DETERMINACION DE LA EFICIENCIA DE UNA REACCION

JUAN DAVID QUIÑONEZ MORENO

LUIS ALFONSO PINEDA GOMEZ

SERGIO JOSE RINCON SOLANO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD FISICO- QUIMICA

CATEDRA QUIMICA 3

BARRANCABERMEJA

2008

DETERMINACION DE LA EFICIENCIA DE UNA REACCION

JUAN DAVID QUIÑONEZ MORENO

LUIS ALFONSO PINEDA GOMEZ

SERGIO JOSE RINCON SOLANO

ROBINSON CORTES RUBIO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD FISICO- QUIMICA

CATEDRA QUIMICA 3

BARRANCABERMEJA

2008

INTRODUCCION

Conociendo las propiedades física del formaldehido y la urea. A partir de esta información anteriormente analizada se busca calcularla eficiencia de las reacciones entre estos compuestos. Los procesos de transformación químicos no alcanzan la eficiencia del 100% en relación con la capacidad de generar productos. Por esta razón gracias a esta práctica experimental buscamos en el análisis de eso factores que influyen en el proceso y que es menester controlarlos para maximizar la cantidad de productos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar la eficiencia de la reacción formaldehido-urea a partir del conocimiento de los cálculos estequiometricos.

OBJETIVO ESPECIFICOS

Reconocer si la reacción formaldehido-urea es exotérmica o endotérmica

Analizar cuantitativamente el proceso de la reacción formaldehido-urea.

PREGUNTA PROBLEMA

¿Qué tan eficiente es la reacción de metanal con urea usando como catalizador una solución al 1M de acido sulfúrico?

MARCO TEORICO

FORMALDEHIDO O METANAL

El formaldehido o metanal es un compuesto químico, más específicamente un aldehído (el más simple de ellos) es altamente volátil y muy inflamable, de fórmula H2C=O. Fue descubierto en 1867 por el químico alemán August Wilhelm von Hofmann. Se obtiene por oxidación catalítica del alcohol metílico. A temperatura normal es un gas (en C.N.P.T) incoloro de un olor penetrante, muy soluble en agua y en esteres. Las disoluciones acuosas al ≈ 40 % se conocen con el nombre de formol, que es un líquido incoloro de olor penetrante y sofocante; estas disoluciones pueden contener alcohol metílico como estabilizante. Puede ser comprimido hasta el estado líquido; su punto de ebullición es -21 °C.

Tiene muchos nombres; su nombre tradicional proviene de formica, el nombre latín de hormiga; su nombre según la nomenclatura sistemática de la IUPAC es metanal.

OBTENCION DEL FORMALDEHIDO

La síntesis industrial del metanal se basa en la oxidación catalítica y semiparcial del metanol (H3COH), óxidos de metales (habitualmente una mezcla de óxido de hierro, molibdeno y vanadio) o la conversión de metanol en hidrógeno elemental y formaldehido en presencia de plata elemental.

Pequeñas cantidades de formaldehido se liberan también en la combustión incompleta de diversos materiales orgánicos como también en algunos inorgánicos como los plásticos y los polímeros. Así se encuentran concentraciones importantes por ejemplo en el humo de tabaco.

APLICACIONES

El formaldehido es uno de los compuestos orgánicos básicos más importantes de la industria química. ERCROS tiene una capacidad de producción de 788.000 t al año y BASF 500.000 t al año. Se utiliza en la producción de diversos productos, desde medicamentos hasta la melanina, la baquelita etc.

Antiguamente se utilizaba una disolución del 35% de formaldehido en agua como desinfectante y en la conservación de muestras biológicas y cadáveres frescos.

Otro uso es la fabricación de textiles libres de arrugas o desarrugados. En éstas el contenido en metanal libre podía alcanzar hasta el 2% del peso total del textil como es en la mayoría de los casos en otros no. Actualmente se ha bajado el contenido y si supera el 0,15% éste debe ser declarado en la etiqueta con la recomendación de lavar la prenda antes de usarla ,dado a su gran toxicidad al combinarse con átomos ionizados negativamente libres en el ambiente bajo C.N.P.T (condiciones normales de presión y temperatura).

Aún se utiliza como conservante en la formulación de algunos cosméticos y productos de higiene personal como champús, cremas para baño, sales iodicas para la higiene íntima femenina.

Además se usa en síntesis orgánica, para producir abonos, papel, madera contrachapada, resinas de urea-formaldehido, colorantes explosivos, y en la fabricación de extintores de incendio entre otros usos.

UREA

La urea (del griego ούρον, orina) es un compuesto químico cristalino e incoloro, de fórmula CO(NH2)2. Se encuentra abundantemente en la orina y en la materia fecal. Es el principal producto terminal del metabolismo de proteínas en el hombre y en los demás mamíferos. La orina humana contiene unos 20g por litro, y un adulto elimina de 25 a 39g diariamente.

En cantidades menores, está presente en la sangre, en el hígado, en la linfa y en los fluidos serosos, y también en los excrementos de los peces y muchos otros animales. También se encuentra en el corazón, en los pulmones, en los huesos y en los órganos reproductivos así como el semen. La urea se forma principalmente en el hígado como un producto final del metabolismo. El nitrógeno de la urea, que constituye la mayor parte del nitrógeno de la orina, procede de la descomposición de las

células del cuerpo pero, sobre todo, de las proteínas de los alimentos. La urea está presente también en los hongos así como en las hojas y semillas de numerosas legumbres y cereales.

Es soluble en agua y en alcohol, y ligeramente soluble en éter. Se obtiene mediante la síntesis de Wöhler, que fue diseñada en 1828 por el químico alemán Friedrich Wöhler, y fue la segunda sustancia orgánica obtenida artificialmente, luego del oxalato de amonio.

USOS

Debido a su alto contenido en nitrógeno, la urea preparada comercialmente se utiliza en la fabricación de fertilizantes agrícolas. La urea se utiliza también como estabilizador en explosivos de carbono celulosa y es un componente básico de resinas preparadas sintéticamente.

Asimismo se usa en los piensos para rumiantes. Es una fuente de nitrógeno no proteico que puede aprovechar la flora bacteriana que vive en el sistema digestivo de los rumiantes para producir proteínas, que nutren a su huésped. Es mucho más barato que las proteínas de origen vegetal, y aunque consumen calorías para convertir la urea en proteína, resulta más rentable. Se puede utilizar otras fuentes de nitrógeno no proteico, como el amoniaco o nitratos, pero la urea es más segura: las vacas eliminan por la saliva la urea producida por su metabolismo y así la pueden aprovechar. La leche de vaca también contiene urea.

En dermatología la urea se utiliza como humectante natural por sus excelentes propiedades hidratantes.

EFICIENCIA DE UNA REACCIÓN

En los procesos químicos, todos los reactivos, no se convierten en productos, ya sea por: errores de medición o de peso, formación de sustancias no deseadas, etc.

Por ello, la cantidad de productos de una reacción, siempre va a ser menor de lo que se esperaba en teoría. Para obtener el rendimiento se utiliza la siguiente formula.

% Rendimiento = (Cantidad real / cantidad teórica) X 100

En el caso que nos den el % de rendimiento, suponemos que la cantidad que se tiene de los elementos es el 100% y tenemos que obtener el 70%.

REACCION QUIMICA

Una reacción química (o cambio químico) es todo proceso químico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

MATERIALES Y REACTIVOS

Los materiales de laboratorio que hicieron posible la determinación de la eficiencia de la reacción formaldehido-urea son:

CANT MATERIAL1 Balanza2 Vasos precipitados 250 ml1 Mortero con pistilo1 Rejilla para tubos de ensayo1 Pinza metálica1 Matraz2 Pipeta con bomba de caucho1 Mechero 1 Espátula3 Tubos de ensayo1 Trípode 3 Tapones para tubos de ensayo1 caja Fosforo1 Agitador1 Vidrio de reloj

Las sustancias que se utilizaron son:

Formaldehido 10ml Sustancia problemaUrea 5g solutoAcido sulfúrico a 1M Catalizador 5 Gotas

DISEÑOS EXPERIMENTALES

A continuación daremos a conocer los métodos experimentales que se utilizaron para la determinación de la eficiencia de una reacción

DISEÑO EXPERIMENTAL 1

PROCEDIMIENTO

1. Se pesan 5g de urea previamente molida en un mortero colocándose en vaso PP de 100ml.

2. Luego se agrega 10 ml de solución de formaldehido al 37% agitado hasta la disolución de la urea (se calienta lentamente)Nota: el calor que aplica el mechero hace aumentar la temperatura, y así mis la velocidad de la reacción.

3. Se adicionan 5 gotas de acido sulfúrico a 1M de concentración con un pipeta.Nota: el acido sulfúrico actúa como catalizador, acelera la reacción química.

4. Se deja esperar unos minutos y se observa el polímero resultante.

PREPARACION DE LA SOLUCION H2 SO4 A 1M

Tenemos 1 ml de acido sulfúrico al 100% su densidad es 1,8g/ml y necesitamos preparar una solución a 1M

1M = (# de moles de H2 SO4 / litros de solución)

ρ=1,8g

ρ=m÷V entonces m=1,8g×1ml

m=1,8g de H2 SO4

m=0,01835 moles

1M = (0,01835 moles de H2 SO4 / litros de solución)

Litros de solución=0,01835litros=18,35ml de solución

10 ml de formaldehido al 37%

37%=(ml soluto / ml solución)×100

ml soluto=0,37×10ml

ml soluto= 3,7 ml de formaldehido

ρ del formaldehido=0,82 g/ml

m= ρV

m=0,82g/ml×3,7ml

m= 3,034g de formaldehido

g de H2 O en la solución =6,3g

1 ml de H2 SO4 al 6M 1×10−3litros al 6M

Lo necesitamos al 1M 0,6 de H2 SO4 + 5,7g de H2 O

1M al 6M contiene 6,3 de solución

c1V 1=c 2 V2

6M×10−3litros=1M

V2 =0,006litros = 6ml

Diluir

1ml de H2 SO4 al 6M hasta un volumen de 6ml

CN2 H4 O + CH2 O C2N2 H4 O + H2 O

30g de CH2O 32,011g de CN2 H4 O

3,034 de CH2O X

X= 3,23 g de urea

30g de CH2O 72,012g de C2N2 H4 O

3,034 de CH2O X

X= 7,28g de C2N2 H4 O

Eficiencia= (g de experimento/7,28g) ×100%

Peso del vaso de PP =105,77g

Peso de vidrio de reloj = 45,92g

Peso de vidrio de reloj+ resina + solución= 62,781g

Resina + solución= 61,93g−45,92g=16,7g

Agua de evaporarse

30g de CH2O 18g de H2 O

3,034 de CH2O X

X=1,8204g de H2 O

g del vaso de PP:

g del formaldehido + g de la solución H2 SO4 + g de urea= 9,334g+6,3g +3,23 g

g del formaldehido + g de la solución H2 SO4 + g de urea=18,864g

Se debe obtener la masa entonces

Resina + solución H2 SO4 + volumen de H2 O =18,864g

Para el H2 O en vapor debe ser 1,8204g

Debe haber en vidrio= 17,04g

RESULTADOS

A continuación se dará a conocer los resultados obtenidos del laboratorio:

Y obtuvimos 16,7g

Como en el vidrio resta el catalizado mas la resina pero tienen igual masa de catalizador y diferente resina (masa). En el experimental se obtuvo:

17,006g- 16,7g de resina =0.306g

0,306 g menos de resina esperada

7,28g – 0,306g=6,974g de resina

100% 7,28g

X 6,974g

X=96% Eficiencia

FORMOL

Ficha de datos de seguridad (FDS)

1.- IDENTIF. DE LA SUSTANCIA Y DEL RESPONSABLE DE SU COMERCIALIZACIÓN

Nombre comercial: FORMOL

Sinónimos: Metil aldehído, Oximetileno, Metanal, Formaldehido, Formalina

2.- COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN SOBRE LOS COMPONENTESFórmula molecular: HCHO // H2COCAS Nº: 50000 EINECS Nº: 2000018 Peso molecular: 303.- IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROSPeligros para las personas: Tóxico por inhalación e ingestión, irritante de las vías respiratorias. Por contacto con la piel produce dermatitis inflamatoria y una posible reacción alérgica. En los ojos puede causar quemaduras y su exposición a los vapores puede causar irritación y lagrimeo. Por la ingestiónse puede producir irritación de las mucosas del aparato digestivo y la posible pérdida de la conciencia.Si se inhala el producto puede producir irritación de las mucosas, tos bronquitis y mucosidades.Peligros para el medio ambiente: Inhibe el crecimiento de bacterias, algas hongos en cantidades de orden 1 – 2 mg/l, dependiendo de la especie.4.- PRIMEROS AUXILIOSIngestión: Enjuagar la boca. Si el paciente está consciente dar de beber agua o leche que se desee.Si el paciente está inconsciente no provocar el vómito y mantener en posición lateral de seguridad.Requerir asistencia médica.Inhalación: Trasladar a la víctima a un lugar ventilado. Mantener en reposo y abrigado. Aplicar respiración artificial en caso de insuficiencia respiratoria. Solicitar asistencia médica.Contacto la piel: Quitar las ropas contaminadas. Lavar con agua abundante el área afectada.Requerir asistencia médica en caso de irritación persistente.Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua durante 15 minutos, manteniendo los párpados abiertos. Acudir al oftalmólogo en caso de irritación persistente.

5.- MEDIDAS DE LUCHA CONTRA INCENDIOSMedios de extinción adecuados: Agua, CO2, espuma, polvo químico seco.Medios de extinción que no deben utilizarse: Ninguno.Riesgos particulares derivados de la exposición a la sustancia o a sus productos deCombustión: No aplicable.Equipo de protección especial para lucha contra incendios: Equipo habitual de la lucha contra incendios de tipo químico. Llevar equipo de respiración autónomo.6.- MEDIDAS QUE DEBEN TOMARSE EN CASO DE VERTIDO ACCIDENTALPrecauciones individuales: Ver punto 8.Precauciones para la protección del medio ambiente: Evitar que el producto penetre en cauces de agua y en el sistema de alcantarillado.Métodos de limpieza: Recoger el producto con medios mecánicos. Disponer el producto a eliminar en recipientes cerrados y debidamente etiquetados. Lavar los restos con agua abundante.7.- MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTOManipulación: Evitar la formación de polvo. No fumar, comer o beber durante su manipulación. Procurar higiene personal adecuada después de su manipulación.Almacenamiento: Mantener el producto en recipientes bien cerrados. Mantener alejado de fuentes de calor y humedad. Acero inoxidable es el material más adecuado para su almacenamiento. Temperatura de almacenamiento entre 20 y 50 ºC.

8.- CONTROLES DE EXPOSICIÓN / PROTECCIÓN INDIVIDUAL Protección respiratoria: Protección respiratoria con filtro químico. Protección de las manos: Guantes de goma o neopreno. Protección de los ojos: Gafas de protección. Protección cutánea: Utilizar ropa de trabajo adecuada que evite el contacto del producto.

9.- PROPIEDADES FISICO-QUÍMICASEstado físico: Liquido Color: Incoloro.Olor: Fuerte olor picante. Auto inflamabilidad: 430 ºC.pH. 4 Densidad relativa: 1,1 g/c3 a 25 ºCInflamabilidad: No inflamable. Solubilidad: Soluble en agua, acetona, alcohol, benceno, éter y cloroformo.10.- ESTABILIDAD Y REACTIVIDADEstabilidad: Estable bajo condiciones normales.Reactividad: Temperaturas superiores a 50 ºC.Materias a evitar: Ácidos, aminas, fenoles, oxígeno, hidrógeno, agentes oxidantes fuertes, sales de cobre, hierro y plata.

BIBLIOGRAFIA

QUIMICA ORGANICA EXPERIMENTAL, por: H DUPUNT DURTS, GEORGE GUKEL.

HTTP:/ 132.248.56.130./ORGANICA/1345/INDEX.HTM QUIMICA: CARLOS OMAR BRICEÑO B; LILIA RODRIGUEZ C. DATOS DE SEGURIDAD PARA SUSTANCIAS QUIMICAS,

PRODUCTOS QUIMICOS MONTERREY, S.A DE C.V

CONCLUSIONES

En el diseño experimental de este laboratorio pudimos comprobar que la eficiencia de una reacción es difícil encontrarla al 100% por: errores de cálculos y reactivos que no se encuentran puros.

La importancia de hacer los cálculos estequiometricos bien a la hora de encontrar la eficiencia de una reacción es muy importante.

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