que a su vez se subdividen en saturados o cicloalcanos e insaturados. Estos últimos se subdividen en cicloalquenos y cicloalquinos- Cicloalcanos: también llamados alcanos cíclicos, poseen un esqueleto de carbono formado en exclusiva por átomos de carbono que se unen entre sí mediante enlaces de tipo simple formando un anillo. -Cicloalquenos: Son hidrocarburos que en su estructura tienen como mínimo un enlace covalente de tipo doble. <br />-Cicloalquinos: Son hidrocarburos cíclicos que tienen presente en su estructura enlaces de tipo triple. Generalmente son moléculas estables solamente si poseen un anillo suficientemente grande, siendo el ciclo-octino, con ocho carbonos, el cicloalquino más pequeño.<br />Los Hidrocarburos aromáticos, también conocidos como bencénicos, son moléculas que poseen al menos un anillo aromático dentro de su estructura, es decir, posee ciclos con dobles enlaces alternados. Según la cantidad de anillos se clasifican en:<br />Mononucleares<br />Polinucleares<br />Monosustituidos<br />Disustituidos<br />Polisustituidos<br />El término de hidrocarburos saturados que se suele utilizar para los alcanos o cicloalcanos, hace referencia a la imposibilidad de dichas moléculas para añadir a su estructura más hidrógenos, pues los átomos de carbono no tienen más enlaces en disponibilidad para ellos. En cambio, los alquenos, alquinos, cicloalquenos y cicloalquinos, debido a tener enlaces de tipo múltiple, pueden añadir más átomos de hidrógeno a su estructura molecular a través de reacciones de adición, por lo cual se les denomina también como hidrocarburos insaturados o no saturados.<br />Según su estructura, los alcanos, alquenos y alquinos se subdividen en dos tipos:<br />- Lineales: por ejemplo, CH3CH3 (etano), CH3CH2CH3 (propano), CH3CH2CH2CH3 (butano)<br />- Ramificados: Los alcanos ramificados son compuestos formados por la sustitución de átomos de hidrógeno del hidrocarburo, por los llamados grupos alquilo, los cuales se enganchan a la cadena de carbonos.<br />PROPIEDADES FÍSICAS:<br />Las propiedades físicas de los hidrocarburos son su punto de ebullición, punto de fusión, solubilidad y densidad.<br />
      • El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso. Depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia.
      • El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido, es decir, se funde.
      • La solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente);
      • La densidad de una sustancia es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.
      A continuación se detallan las principales propiedades físicas de los alcanos, los alquenos y los alquinos:<br />1. Alcanos:<br />No presentan polaridad entre sus enlaces.<br />A mayor peso molecular, mayor es el punto de fusión, el de ebullición, la densidad y la viscosidad. Esto es por las fuerzas intermoleculares atractivas, que aumentan al aumentar el número de carbonos.<br />Las fuerzas intermoleculares son menores en los alcanos ramificados y tienen puntos de ebullición más bajos.<br />Son solubles en componentes no polares como benceno y cloroformo, e insolubles en agua.<br />2. Alquenos:<br />Son similares los alcanos, pero tienen enlaces insaturados, por lo que tienen una pequeña polaridad.<br />La rotación de un doble enlace está impedida porque hay orbitales p que forman una nube p del doble enlace. Esto tiene un costo energético mucho más alto que la rotación simple.<br />Los puntos de fusión y ebullición varía al igual que los de los alcanos.<br />3. Alquinos:<br />Los enlaces triples son lineales, cortos y fuertes.<br />Las propiedades físicas son parecidas a las de los alcanos y alquenos correspondientes.<br />REFINAMIENTO:<br />Es un proceso por el cual se hace más fina o más pura una sustancia o materia, eliminando impurezas y mezclas. El refinamiento del petróleo es necesario ya que la composición del petróleo y la cantidad de contaminantes que lleva varía de una explotación a otra, por lo que la refinería de petróleo debe ajustar sus condiciones de trabajo para procesar un tipo u otro de crudo petrolífero.<br />El primer paso para refinar el petróleo consiste en una destilación fraccionada cuidadosa. Los productos de esa destilación no son alcanos puros sino mezclas de alcanos con un intervalo de puntos de ebullición adecuado.<br />Después de la destilación, se calienta a los alcanos en presencia de materias que catalizan la ruptura de moléculas grandes para formar otras más chicas. Esto permite extraerle buena parte de la gran variedad de componentes que contiene.<br />El petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al punto que de él se pueden obtener por encima de los 2.000 productos. Igualmente se puede clasificar en cuatro categorías: parafínico, nafténico, asfáltico o mixto y aromático. Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, que son los que se utilizan en los autos, y los petroquímicos, con lo que se producen plásticos, medicinas, textiles, entre otros. El principal producto que sale de la refinación del petróleo es la gasolina motor.<br />PROPIEDADES QUÍMICASCombustión:<br /> Una reacción de combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se libera energía luminosa y calorífica.<br /> En reacciones de combustión, el combustible y el oxígeno desaparecen apareciendo otras sustancias nuevas y nos quedaría básicamente así:<br /> (C, H, O) + O2= CO2+ H2O<br /> Los procesos de combustión y de oxidación tienen algo en común: la unión de una sustancia con el oxígeno. La única diferencia es la velocidad con que el proceso tiene lugar. Así, cuando el proceso de unión con el oxígeno es lo bastante lento como para que el calor desprendido durante el mismo se disipe en el ambiente sin calentar apreciablemente el cuerpo, se habla de oxidación. Si el proceso es rápido y va acompañado de un gran aumento de temperatura y en ocasiones de emisión de luz (llama), recibe el nombre de combustión.<br /> La combustión consiste en una combinación química con el oxígeno y, en la combustión de hidrocarburos, es el proceso mediante el cual se rompen los enlaces covalentes que unen a los hidrógenos con los carbonos. <br /> La combustión de hidrocarburos sólo se efectúa a temperaturas elevadas, como las que proporcionan una llama o una chispa. Sin embargo, una vez iniciada, la reacción desprende  calor que, a menudo, es suficiente para mantener la alta temperatura y permitir que la combustión continúe. La cantidad de calor que se genera al quemar un mol de un hidrocarburo a dióxido de carbono y agua se llama calor de combustión: para el metano es 213 Kcal.Cracking:<br /> El cracking catalítico de los hidrocarburos de cadena larga consiste en calentar los alcanos del petróleo en presencia de materiales que catalicen la ruptura de moléculas grandes para formar otras más pequeñas. Esto da lugar a hidrocarbonos de menor número de carbonos. <br /> El cracking con frecuencia se utiliza para transformar fracciones de punto de ebullición alto en mezclas de hidrocarburos que puedan mezclarse con gasolina. Cuando el cracking se realiza en presencia de hidrocarburos (hidrocracking), el resultado es una mezcla de alcanos, libres de impurezas de azufre y nitrógeno. El cracking sin hidrógeno da mezclas  de alcanos y alquenos. Muchas de las moléculas orgánicas de pequeño tamaño utilizadas en la industria química se obtienen cortando hidrocarburos de cadena larga procedentes del petróleo. <br /> La fragmentación de estos hidrocarburos inducida catalíticamente se realiza sobre alúmino-silicatos (SiO2/Al2O3, zeolitas). Estos catalizadores actúan formando moléculas más ramificadas y los isómeros obtenidos, más cortos, se queman de forma más suave y eficaz en motores de combustión interna.<br />Reforming:<br /> Las naftas que se extraen directamente de la destilación primaria suelen tener moléculas lineales, por lo que tienden a detonar por presión. Debido a que los motores actuales necesitan una gran compresión, se utiliza el método de reforming para transformar estas moléculas lineales en ramificadas o en forma de anillos para que no detonen por presión y puedan ser utilizadas por los motores actuales.<br /> Existen dos tipos de reforming: térmico y catalítico. El primero actúa por efecto de la temperatura y está casi anticuado. En el segundo, las reacciones de transformación se producen por efecto de catalizadores (platino, paladio, sílice y alúmina).<br /> El ‘reforming’ o reconstrucción catalítica utiliza un catalizador de doble función, mezcla de platino u alúmina. El platino proporciona la función metal, catalizando la hidrogenación y des hidrogenación y la alúmina la función ácida. El hidrocarburo pierde dos átomos de hidrógeno formando un alqueno debido a la acción del platino. El alqueno migra a una posición ácida donde acepta un protón y se une a la superficie como ion carbonio. Este ion se puede romper, isomerizarse a formas más ramificadas o formar anillos. Al final se obtiene una mezcla de pequeñas moléculas que pueden separarse y utilizarse como materias primas. <br />COMTANIMACIÓN AMBIENTAL<br />Contaminación marítima:<br /> Anualmente se vierten al mar entre 3 y 4 millones de toneladas de petróleo. La contaminación marítima por hidrocarburos se puede producir durante las operaciones cotidianas de los buques, ya sea de forma accidental, esto es, rebalse de tanques, roturas de mangueras, de líneas, pérdidas de pequeñas cantidades del casco, errores personales durante maniobras; o de forma intencional, como el limpiado de tanques, basura y aguas contaminadas.<br /> En el agua, los hidrocarburos se esparcen rápidamente, debido a la existencia de una importante diferencia de densidades entre ambos líquidos, llegando a ocupar extensas áreas y dificultando por lo tanto sus posibilidades de limpieza. Se crea una capa que imposibilita la interacción entre la flora y la fauna marina con la atmósfera, obstruyendo así el ciclo natural de vida.<br /> Si las sustancias contaminantes alcanzan la costa, debido a la alta permeabilidad de la arena, los hidrocarburos pueden penetrar hacia el subsuelo contaminando las napas y dejando  rastros irreparables en los reservorios de agua dulce.<br />Contaminación atmosférica:<br /> La actividad humana, especialmente el tránsito de vehículos, algunos procesos de combustión de materia orgánica y también las refinerías de petróleo y los procesos que trabajan con disolventes producen una importante cantidad de hidrocarburos de diversos tipos. <br /> Notamos que en la mayoría de las ocasiones se culpabiliza al CO2, pero los hidrocarburos emanan muchos otros gases contaminantes:<br /> Los hidrocarburos: El principal gas de estas características que poluciona la atmósfera es el metano. En un estudio realizado en la ciudad de Los Ángeles entre 1970 y 1972 indico que en la contaminación por hidrocarburos el metano representaba el 85% del total, los alcanos el 9%, los alquenos el 2.7%, los alquinos el 1% y los aromáticos el 2.3 %.<br /> Los hidrocarburos presentan en general, una baja toxicidad, el problema principal que tiene, es la reactividad fotoquímica en presencia de la luz solar para dar compuestos oxidados. Además, el etileno detiene el crecimiento de las plantas y los hidrocarburos aromáticos resultan cancerígenos.<br /> Los hidrocarburos oxigenados: En este grupo se incluyen los alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, fenoles, esteres, peróxidos y ácidos orgánicos. La principal causa de su presencia en el aire está asociada a los automóviles, aunque también pueden formarse por reacciones fotoquímicas (provocadas por efecto de la luz) en la propia atmósfera.<br /> El monóxido de carbono: Está considerado como un peligroso gas asfixiante porque se combina fuertemente con la hemoglobina de la sangre reduciendo la oxigenación de los tejidos celulares. Se produce en la combustión incompleta del carbón y de sus compuestos, y una de sus principales fuentes de emisión son los automóviles, aunque también se produce en la naturaleza, fundamentalmente por la actividad de algas.<br /> El dióxido de carbono: La mayor parte del CO2 se produce en la respiración de las biocenosis y, sobre todo, en las combustiones de productos fósiles (petróleo y carbón), el CO2 es un componente del aire es utilizado por los vegetales en la fotosíntesis.<br />Acciones que se realizan para reducir esta contaminación<br /> Afortunadamente, hasta la fecha, estos contaminantes han permanecido en bajos niveles, sin embargo por ser los precursores del ozono, es necesario reducir su presencia. Las principales acciones realizadas en cuanto al transporte son:<br />- Disminución del uso de automóviles- Modernización y dotación de equipo anticontaminante al transporte- Verificación obligatoria de las condiciones de vehículos para el control de emisiones.- Uso de convertidores catalíticos en autos.- Cambio por gas en lugar de algunos combustibles más contaminantes en transporte público, termoeléctricas e industrias.<br />OCTANAJE<br /> Octanaje o número de octano es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna, de tal manera que se libere o se produzca la máxima cantidad de energía útil.<br /> La calidad antidetonante de una gasolina se mide usando una escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.<br /> La prueba de determinación del octanaje de una gasolina se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.<br />Formas de mejorar el octanaje<br /> A nivel mundial, se han desarrollado varias tecnologías relacionadas entre sí para elevar el octanaje de las gasolinas, destacando las siguientes:<br />
      • Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reforming, isomerización y otros procesos, que permiten obtener gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos. Esto ha llevado a reducir en forma importante e inclusive a eliminar el tetraetilo de plomo, dando como resultado gasolinas de mejor calidad, que cumplen con los requerimientos de protección ecológica que se han establecido a nivel mundial.
      Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo (que es altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE), el Ter-Amil-Metil-Eter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE), entre otros. Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las gasolinas para elevar su número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que incide directamente en una combustión más completa y en un mejor funcionamiento de los motores.<br />CATALIZADOR EN AUTOS<br /> Un catalizador es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma, es decir que es una sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reacción sin actuar en la misma. Este está compuesto de platino, rodio y paladio. <br /> Se utilizan catalizadores sólidos metálicos en autos para catalizar reacciones de los gases tóxicos antes de que salgan por el caño de escape del automotor. Los gases que debemos eliminar principalmente son el monóxido de carbono (CO), el óxido de nitrógeno (N2O3) y los hidrocarburos degradados (producto de la combustión incompleta o ineficiente) Otras sustancias tóxicas que en menor proporción están presentes en los gases son el benzol, los aldehídos y partículas.<br />¿Cuáles son las condiciones para que funcionen correctamente?<br /> La proporción entre la cantidad de aire y combustible que se introduce en la cámara se ajustará a límites establecidos 14,5/1 (Limite Lambda=1).<br /> Los motores con mezclas pobres de lambda mayor a 1 son más económicos pero emiten mucha mayor concentración de N2O3. Los niveles ricos (lambda menor a 1) emiten más hidrocarburos incombustos y CO (monóxido de carbono, una de las sustancias más tóxicas).<br />La temperatura debe ser mayor a 250º C para que se produzca la catálisis y el dispositivo sea efectivo. Se diseña al catalizador con un calefactor auxiliar para garantizar que la temperatura llegue a ese rango antes de 90 segundos.<br />Con mezcla rica y más de 500º C se remueve el azufre depositado en el interior del dispositivo, produciendo ácido sulfúrico de olor fuerte y desagradable, que a niveles superiores a 10 ppm es muy dañino para la salud. El umbral del mal olor está muy por debajo de esos niveles, así el usuario puede detectar el problema sin arriesgar su salud, y al menor indicio de mal olor llevar su unidad al especialista.<br />¿Qué es el límite o la sonda Lambda?<br /> El limite lambda o sonda lambda se instala en los vehículos que tienen catalizador, para avisar en forma constante al ordenador la relación de mezcla, y poder regular el aporte de nafta y conseguir que el motor funcione correctamente y el catalizador realice su función.<br /> Se compone de un dispositivo con dos sensores, uno en contacto con los gases de escape y el otro con el aire exterior, cuando la cantidad de oxígeno no es la misma, por intermedio de dos electrodos se produce una diferencia de potencial que es advertida por la computadora que lo usa como factor de corrección del tiempo de inyección. De modo que mantiene constante la relación aire/nafta como lo requiere el catalizador.<br />BIBLIOGRAFÍA<br />Química Orgánica, Wade, 5ª Edición. Ed PEARSON Prentice HallQuímica, Raymond Chang, 9ª Edición. Ed Mc Graw Hill<br />http://quimica.laguia2000.com/<br />http://www.buenastareas.com/<br />http://es.wikipedia.org/<br />http://www.ref.pemex.com/<br />http://www.oni.escuelas.edu.ar/<br />http://html.rincondelvago.com/<br />http://www.diquima.upm.es/<br />http://www.maremundi.com<br />http://eurocontaminacion.blogspot.com<br />http://www.medio-ambiente.info<br />http://usuarios.multimania.es<br />http://www.xatakaciencia.com<br />http://diccionario.motorgiga.com<br />http://ocw.uv.es<br />