Fundamentos Esenciales de Química y Procesos Industriales
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Petróleo e Industria Petroquímica
El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos que se extrae de yacimientos subterráneos o marinos. En la industria petroquímica, el petróleo crudo se somete a refinación para separar sus componentes en productos como gasolina, diésel, queroseno, aceites y productos químicos. Además, mediante procesos como el craqueo y la reformación, se obtienen productos derivados esenciales como plásticos, fertilizantes, detergentes y otros compuestos orgánicos.
Conceptos Fundamentales de Química General
Química Ácido-Base y pH
En química ácido-base, los ácidos son sustancias que donan protones (iones H⁺) y las bases son sustancias que aceptan protones. El pH es una medida de la acidez o basicidad de una disolución, y se calcula utilizando la concentración de iones hidrógeno presentes en ella. Un pH de 7 es neutro (como el agua pura); valores menores a 7 indican una solución ácida, y valores mayores a 7 indican una solución básica. El pOH es una medida relacionada con la concentración de iones hidroxilo (OH⁻) en la disolución.
Propiedades Físicas y Leyes de los Gases
Viscosidad
La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir. Se expresa comúnmente en poises (para viscosidad dinámica) o stokes (para viscosidad cinemática).
Grados API
Los Grados API (American Petroleum Institute) son una medida de la densidad del petróleo crudo. Se utilizan para clasificar su calidad y determinar su valor comercial en la industria petrolera.
Ley de Dalton de las Presiones Parciales
La Ley de Dalton de las Presiones Parciales establece que la presión total de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas componente, asumiendo que no hay reacciones químicas entre ellos.
Densidad
La densidad es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Se representa con la letra griega rho (ρ) y su fórmula es: ρ = m/V, donde 'm' es la masa y 'V' es el volumen.
Mol y Número de Avogadro
El mol es la unidad del Sistema Internacional para la cantidad de sustancia, que contiene exactamente 6.022 × 10²³ entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones, etc.). Este valor es universalmente conocido como el Número de Avogadro.
Estequiometría
La estequiometría es la rama de la química que estudia las relaciones cuantitativas de masa y mol entre reactivos y productos en una reacción química balanceada.
Leyes de los Gases Ideales
Las Leyes de los Gases Ideales describen el comportamiento de los gases ideales, relacionando su presión (P), volumen (V), temperatura (T) y cantidad de sustancia (n). La ecuación general que los rige es la Ecuación de los Gases Ideales: PV = nRT, donde R es la constante de los gases ideales.
Fenómenos Físico-Químicos y Propiedades de la Materia
Combustión y Tetraedro del Fuego
La combustión es una reacción química exotérmica rápida entre un combustible y un oxidante (generalmente oxígeno), que libera energía en forma de calor y luz. El Tetraedro del Fuego es un modelo que representa los cuatro elementos esenciales para que la combustión ocurra y se mantenga: calor, oxígeno, combustible y una reacción en cadena.
Propiedades Coligativas
Las propiedades coligativas son propiedades de las disoluciones que dependen únicamente de la concentración de partículas de soluto disueltas, y no de la naturaleza química de dicho soluto. Ejemplos incluyen el descenso crioscópico, el aumento ebulloscópico, la presión osmótica y el descenso de la presión de vapor.
Diagrama de Fases de una Sustancia Pura
Un diagrama de fases es una representación gráfica de las condiciones de presión y temperatura bajo las cuales una sustancia pura existe en diferentes fases (sólido, líquido, gas) y las líneas que indican los equilibrios entre ellas (fusión, ebullición, sublimación).
Punto de Fusión
El punto de fusión es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado sólido a estado líquido a una presión constante determinada.
Disolución Insaturada
Una disolución insaturada es aquella en la que la cantidad de soluto disuelto es menor que la máxima cantidad que puede disolverse a una temperatura y presión dadas, lo que significa que aún puede disolver más soluto.
Higroscopicidad y Humedad Relativa
La higroscopicidad es la capacidad de una sustancia para absorber y retener moléculas de agua del ambiente. La humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua presente en el aire y la cantidad máxima de vapor de agua que el aire puede contener a una temperatura específica.
Dureza del Agua
La dureza del agua es una medida de la concentración de iones metálicos polivalentes disueltos en el agua, principalmente iones de calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺). Se expresa comúnmente en miligramos por litro (mg/L) de carbonato de calcio (CaCO₃).
Principios de Termodinámica
Primer Principio de la Termodinámica
El Primer Principio de la Termodinámica, también conocido como la Ley de Conservación de la Energía, establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Para un sistema cerrado, el cambio en la energía interna (ΔU) se puede calcular mediante la ecuación: ΔU = Q - W, donde Q es el calor añadido al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno.
Reacciones Exotérmicas y Endotérmicas
Las reacciones exotérmicas son procesos químicos que liberan energía al entorno, generalmente en forma de calor, lo que provoca un aumento de la temperatura ambiental. Ejemplos comunes incluyen la combustión y la respiración celular. Por el contrario, las reacciones endotérmicas son aquellas que absorben energía (calor) del entorno, causando una disminución de la temperatura ambiental; un ejemplo típico es la disolución de ciertas sales en agua o la fotosíntesis.