1. DOCENTE: Ing. Miguel Alarcon
CURSO: Cinética Metalúrgica
ESTUDIANTES:
• Alejo Cueva Elvis Calixto
• Huamán Vilcacure Leidy Elizabeth
• Yataco Doza Paolo Alexander
2. INTRODUCCION
El conocimiento de las dependencias de las velocidades de reacción con todos
los parámetros permite diseñar experiencias para obtener productos a una
velocidad determinada. Sin embargo, hay muchos procesos en los que aun
extremando las condiciones experimentales: concentraciones y temperaturas
altas, por ejemplo, transcurren a velocidades lentas. Si son productos de gran
consumo, la pequeña velocidad de sus síntesis los hará prohibitivos.
Afortunadamente, la Industria Química emplea en la mayor parte de procesos unas
sustancias denominadas catalizadores, en cuya presencia aumentan significativamente
las velocidades de reacción, pudiendo ahora sí sintetizar grandes cantidades de
productos en tiempos razonables y económicos. Entre los procesos catalíticos más
importantes por el volumen de las materias sintetizadas se encuentran: las síntesis de
amoniaco, de ácido sulfúrico (producto que se tomaba como índice del grado de
desarrollo de un país), los catalizadores biológicos, que regulan la velocidad de gran
número de los procesos metabólicos de los seres vivos.
3. Cinética Química
• La cinética química estudia velocidad de las reacciones.
• Las reacciones hay algunas que se dan más rápidas que otras por ejemplo el air
bag que cuando tenemos un accidente ocurre una reacción rápida para protegernos
ante un choque pero también hay reacciones lentas por ejemplo la oxidación del
Hierro aquí un ejemplo de como se mide la velocidad de la reacción.
𝑁2 + 3𝐻2 → 2𝑁𝐻3
• Entonces la velocidad de desaparición del nitrógeno va a ser lo que varié de la
variación en un tiempo dado.
𝑉
𝑚𝑟 =−
∆ 𝑁2
∆𝑡
= −
1
3
∆ 𝐻2
∆𝑡
=
1
2
∆ 𝑁𝐻3
∆𝑡
𝑉𝑖𝑐 =−
𝑑 𝑁2
𝑑𝑡
= −
1
3
𝑑 𝐻2
𝑑𝑡
=
1
2
𝑑 𝑁𝐻3
𝑑𝑡
𝑉 = 𝐾 𝑁2
𝛼
𝐻2
𝛽
4. • Se han obtenido los sgtes. datos para la reacción
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 (a una determinada temperatura)
• Hallar:
a) Ordenes parciales
b) Constante de velocidad
c) Ecuación de velocidad
Datos
𝐴 𝑖
𝑚𝑜𝑙
𝐿
𝐵 𝑖
𝑚𝑜𝑙
𝐿
𝑉 𝑖
𝑚𝑜𝑙
𝐿. 𝑆
1) 0,2 0,2 8.10−3
2) 0,6 0,2 24.10−3
3) 0,2 0,4 32.10−3
6. Teoría de Colisión
• En 1920 Gilbert Lewis propone la Teoría de las Colisiones que se basa en los
choques de los reactivos cuando chocan hacen que los reactivos pasen a productos
pero no todos los choques hacen que los reactivos pasen a productos los que pasan
los llamaremos choques eficaces las cuales deben tener 2 características
1. Energía Mínima
2. Orientación adecuada
7. Teoría del complejo Activado
• En 1935 Henry Eyring propone la teoría del complejo activado en esta teoría se
produce un estado intermedio entre reactivos y productos también llamado estado
transitorio.
• A los reactivos hay que proporcionarles energía para que pase a complejo activado
a la cual llamaremos energía de activación.
• Por ultimo el complejo activado libera energía para dar lugar a los productos
8. • E.a: Energía de activación, es la energía que debe tomar los reactivos para
llegar al estado de complejo activado.
• Los reactivos han ganado energía en forma de calor, y si ese calor absorbido
en presión constante, es entalpia H.
∆H+ Gana calor por lo tanto es una reacción endotérmica (Reactivos)
• Los reactivos tienen más energía que los productos
∆H- Pierde calor por lo tanto es una reacción exotérmica(productos)
9. Factores que afectan el equilibrio
químico
• Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio de un
proceso químico como son la temperatura, la presión y el efecto de las
concentraciones. Estos factores están relacionados con el principio de Le
Chatelier-Braund, “Si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los
factores que influyen en el mismo (temperatura, presión o concentración), el
sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a
contrarrestar dicha variación”.
10. Efecto de la temperatura
• En los procesos endotérmicos el aumento de temperatura favorece el proceso porque
necesita aporte de energía.. En las reacciones exotérmicas el aumento de temperatura
entorpece la reacción. En general la reacción se desplaza en el sentido que absorba calor, es
decir, que sea endotérmica.
• Para una reacción endotérmica:
• A + B + calor = C + D
• Un aumento de la temperatura provocará un desplazamiento del equilibrio hacia el lado que
contrarresta, o sea hacia la derecha.
• Para una reacción exotérmica:
• A + B = C + D + calor
• Un aumento de la temperatura provocará el desplazamiento hacia la izquierda.
11. Efecto de la presión
• Una variación de presión en un equilibrio químico influye solamente cuando en el mismo
intervienen gases y hay variación del número de moles. Si aumenta la presión, el sistema se
desplazará hacia donde existan menor número de moles (porque ocupan menos espacio)
para así contrarrestar el efecto de disminución de V, y viceversa. El efecto de un cambio de
presión depende de los cambios de volumen que tengan lugar durante la reacción. Si aquella
se produce sin cambio de volumen, todo cambio de presión que se le aplique no la modifica.
12. Efecto de las concentraciones
• La variación de la concentración de cualquiera de las especies que intervienen en el equilibrio no
afecta en absoluto al valor de la constante de equilibrio; no obstante el valor de las concentraciones
de las restantes especies en equilibrio sí se modifica. Así:
Un aumento de la concentración de cualquier sustancia desplaza el equilibrio en dirección
contraria a la formación de esa sustancia.
Una disminución de la concentración de cualquier sustancia desplaza el equilibrio hacia la
formación de esa sustancia.
13. Teorías de las reacciones químicas
• Hay dos grandes teorías que intentan explicar las cinéticas de las reacciones químicas: la teoría de
las colisiones y la teoría del estado de transición.
• La teoría de las colisiones se usa para pronosticar la cinética de las reacciones químicas,
particularmente para los gases. La teoría de las colisiones está basada en la suposición de que
para que se dé una reacción es necesario que las especies choquen (átomos o moléculas). No
todas las colisiones conllevan un cambio químico.
14. • Una colisión será eficaz si las especies que chocan lo hacen con una energía igual o superior a la llamada
energía de activación. Además, en la colisión las especies tienen que estar orientadas de una manera favorable
a la necesaria reagrupación de sus átomos. Así, según la teoría de las colisiones, la velocidad con que una
reacción química avanza estará relacionada con la frecuencia con que se producen las colisiones eficaces.
Debido a que la frecuencia con que átomos y moléculas chocan sólo se puede calcular con cierto grado de
exactitud en gases (por aplicación de la teoría cinético-molecular), el uso de la teoría de las colisiones está
limitada a reacciones en fase gaseosa.
15. • Según la teoría de las colisiones, si en una reacción hay pocos choques efectivos por unidad de
tiempo, la reacción transcurrirá a baja velocidad
16. Concentración de los reactivos
Naturaleza, estado físico y grado de
división de reactivos.
Temperatura
Catalizadores e Inhibidores
17. Si aumentamos la concentración de reactivos, hay mas reactivos
en el mismo espacio, hay mas moléculas que van a producir
choques, entonces hay mas probabilidades de que esos choques
sean choques eficaces, y que los reactivos pasen a productos.
-Si aumentamos la concentración
de los reactivos, aumenta la
velocidad. ↑ [ ] ↑ 𝑉
-Si disminuye la concentración de
los reactivos, disminuye la
velocidad. ↓ [ ] ↓ 𝑉
18. Hay sustancias que reaccionan antes que otras y
es por su naturaleza.
2.NATURALEZA, ESTADO FISICO Y GRADO DE DIVISION
Comparten
sus
electrones.
Es mas fácil que reacciones
un enlace iónico ya que las
fuerzas que unen a este tipo
de enlace son mas fáciles de
romper y así crear sustancias
nuevas.
Se unen por
fuerzas
electrostáticas, por
atracción de
cargas.
19. b)Estado físico
En estado Gaseoso tienen más energía, las partículas
se mueven mas y tienen una velocidad mayor.
Si tiene una energía mayor, es mas fácil que llegue a
energía necesaria para que al chocar, puedan dar lugar
a los productos.
Si está en estado Gaseoso, es más probable que
los choques sean eficaces que en estado Liquido
y Solido.
20. c)GRADO DE DIVISION
Afecta sobre todo a los solidos, porque si tenemos una superficie de un
sólido, sólo va reaccionar la parte superficial.
Si dividimos ese solido va haber mayor superficie para que otras
moléculas ataquen ese solido.
∴ 𝑼𝒏 𝒎𝒂𝒚𝒐𝒓 𝒈𝒓𝒂𝒅𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒗𝒊𝒔𝒊𝒐𝒏,
𝒔𝒖𝒑𝒐𝒏𝒅𝒓á 𝒖𝒏𝒂 𝒎𝒂𝒚𝒐𝒓 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅
𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝑹𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏.
21. Si aumenta la temperatura, las moléculas se van a mover más rápido,
aparte que van a chocar mas veces, van a tener mayor velocidad para
que en esos choques sean choques eficaces y den lugar a los productos.
∴ 𝑺𝒊 𝒂𝒖𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂 𝒍𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂,
𝒂𝒖𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂 𝒍𝒂 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝑹𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏.
↑ 𝑻 ↑ 𝑽
↓ 𝑻 ↓ 𝑽
22. Término propuesto por Berzelius en 1836 para
determinar el aumento de la velocidad de reacción
por adición de una sustancia que se recupera sin
alterar al final de la reacción. Esta sustancia se
denomina catalizador. Berzelius escribía para
describir los experimentos que había realizado sobre
la descomposición del recién descubierto compuesto
que era el agua oxigenada, 𝑯𝟐𝑶𝟐 → 𝑯𝟐𝑶 +
𝟏
𝟐
𝑶𝟐 , muy
estable a temperatura ambiente, pero cuya
descomposición se aceleraba en presencia de
diversas sustancias.
23. CATALIZADORES.- Disminuyen la Energía de
Activación. ↓ 𝐸𝑎 ↑ 𝑉
Si la energía es menor , los reactivos pueden
llegar mas rápido a los productos.
INHIBIDORES.- Aumenta la Energía
de Activación. ↑ 𝐸𝑎 ↓ 𝑉
Si la energía de activación es mayor
serán mas lenta la Velocidad de la
reacción, ya que los reactivos se
demorarán al llegar a ser productos.
Reacción
exotérmica
Reacción
endotérmica
24. PROPIEDADES DE LOS CATALIZADORES
1. El catalizador aparece químicamente inalterado al final de la reacción.
25. 2. Una pequeña cantidad de catalizador es suficiente para producir una reacción considerable. Al
agregar trazas de Pt finamente dividido a una mezcla gaseosa de 𝑯𝟐𝑶𝟐, se produce una
explosión violenta.
A la hora de expresar la velocidad de un proceso hemos de tener en cuenta que
la velocidad no es cero en ausencia de catalizador en muchos casos, por lo que
hemos de introducir un término independiente de la concentración de
catalizador. Así, la velocidad se puede escribir como suma de la velocidad de la
reacción sin catalizar más la de la reacción catalizada. Para una reacción con
reactivos A L:
𝑣 = 𝑘0 𝐴 𝛼
𝐿 𝛽
+ 𝑘𝑐𝑎𝑡 𝐴 𝛼
𝐿 𝛽
𝐶
Donde:
𝑘0 es la constante de velocidad del proceso no catalizado
𝑘𝑐𝑎𝑡 la del proceso catalizado.
[C] es la concentración de catalizador y
𝐿 𝛽 la de sustrato elevada a su orden de reacción.
Para que exista catálisis 𝑘𝑐𝑎𝑡 > 𝑘0, con lo que la velocidad de reacción
normalmente puede expresarse simplemente como:
𝑣 = 𝑘𝑐𝑎𝑡 𝐴 𝛼
𝐿 𝛽
𝐶
26. 3. El catalizador no inicia la reacción: sólo acelera una
reacción que se producía lentamente, tampoco cambia el
rendimiento de la reacción.
4. El catalizador afecta la cinética de la reacción pero no
afecta la termodinámica de la reacción.
5. La actividad, selectividad y estabilidad son las
propiedades típicas de un catalizador
27. TIPOS DE CATALISIS:
Catálisis homogénea: El
catalizador y el sistema reactivo
forman un sistema homogéneo con
una sola fase. Son reacciones en
fase gas o en disolución; por
ejemplo, la catálisis ácido-base,
acetato de metilo a partir del ácido
acético y el metanol.
Catálisis heterogénea: la reacción se
produce en una región interfacial. Así, para
una reacción donde los reactivos están en
fase gas o disolución el catalizador se suele
presentar en forma de sólido, Por ejemplo,
en el proceso de Haber, el hierro finamente
dividido sirve como un catalizador para la
síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e
hidrógeno. Los gases reactantes se
adsorben en los "sitios activos" de las
partículas de hierro.
𝟐𝑺𝑶𝟐(𝒈) + 𝑶𝟐(𝒈)
𝑷𝒕/𝑽𝟐𝑶𝟓
𝟐𝑺𝑶𝟑(𝒈) → 𝑨𝑫𝑺𝑶𝑹𝑪𝑰𝑶𝑵
𝟐𝑺𝑶𝟐(𝒈) + 𝑶𝟐(𝒈)
𝑵𝑶
𝟐𝑺𝑶𝟑(𝒈) → 𝑪𝑶𝑴𝑷𝑳𝑬𝑱𝑶 𝑨𝑪𝑻𝑰𝑽𝑨𝑫𝑶 𝑴𝑬𝑵𝑶𝑺 𝑬𝑵𝑬𝑹𝑮𝑬𝑻𝑰𝑪𝑶
28. Catálisis enzimática: reacciones bioquímicas cuya
velocidad se incrementa por la acción de las enzimas,
que son proteínas formando una dispersión coloidal.
Aunque formalmente es homogénea, presenta
características propias de la catálisis heterogénea,
como la existencia de centros activos.
Organocatálisis
Mientras que los metales de transición a veces
atraen más la atención en el estudio de la
catálisis, las moléculas orgánicas que no
contengan metales también pueden poseer
propiedades catalíticas. Normalmente, los
catalizadores orgánicos requieren una mayor
carga que los catalizadores basados en
metales de transición, pero estos catalizadores
suelen estar disponibles comercialmente en
grandes cantidades, ayudando a reducir los
costos. A principios de los 2000, los
organocatalizadores fueron considerados una
"nueva generación" y eran competidores de
los tradicionales catalizadores que contenían
metales. Las reacciones enzimáticas operan a
través de los principios de la catálisis orgánica.
29. Electrocatalizadores
En el contexto de la electroquímica, específicamente en la
ingeniería de las pilas de combustible, que contienen
varios metales los catalizadores se utilizan para mejorar
las velocidades de las semirreacciones que conforman la
pila de combustible. Un tipo común de electrocatalizador
de pila de combustible se basa en nanopartículas de
platino que están soportadas en partículas un poco
mayores de carbón. Cuando este electrocatalizador de
platino está en contacto con uno de los electrodos en una
pila de combustible, aumenta la velocidad de reducción del
oxígeno a agua (o hidróxido o peróxido de hidrógeno).
Nanocatálisis
El principio de la nanocatálisis se basa en la premisa
de que los materiales catalíticos aplicados en la
nanoescala tienen mejores propiedades, en
comparación con lo que exhiben en una macroescala.
Se han descubierto que los nano-catalizadores
poseen propiedades diferentes a los sistemas
macroscópicos debido no solo al área
específica diferente sino también a la presencia
de cargas eléctricas sobre ellos, y sobre todo a
la presencia de enlaces extremadamente
distorsionados.
30. Fotocatálisis: La Fotocatálisis es la aceleración
de un proceso de oxidación que existe en la
naturaleza (el principio Foto catalítico) en la cual
una substancia utiliza la luz ultravioleta creando
una reacción química, resultando así en la
descomposición de contaminantes orgánicos e
inorgánicos, impidiendo así su acumulación.
31. Para ser efectivo, un catalizador debe combinarse con uno o más reactantes o con una especie
intermedia implicada en la reacción. Después de que la reacción tenga lugar, se libera el
catalizador y se puede combinar con otro reactante o intermedio en una reacción subsecuente.
El catalizador no se consume durante la reacción, de forma que una pequeña cantidad de
catalizador puede participar en numerosas reacciones.
Supongamos una reacción con un solo reactivo (S). Un esquema simple para este mecanismo
general de reacción catalítica es:
Donde:
S representa al reactante o
sustrato
C es el catalizador
P el producto.
SC El complejo sustrato-
catalizador, es una especie
intermedia del mecanismo.
32. Aplicando la aproximación de estado estacionario al intermedio SC:
La expresión de velocidad de reacción diferencial para la formación de producto es:
33. Como el catalizador no se consume lo habitual es expresar las ecuaciones cinéticas en función de la
concentración inicial de catalizador 𝐶 𝑜. La concentración que existe de complejo catalizador-sustrato
la podemos determinar empleando la condición de estado estacionario y teniendo en cuenta que la
concentración de catalizador libre [C] es igual a la inicial menos la que está formando complejo
([C]= 𝐶 𝑜 [SC]):
34. Donde:
𝐾𝑚 = 𝐾−1 + 𝐾2 𝐾1 Constante de Michaelis-Menten
Se observa que v varía linealmente con 𝐶 𝑜, siendo la
dependencia con [S] más complicada. La velocidad de la
reacción (ecuación 5.9) es de orden uno respecto al
catalizador, mientras que se pueden observar dos
situaciones límite respecto al sustrato.
• Si [S]< 𝑘𝑚 se obtiene que 𝑣 =
𝑘2 𝐶 0
𝑘𝑚
𝑆 si se desprecia [S] del denominador y
por tanto determinaríamos en estas condiciones una cinética orden 1 respecto
del sustrato.
• Si [S]> 𝑘𝑚 se desprecia 𝑘𝑚 llegando a 𝑣 = 𝑘2 𝐶 0 determinando por tanto una
cinética de orden 0 respecto al sustrato.
Variación de la velocidad de reacción con la
concentración de sustrato.
35. La importancia económica de la catálisis heterogénea es tal que casi el 80% de los procesos
industriales utilizan en alguna de sus etapas una reacción catalizada por un sólido.
En la catálisis heterogénea el fenómeno catalítico está relacionado con las propiedades químicas de la
superficie del sólido que se ha elegido como catalizador, siendo por supuesto estas propiedades
superficiales un reflejo de la química del sólido. Para que un catalizador sólido sea efectivo, uno o más
de los reactivos deben quimisorberse sobre el mismo, dando lugar a un complejo superficial sustrato-
catalizador que será el causante de la disminución de la energía de activación. La adsorción física es
solamente importante en la catálisis heterogénea en algunos casos muy particulares.
Quizás la reacción catalizada heterogénea mejor
entendida es la oxidación del CO sobre catalizadores
de Pt o Pd:
La oxidación del monóxido de carbono a dióxido de
carbono.
2𝐶𝑂(𝑔) + 𝑂2 (𝑔) → 2𝐶𝑂2 (𝑔)
La reducción del monóxido de nitrógeno a nitrógeno.
2𝑁𝑂(𝑔) + 2𝐶𝑂(𝑔) → 𝑁2 (𝑔) + 2𝐶𝑂2 (𝑔)
La oxidación de los hidrocarburos a agua y dióxido de
carbono.
2𝐶6𝐻6 (𝑔) + 15𝑂2 (𝑔) → 12𝐶𝑂2 (𝑔) + 6𝐻2𝑂(𝑔)
36. Para que la reacción entre el sistema gaseoso reactivo y
el catalizador sólido tenga lugar es necesario que se den
las siguientes etapas:
1. Transporte de las moléculas de reactivos hasta la
superficie del sólido.
2. Quimisorción de al menos una de las especies
reactivas sobre la superficie
3. Reacción química entre los reactivos adsorbidos o
entre un reactivo adsorbido y las moléculas no
adsorbidas que chocan contra la superficie.
4. Desorción de los productos de la superficie.
5. Transporte de los productos desde la superficie del
solido.
Un tratamiento general de este mecanismo implica el
estudio de las velocidades de las cinco etapas, lo cual es
complicado. Sin embargo, en muchos casos, una de estas
etapas es mucho más lenta que todas las demás, y, a
efectos cinéticos, solamente es necesario considerar la
velocidad de esta etapa determinante. Las etapas de
transporte, en ausencia de gradientes mecánicos, suelen
ser de difusión
37. La efectividad de un catalizador puede medirse por la cantidad de
producto formado por unidad de tiempo y unidad de área superficial de
catalizador. En principio, el efecto de un catalizador es proporcional a
su área superficial, por ello es deseable que sea lo mayor posible. Esto
se puede conseguir disminuyendo el tamaño de las partículas del
catalizador ya que la cantidad de materia (número de átomos)
superficial aumenta al disminuir al tamaño de las partículas. Estas
partículas se suelen extender sobre la superficie de un soporte poroso
(propagador), siendo los más utilizados el gel de sílice (Si𝑂2), la
alúmina (𝐴𝑙2𝑂3) y el carbón activo.
38. Acido sulfúrico
• IDENTIDAD DE LA SUSTANCIA QUÍMICA
• Fórmula: H2SO4
• Número UN:
• 1830 (Concentración menores de 65,25%)
• 1832 (Acido Sulfúrico Consumido)
• 1786 (Mezcla de Acido Sulfúrico y Acido Fluorhídrico)
• Clase de Peligro UN: 8 – Corrosivos (Solución)
39. SINÓNIMOS
Acido de batería, BOV,
Acido de Nordhausen,
Aceite de Vitriolo,
espíritu del Azufre, Acido
Sulfúrico, Aceite café de
Vitriolo, Sulfato de
Hidrógeno, Acido
fertilizante, Acido de
cámara, Acido de
inmersión, Acido
Sulfúrico consumido.
Sulfuric (sulphuric) Acid
(Inglés), Acide Sulfurique
(Francés), Schwefelsäure
(Alemán), Acido
Solforico (Italiano)
40. DESCRIPCIÓN
• En su forma pura, el Acido Sulfúrico es un líquido aceitoso, sin color y sin olor. Es muy corrosivo. En su forma
comercial está usualmente impuro y su coloración es pardusca.
• El Acido Sulfúrico puede formar soluciones con el agua en cualquier proporción. Las soluciones acuosas de Acido
Sulfúrico se nombran de acuerdo con el porcentaje en peso de Acido en la solución; el Acido Sulfúrico concentrado
es entonces H2SO4 100%, que se conoce como anhidro o como monohidrato de trióxido de Azufre
• El Acido Sulfúrico puede disolver cualquier cantidad de trióxido de Azufre (SO3). Al introducir trióxido de Azufre
sobre Acido Sulfúrico concentrado se genera óleum, que por lo general se comercializa en soluciones de 10 a 70%
de contenido de trióxido de Azufre y que se conocen también como Acido Sulfúrico fumante
41. COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN DE
LOS INGREDIENTES
• Se comercializa en solución acuosa de concentración entre 33 a 98%. Existen
cuatro grados de comercialización: comercial, electrolito (de alta pureza para
baterías), textil (bajo contenido de impurezas orgánicas) o grados de reactivo
44. PROPIEDADES QUÍMICAS
El Acido Sulfúrico es un Acido mineral fuerte y un oxidante fuerte. Se disocia en agua de acuerdo con dos equilibrios:
1) - H2SO4 + H2O <=> H3O + HSO4
2) - HSO4 - + H2 O <=> H3 O + SO4 2-
El primero de ellos a proporciones de agua bajas y el segundo a proporciones altas; por esta razón el Acido Sulfúrico
diluido actúa como un Acido dibásico. Estas características ácidas hacen que reaccione con metales básicos como el
aluminio provocando la generación de Hidrógeno y los correspondientes Sulfatos y biSulfatos metálicos.
El Acido Sulfúrico concentrado y caliente es una sustancia altamente oxidante y ataca metales preciosos. En este
mismo estado reacciona con carbono, fósforo y Azufre produciendo dióxido de Azufre
El Acido Sulfúrico descompone las sales de muchos otros Acidos, lo cual representa una oportunidad industrial en
diversos campos como en la producción de Sulfato de sodio (Na2SO4) y cloruro de Hidrógeno (HCl) a partir del
cloruro de sodio (NaCl), la descomposición de sulfitos a dióxido de Azufre y la descomposición de fosfatos de
calcio naturales (Ca3(PO4)2) hasta Acido fosfórico (H3PO4) y Sulfato de calcio (CaSO4)
45. Incompatibilidades
• Por sus características de oxidante fuerte, reacciona violentamente con
materiales reductores. Cuando entra en contacto con combustibles finamente
particulados provoca su ignición. Reacciona violentamente con bases. Es
corrosivo para muchos metales comunes generando humos de dióxido de
Azufre e Hidrógeno gaseoso, el cual es altamente explosivo. Debido a que es
un material muy higroscópico, puede producir deshidratación de otras
sustancias
46. PRODUCCIÓN
• Existen dos grandes procesos por los cuales se ha producido o se produce
Acido Sulfúrico industrialmente: el proceso de cámara y el proceso de
contacto.
• Proceso de Cámara.
• Proceso de Contacto
47. Proceso de Cámara
• En el proceso de cámara, el óxido de Azufre se oxida hasta trióxido de Azufre
(SO3), que posteriormente se combina con agua para generar el Acido Sulfúrico.
Las reacciones involucradas en este proceso corresponden a:
• 1) - 2NO + O2 => 2NO2
• 2) - 2NO2 + 2SO2 + H2O => H2SO4 + 2NO
• En estas reacciones el dióxido de nitrógeno (NO2) actúa como el agente oxidante.
Los productos finales de este proceso, como se observa, son el Acido Sulfúrico y
Oxidos de nitrógeno. Por este procedimiento se obtiene Acido Sulfúrico de
concentración 78%, que es una de sus desventajas con respecto al proceso de
contacto donde se logran concentraciones del producto de 98%.
48. Proceso de Contacto
• El método de contacto para la producción de ácido sulfúrico es un método que utiliza una
catálisis heterogénea, es decir, el catalizador empleado está en una fase de agregación
distinta. En concreto, suele utilizarse un catalizador sólido, el pentóxido de divanadio, V2O5.
Este método permite obtener un ácido sulfúrico con una concentración en torno al 98% en
peso (es decir, 98 gramos de ácido sulfúrico por cada 100 gramos de disolución; los dos
gramos restantes son agua), que es el que suele utilizarse en el laboratorio, por ejemplo, para
preparar posteriormente disoluciones menos concentradas.
• Igual que el método de las cámaras de plomo, el método de contacto parte del dióxido de
azufre obtenido por distintos métodos. Veamos cada etapa de forma individual.
49. Primera etapa: producción de dióxido de
azufre, SO2
• En general, la producción de SO2 se puede escribir como:
• S(s) + O2(g) ⇒ SO2(g)
• Sin embargo, esta reacción será válida únicamente si la producción del dióxido de azufre se
lleva a cabo a partir de azufre puro sólido. Aunque esta es la situación ideal, por la menor
producción de subproductos o presencia de impurezas y el mayor rendimiento, lo cierto es
que hay muchas plantas de producción de sulfúrico que emplean otras fuentes para la
producción inicial de SO2. Una fuente usada muy habitualmente es la pirita, mineral
disulfuro de hierro, FeS2, que por tostación con exceso de aire produce óxido de hierro(III)
y dióxido de azufre en una reacción redox
• 4FeS2(s) + 11O2(g) ⇒ 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)
50. Trabajar con exceso de aire hará que el SO2 producido esté ya mezclado con oxígeno
en la corriente de salida hacia la siguiente etapa, lo cual será necesario para la
obtención de SO3. Una vez obtenido el dióxido de azufre y antes de entrar en el
reactor, se debe purificar, ya que puede estar mezclado con restos de otros
compuestos. Para ello se pueden emplear diversos métodos, como hacerlo pasar por
separadores de polvo, mecánicos o electrostáticos, y el lavado con agua y ácido
sulfúrico concentrado. Ya purificado pasará al reactor para la producción de SO3
51. Segunda etapa: producción de trióxido de
azufre, SO3, a partir de SO2
• La producción de trióxido de azufre a partir de la reacción del dióxido de azufre con el oxígeno es una reacción
exotérmica y reversible (no se produce de forma completa sino que alcanza un equilibrio químico, en el que sigue
habiendo presencia tanto de reactivos como de productos). Podemos escribir su ecuación termoquímica como:
• 2SO2(g) + O2(g) ⇔ 2SO3(g) ΔH = -196kJ·mol-1
52. La reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador sólido, que puede ser platino o pentaóxido de vanadio, V2O5,
aunque este último es más habitual porque es menos susceptible de envenenamiento y desgaste que el platino
(especialmente en plantas en las que se obtiene el SO2 por tostación de pirita, ya que esta a menudo contiene arsénico.
El arsénico no se puede eliminar en su totalidad de la corriente de gases producidos y envenena el platino en el
convertidor). La actuación del catalizador es óptima entre 400 y 450ºC, y es por este motivo que se emplean estas
temperaturas, a pesar de que una disminución de la temperatura favorecería la reacción termodinámicamente (por ser
exotérmica) pero afectaría negativamente a la cinética de reacción, como se explicará con mayor detenimiento en un
apartado posterior. En cuanto a la presión, se mantiene a 1 o 2 atmósfera, pues si bien un aumento de la presión
favorecería el desplazamiento de la reacción a la derecha (principio de Le Châtelier) supondría un sobrecoste no
asumible del proceso industrial. De hecho, esto ocurre a menudo y es una limitación importante en la industria: las
mejores condiciones para el proceso químico no tienen porqué ser (y generalmente nunca son) las mejores condiciones
para el bolsillo de la industria, principalmente considerando los costes de la energía eléctrica.
53. Conversión del SO3 en ácido sulfúrico
• La conversión del SO3 en ácido sulfúrico no se puede llevar a cabo por simple
reacción del trióxido de azufre con agua. ¿Por qué? El motivo es que la reacción
SO3 + H2O ⇒ H2SO4 es incontrolable y crea una niebla de ácido sulfúrico y de
trióxido de azufre que afecta negativamente al proceso. Por ello, en lugar de esto, lo
que se hace primero es disolver el trióxido de azufre en ácido sulfúrico concentrado,
lo que produce ácido disulfúrico (Dihidrogeno(heptaoxidodisulfato) para los amigos
de la IUPAC desde 2005 y óleum para los químicos más anticuados, debido a su
consistencia aceitosa y color café oscuro):
• H2SO4(l) + SO3(g) ⇒ H2S2O7(l)
54. Uso de un catalizador
• El catalizador no afectará a la posición del equilibrio, sino únicamente a la
velocidad de reacción (en ambos sentidos). En ausencia de catalizador la
reacción es tan lenta que prácticamente no transcurre de forma apreciable.
Así, el catalizador logra que la reacción sea lo suficientemente rápida y que
suceda con un buen rendimiento a pesar de que los gases pasan poco tiempo
en el reactor con este método.
55. Disposición final del catalizador pentóxido de
vanadio por fijación en una escoria metalúrgico
• El cumplimiento de los Programas de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA)
exigidos por la normativa ambiental peruana ha permitido que las grandes
fundiciones no ferrosas como la Fundición de Cobre de Ilo y el Complejo
Metalúrgico de La Oroya, capturen sus emisiones gaseosas de dióxido de azufre y
las transformen en ácido sulfúrico comercial en lugar de descargarlas directamente a
la atmósfera e impactar negativamente el medio ambiente. En una de las etapas de la
producción de ácido sulfúrico se emplea el pentóxido de vanadio como catalizador,
el cual acelera la reacción química entre el dióxido de azufre (SO2) y el oxígeno (O2)
para formar trióxido de azufre (SO3)
56. Por la naturaleza propia de la operación, el pentóxido de vanadio pierde gradualmente sus propiedades catalíticas,
debiendo ser reemplazado por catalizador fresco. El catalizador “agotado” presenta características tóxicas, por lo que
debe ser manejado como residuo peligroso, siendo actualmente dispuesto en el Perú en rellenos de seguridad siguiendo
estrictos procedimientos para evitar daños a la salud de las personas y al entorno. El presente trabajo propone como
alternativa el tratamiento del catalizador agotado de pentóxido de vanadio por pirometalurgia, fijando la mayor
proporción del vanadio en la escoria producida en un horno de fusión de cobre.
Para comprobar esta hipótesis, se efectuaron una serie de pruebas a nivel laboratorio e industrial adicionando en forma
dosificada el catalizador agotado a la carga de un horno reverbero de cobre, evidenciándose que más del 97,9 % del
vanadio se desplaza hacia la fase escoria. La escoria así obtenida fue sometida a pruebas geoquímicas y de estabilidad
química, cuyos resultados indicaron que no presenta potencial de generar acidez ni de lixiviación en forma natural, por
lo que su almacenamiento a la intemperie no afectaría las aguas superficiales ni subterráneas aledañas. Se concluye que
el catalizador agotado de pentóxido de vanadio generado en las plantas de ácido sulfúrico puede ser manejado
económicamente en forma estable y ambientalmente sustentable en el tiempo mediante su fijación en escorias
fayalíticas de fundiciones de cobre.
57. Proceso Merrill Crowe
• En la minería de oro uno de los procesos más usados para la extracción metalúrgica es el de
Merrill Crowe, llamado así en honor a sus creadores Charles Merril y Thomas Crowe alrededor
del año 1900, en este artículo le describiré de manera muy breve como funciona este proceso y
los equipos utilizados en el mismo.
• Los objetivos principales de este proceso son el obtener la mayor cantidad de valores una vez
fundidos los precipitados de este proceso y también el minimizar la cantidad de valores en las
escorias.
• El proceso de precipitación de oro y plata inicia con la clarificación de la solución rica
proveniente de los procesos previos como la lixiviación en patios, esta clarificación se realiza por
lo general en filtros de hojas o laminas los cuales contienen mallas de metal recubiertas con una
tela sintética filtrante.
58. Proceso Merrill Crowe
• Una vez filtrada la solución rica es pasada a la torre desoxigenadora, este elemento es el que retira el oxígeno
disuelto de la solución de manera mecánica creando un alto vacío, este proceso es muy importante ya que en
presencia de oxigeno la precipitación de los valores no se puede llevar a cabo de manera eficiente.
• En el siguiente paso se adiciona el polvo de Zinc que lleva a cabo una reacción química de
oxidación/reducción, en donde el oro recubre las partículas de Zinc, junto con otros compuestos como la
plata y el mercurio.
• La solución después es pasada por filtros prensa de donde se obtiene el precipitado de oro y plata que será
fundido en un horno de retorta donde se extrae el mercurio y es mezclado con fundentes, después se envía a
los hornos de inducción donde se funde para separar los valores de oro y plata de otros metales base y el
producto final llamado Doré es vertido en moldes para formar barras y se preparan para su embarque.
• . El uso del catalizador acetato de plomo en el proceso Merrill Crowe acelera la precipitación por ende
aumenta su eficiencia.
59.
60. La formación del complejo activado supone que hay que remontar una
barrera energética para que la reacción transcurra. La energía necesaria para
pasar desde los reactivos al estado de transición se llama energía de
activación.
la Energía de activación, es la diferencia entre, la energía del complejo
activado, y la energía de los REACTIVOS. La Energía de activación,, se
define como, la energía mínima necesaria, para que se produzca una reacción
química, es decir, el requisito básico para que la reacción proceda.
El principio de Le Chatelier (también conocido como "Principio
Chatelier" o "La ley del equilibrio") declara que cuando un sistema
experimenta una alteración (como un cambio en la concentración,
temperatura, o presión), este responderá y se volverá a establecer un nuevo
estado de equilibrio.
Un catalizador es una sustancia que se puede añadir a una reacción para
aumentar la velocidad de reacción sin ser consumida en el proceso.
Los catalizadores aceleran una reacción al disminuir la energía de
activación o al cambiar el mecanismo de reacción.
Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las
reacciones bioquímicas.
