Fundamentos de Reacciones Químicas Esenciales y Procesos Clave de la Química Industrial

Reacciones Químicas

Reacciones de Combustión

Reacciones en Combustión: Combustión del metano, Combustión del hierro, Combustión del hidrógeno y Combustión del etanol.

La combustión es una reacción química entre un combustible (sustancia que arde) y un comburente (generalmente el oxígeno), que se produce con gran desprendimiento de energía en forma de luz y calor. Se considera una reacción de oxidación muy rápida.

Reacciones Ácido-Base o de Transferencia de Protones

Robert Boyle, en el siglo XII, dividió a las sustancias en ácidos o bases según sus propiedades:

Propiedades de las Sustancias Ácidas

• Tienen sabor agrio y son corrosivas.
• Reaccionan con metales desprendiendo gas de hidrógeno.
• Producen efervescencia al reaccionar con carbonato de calcio.

Ejemplos: Ácido acético del vinagre.

Propiedades de las Sustancias Básicas

• Tienen sabor amargo, son cáusticas y producen quemaduras en la piel.
• Son suaves al tacto, como los jabones.
• Sus disoluciones acuosas conducen la electricidad, al igual que los ácidos.

Ejemplos: Hipoclorito de sodio de la lejía.

Criterio de Arrhenius

Los ácidos son sustancias que en disolución acuosa ceden protones (H⁺). Las bases son sustancias que en disolución acuosa ceden iones hidroxilo (OH⁻).

Neutralización Ácido-Base

Los ácidos y las bases neutralizan sus propiedades típicas cuando reaccionan entre sí. Al añadir hidróxido de sodio a una disolución de ácido clorhídrico hay un doble intercambio de iones y se originan dos productos: cloruro de sodio y agua:

ÁCIDO + BASE → SAL + AGUA

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

HCl → (H⁺) + (Cl⁻), NaOH → (Na⁺) + (OH⁻)

Reacciones Redox o de Transferencia de Electrones

• La sustancia reductora cede electrones y experimenta un proceso de oxidación (aumenta su carga positiva). El cobre cede electrones y se oxida.
  Oxidación: Cu → (Cu²⁺) + (2e⁻)
• La sustancia oxidante capta electrones y experimenta un proceso de reducción. El oxígeno capta electrones y se reduce.
  Reducción: (Oxígeno molecular) + 4(e⁻) → 2(O²⁻)

Reacciones de Precipitación

Las reacciones de precipitación se originan a partir de la mezcla de sustancias iónicas que se encuentran en disolución acuosa. Se produce una recombinación de iones formándose un producto insoluble o precipitado.

Ejemplo: Precipitación del yoduro de plomo. Se mezcla una disolución acuosa de nitrato de plomo(II) con una disolución de yoduro de potasio y se forma un precipitado amarillo de yoduro de plomo, como consecuencia de su baja solubilidad en agua a temperatura ambiente.

Química Industrial

El Amoniaco (NH₃)

A temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor profundo e irritante. Su fórmula es (NH₃), donde el átomo de nitrógeno forma tres enlaces covalentes con tres átomos de hidrógeno, que forman una pirámide trigonal.

Obtención del Amoniaco: Un Problema Acuciante

Las materias primas son abundantes y baratas. El amoniaco producido tiene tendencia a descomponerse de nuevo en (H₂) y (N₂), ya que es una reacción reversible. Asimismo, el proceso se acelera con un catalizador.

Aplicaciones del Amoniaco

• Productos de limpieza y cosmética.
• Industria alimentaria.
• Fabricación de fertilizantes.
• Uso como refrigerantes.

El Ácido Nítrico (HNO₃)

Es un líquido aceitoso incoloro. Su fórmula es (HNO₃), donde el nitrógeno forma un doble enlace con un átomo de oxígeno y dos enlaces sencillos con los otros dos.

Obtención del Ácido Nítrico

1. En el laboratorio se obtiene calentando nitrato de potasio con ácido sulfúrico concentrado según la reacción.
2. Su obtención industrial se realiza oxidando el amoniaco con ayuda de catalizadores adecuados. La materia prima necesaria es el amoniaco.

Aplicaciones del Ácido Nítrico

• Abonos y fertilizantes.
• Colorantes.
• Medicina y explosivos.
• Síntesis química.

El Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

Es un líquido de aspecto oleoso e incoloro. Su fórmula es (H₂SO₄), en la que el átomo de azufre forma dos dobles enlaces con sendos átomos de oxígeno y dos enlaces simples con otros dos. Su estructura es tetraédrica.

Obtención del Ácido Sulfúrico

• Proceso de las cámaras de plomo.
• Proceso de contacto.

Aplicaciones del Ácido Sulfúrico

• Abonos y fertilizantes.
• Producción de acero y metales.
• Industria petroquímica.
• Papel y celulosa.
• Potabilización y depuración de aguas residuales.
• Producción de sulfito de sodio.