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Practica de laboratorio realizada.
Tipo: Ejercicios
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Subido el 30/11/2021
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Balance de materia en una reacción química. Práctica 2 (Simulación de efluente industrial) Profesor: Luis Elizondo Camarena Verano 2021 Rivera Fernanda Lizette – Ingeniería química Salazar Romero Hazel – Ingeniería química Rodríguez Araujo José Arturo – Ingeniería en biotecnología 10 de junio de 2021
En esta práctica se prevé entender el correcto funcionamiento de los balances de materia en donde interviene una reacción química, en este caso la descomposición de rojo No. con ozono, mediante esto, quedaran conceptos como; avance de reacción, conversión y eficiencia entendidos, pues se obtendrá el balance de materia para el sistema descrito. Marco teórico Con respecto a los reactivos que se emplearon en la práctica, el cristal violeta es un colorante orgánico, sintético y alcalino de triamino- trifenilmetano. Este se encuentra como un polvo con brillo metálico verde oscuro. Recibe varios nombres, entre los cuales se puede mencionar cloruro de hexametil pararosanilina o violeta de metilo, violeta de anilina, violeta de genciana, etc. Dicho colorante se emplea como componente de las tintas usadas para realizar impresiones y en la de los bolígrafos. Asimismo, se usa para teñir cuero, papel, detergentes, fertilizantes, entre otros productos. (Bolívar, 2018). En suma, el colorante Rojo No. 40 es un colorante sintético derivado del carbono, obtenido por síntesis química. Sus principales aplicaciones son en alimentos, pues es común agregarlo a varios productos como; helados, productos de panificación, dulces, snacks, sopas, postres, bebidas, carnes y otros productos con una fase acuosa. Así como, en productos de perfumería y belleza. (Tecno-productos, 2019). Por otro lado, el ozono es un componente natural de la atmósfera que se encuentra en bajas concentraciones y es vital para la vida. La mayor parte del ozono se encuentra en la parte superior de la atmósfera en una región de la estratósfera, a más de 20 km de la superficie, llamada ozonósfera en donde se concentra más del 90% del ozono atmosférico y forma una capa que limita el ingreso de radiación ultravioleta proveniente del sol. Al nivel de la superficie, el ozono en altas concentraciones es un contaminante del aire que provoca efectos nocivos en la salud humana, las plantas y los animales. Cabe resaltar que contribuye al calentamiento global. (Gob.CDMX, 2018). Además, entre los usos de dicho reactivo, este es utilizado como viricida, bactericida, esporicida y como acción desodorante debido a sus propiedades. Por ejemplo, este participa en Los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) o Procesos Avanzados de Oxidación, los cuales se caracterizan por aprovechar la alta reactividad del radical hidroxilo (OH·) como
agente oxidante (no confundir el radical con el ion hidroxilo, OH-) para oxidar la materia orgánica disuelta en el agua hasta su mineralización. En otras palabras, los POA son procesos de oxidación de la materia orgánica a través de los radicales hidroxilos hasta convertirla en dióxido de carbono y agua o al menos en compuestos menos peligrosos. (Pinos, 2020). Figura 1. Proceso de oxidación avanzada (Pinos, 2020). Reacción de descomposición de rojo No.40 con ozono Rojo No. 40: C 18 H 14 N 2 O 8 S 22 -^ + 21O 3 → 18CO 2 +2NO 3 -^ +7H 2 O+2SO 42 - +3O 2 ( 1 ) Ecuación 1. Reacción de rojo No.40 con ozono. En este caso, para el balance con reacción química se usó el método de grado de avance de la reacción en el cual se plantean una serie de ecuaciones para cada reactivo, como para cada producto, las ecuaciones usadas son las siguientes: 𝑛𝑖 = 𝑛 0 ± 𝛾𝛿 ( 2 ) Ecuación 2 , formula de grado de avance de reacción. (Richard M. Felder, Ronald W. Rousseau, 2004, p. 119 ).
Parte experimental – Método. a. a.
b. Procedimiento
Figura 4. Suministro de flujo de ozono.
Figura 6. Solución con concentraciones menores a 0.2mg/L. Resultados predicciones Si se dispone de un equipo que produce 1.2 gramos de ozono por hora, por lo tanto, se podrán destruir 0.59 gramos de rojo No.40 de acuerdo con la estequiometria de la reacción. cálculos realizados de acuerdo con la estequiometria de la reacción.
Ecuación 3. Cálculo realizado para determinar la cantidad de rojo destruido por hora.
Para los reactivos se usó la ecuación 2 , en donde el signo del grado de avance es negativo, pues estos se consumen, por ello se puede notar que la cantidad disminuye respecto al
Productos Tabla 2. Balances con grado de avance de reacción para los productos. Mol de CO 2 Mol de NO 3 -^ Mol de H 2 O
Esta gráfica nos muestra el cambio de concentración del rojo, como se puede observar, el rojo fue disminuyendo, pues entre más pasaba el tiempo, más cantidad de rojo reaccionaba. Gráfica 2. Grado de avance de reacción vs tiempo. Esta gráfica muestra el grado de avance y su cambio en el tiempo, el grado de avance representa lo que ha reaccionado, es por ello por lo que el grado de avance creció, hay huecos donde parece que baja, esto sucedió por la calibración, ya que cada vez que se calibraba el espectrofotómetro, se obtenía un valor un poco distinto, por ello hay unos pequeños cambios, pero se nota el cambio del grado de avance y como es que este crece. Eficiencia
Ecuación 4, eficiencia del ozono en el último instante medido. La eficiencia fue baja en el último instante, estos valores de ozono tienen cierto error, pues se calculó este valor dos veces, ya que causó conflicto el uso del ozono inicial, ya que al tener que pasarlo a moles y minutos, hubo confusión en cómo usar apropiadamente el valor, pues también se sacaron los siguientes valore del ozono: Tabla 3. Valores del ozono con distinto calculo. Mol de O 3
Entrada Salida 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. 0.000208 - 0. Se cree que estos segundos valores son los correctos, ya que con el primer cálculo de ozono se multiplico por 52 minutos, que es el total de minutos que se midió la concentración, pero en realidad solo se quería saber para un minuto, por ello este segundo cálculo se cree que es el correcto, aunque, en este caso se puede observar que hay valores negativos, esto no puede ser posible, ya que la materia no se destruye, este cálculo resulto confuso por ello es que se adjunta aquí evidencia de lo que se realizó. Los valores de los productos y del rojo No.40 permanecieron igual, el error y confusión sucedió solo con el ozono.
Gráfica 4. Concentración de violeta cristal medida respecto al tiempo (obtenida por el segundo equipo). Gráfica 5. Conversión de violeta con el tiempo.
Gráfica 6. Grado de avance de reacción respecto al tiempo del violeta cristal. Como se puede observar, los comportamientos son similares, ya que la reacción consume a estos reactivos, el ozono los descompone en sustancias más simples en ambos casos, por ello es por lo que se recrea un procedimiento similar a un POAs, el ozono es el que se encarga de realizar este POA, tanto con el rojo No.40, como el violeta cristal. Conclusiones Arturo: Los resultados que se obtuvieron fueron muy cercanos a los esperados, ya que la concentración del rojo No. 40 fue disminuyendo conforme el tiempo avanzó, lo que indicó que la reacción se seguía llevando a cabo, y cada vez se consumía más este reactivo. Tanto la Gráfica 1 como la Gráfica 2, demuestran un comportamiento que se asemeja a una tendencia lineal, decreciente para el primer caso y creciente para el segundo. Algunas lecturas de muestra presentaron valores mayores a los anteriores, esto sucedió únicamente después de volver a calibrar el refractómetro, lo que podría indicar que la lectura anterior se hizo de manera no calibrada. Estas diferencias se pueden apreciar en ambas gráficas, en donde hay pequeñas variaciones cóncavas y convexas en dos momentos, interrumpiendo la linealidad. Estas variaciones se podrían evitar si la calibración se hiciera más seguida, tratando de detallar aún más el comportamiento lineal de la reacción.
