Quimica Equipo1 informe de la semana 9

---Semana n°9--- ---Sección 2--- ---Grupo 1---

Asignatura: QUIMICA GENERAL

Profesores: JOSE ÁVILA, ANTONIO ALMONACID MOSCOSO Y GUSTAVO RUIZ

Tema: ^HALÓGENOS

Integrantes

-Rodrigo Ian Cotos Barranzuela -Dave Hinostroza Marallana

-Sergio Jesús Colca Zuta -María Elita Vega Dávila

-Diego David Casani de la Cruz

Objetivos de la sesión

- Presentar las generalidades y particularidades de los calcógenos.

- Desarrollar los experimentos y métodos de obtención de calcógenos ya sea de manera medicinal o industrial.

- Comprender los datos brindados durante la sesión y

comprimir esos datos en una idea grupal.

MARCO T EORICO

Calcógenos o Anfígenos:

El grupo de los calcógenos o anfígenos es el grupo conocido

antiguamente como VIA, y actualmente grupo 16 (según la IUPAC) en la tabla periódica de los elementos; este grupo está formado por los

siguientes elementos: oxígeno (O), azufre (S), selenio (Se), telurio (Te), polonio (Po) y livermorio (Lv). Señalar que el nombre anfígeno en

español deriva de las propiedades que poseen sus elementos para formar compuestos con carácter ácido o básico.

Aunque todos ellos tienen seis electrones de valencia, sus propiedades varían de no metálicas a metálicas en cierto grado, esto se da conforme aumenta su número atómico.

El oxígeno y el azufre se utilizan ampliamente en la industria y el telurio y el selenio en la fabricación de semiconductores.

Características de los calcógenos:



Su configuración electrónica es ns2 p4.



Los estados de oxidación más usuales son -2, +2, +4 y +6.



El azufre y el oxígeno son no-metales.



El oxígeno es un gas diatónico.



El polonio es un metal pesado.



Tienen 6 electrones de Valencia.



Calcógeno significa formador de minerales.



Anfígeno significa formador de ácidos y bases.



El carácter metálico aumenta del selenio al polonio.



Todos estos elementos son débiles en disolución acuosa.



El polonio se obtiene bombardeando bismuto con neutrones.



El oxígeno se obtiene de forma industrial por destilación fraccionada del aire líquido.



El azufre se obtiene a partir de grandes depósitos naturales, por fusión o por reducción del óxido de azufre SO2.



El selenio y teluro se obtienen como subproductos en la fabricación de ácido sulfúrico por el método de las cámaras de plomo formando parte de los barros anódicos.



El azufre un sólido amarillo formado por moléculas cíclicas de 8 átomos.



Si se combinan estos elementos hidrogenadamente, con excepción del agua, son gases tóxicos de olores muy desagradables.

Propiedades:

Sus propiedades tanto físicas como químicas depende de elemento que se esté estudiando de esta manera tenemos que:

OXIGENO: Es un elemento gaseoso ligeramente magnético, incoloro, inodoro e insípido; es vital en el ciclo energético de los seres vivos y esencial en la respiración celular de los organismos aeróbicos. Es más electronegativo que cualquier otro elemento, excepto el Flúor y forma compuestos con todos menos con los Gases nobles o inertes. Se puede obtener a partir del aire: Se extrae el oxígeno por licuefacción y

posterior destilación fraccionada. El aire consta del 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno y 1% de Argón, Neón, dióxido de carbono y vapor de agua. Primeramente, se separan del aire estos dos últimos compuestos; a continuación, se comprime, se enfría y se deja expandir, hasta que se produce la licuefacción y se obtiene aire líquido. Después, este se deja evaporar parcialmente, con lo cual se vaporiza el nitrógeno, cuyo punto de ebullición es más bajo, dejando un residuo enriquecido en oxígeno.

Mediante repetición cíclica de este proceso se llega a preparar un

oxígeno del 99,5% de pureza.

AZUFRE: Es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo S (proviene del latín sulphur). Es un no metal abundante con un olor característico. El azufre se encuentra en forma nativa en regiones

volcánicas y, en sus formas reducidas formando sulfuros y sulfosales o bien en sus formas oxidadas como sulfatos. El azufre es un elemento químico esencial para todos los organismos y necesario para muchos aminoácidos y, por consiguiente, también para las proteínas. En forma nativa se encuentra en las cercanías de aguas termales, zonas volcánicas y en minas de cinabrio, se extrae mediante el proceso Frasch consistente en inyectar vapor de agua sobrecalentado para fundir el azufre que

posteriormente es bombeado al exterior utilizando aire comprimido.

También se puede obtener separándolo de gas natural, recordar que un compuesto natural del azufre es el yeso (CaSO

.2H

O), el cual es de gran importancia económica.

SELENIO: Es un elemento semimetálico, cuyo número atómico es 34. Se encuentra en el grupo 16 (o VIA) del sistema periódico. El selenio fue descubierto en 1817 por el químico sueco Jöns Jakob Berzelius en el lodo recogido en el fondo de una cámara de plomo en una fábrica de ácido sulfúrico. Sus minerales no se encuentran en suficiente cantidad para tener utilidad, como fuente comercial del elemento, y por ello los minerales de sulfuro de cobre seleníferos son los que representan la fuente primaria. Raramente se encuentra en estado nativo obteniéndose principalmente como subproducto en el refino del cobre ya que aparece en los lodos de electrólisis junto al telurio (5-25% Se, 2-10% Te). La

producción comercial se realiza por tostación con cenizas de sosa o

ácido sulfúrico de los lodos. El selenio está considerado un elemento

peligroso para el medio ambiente por lo que sus compuestos deben

almacenarse en áreas secas evitando filtraciones que contaminen las

aguas. Los residuos de selenio se tratan en solución ácida con sulfito de

sodio, calentándolo después para obtener el selenio elemental que

presenta una menor biodisponibilidad.

TELURIO: Es un elemento miembro de la familia de los calcógenos. Tiene por símbolo atómico Te, número atómico 52 y peso atómico 127.60. Ha sido utilizado como agente colorante y en la manufactura de equipo eléctrico. Es un metaloide color plata-blanco frágil que se parece a la lata, químicamente se relaciona con el Selenio y el sulfuro. La exposición al telurio puede causar náuseas, vómitos y depresión del sistema

nervioso central. La fuente principal de telurio es de los lodos del ánodo producidos durante el electrorefinado del cobre de la ampolla. Es un componente de saca el polvo del refinamiento del horno del plomo. El tratamiento de 500 toneladas de mineral de cobre rinde típicamente una libra de telurio. El telurio se produce principalmente en los E.U.A, el Canadá, el Perú, y el Japón.

POLONIO: Elemento químico altamente radioactivo que es miembro de la familia de los calcógenos. Su símbolo atómico es Po, número atómico 84 y es muy peligroso su uso. El daño se produce por absorción de la energía de las partículas alfa en el tejido. La máxima cantidad corporal admisible es de 0,03 microcurios. El polonio es un metal volátil,

reducible al 50% tras 45 horas al aire a una temperatura de 328 Kelvin

(55ºC). Aunque es un elemento de procedencia natural, se trata de un

elemento que solo está presente en los minerales de uranio natural a

razón de 100 microgramos por tonelada, por lo tanto, se obtiene

bombardeando bismuto natural (209Bi) con neutrones se obtiene el

isótopo del bismuto 210Bi, el cual mediante desintegración origina el

polonio. Se puede crear polonio en cantidades de miligramos mediante

este procedimiento, utilizando flujos de neutrones grandes, como los que

se encuentran en los reactores nucleares. Suele aparecer en forma de

óxido. Es un polvo rojo que el ser humano no percibe y que sólo es

observable en entornos industriales, por ejemplo, cuando se maneja en

las centrales nucleares.

PARTE EXPERIMENTAL O PROCEDIMENTAL

EXPERIMENTO 1: OBTENCION Y RECONOCIMIENTO DE OXIGENO

1.- materiales y reactivos:

Tubos de ensayo Perclorato de potasio Oxido de manganeso

Tapón de jebe Pinza Mechero de alcohol Pabilo

2.- procedimiento:

- Mezclar, en tubo limpio y seco KClO

y MnO

en proporción de 2 a 1 (recordar que el óxido de manganeso es un catalizador positivo que va a acelerar la velocidad de descomposición; y añadir también que el

perclorato de potasio es una sal con una fuerte actividad oxidante).

- Cerrar la boca del tubo con un tapón de jebe horadado provisto de un tubo de desprendimiento (se debe utilizar un tubo en “L” para que de esta manera el oxígeno generado pueda tener una salida y para

reconocer que realmente se está generando oxigeno podemos prender un pabilo por la parte del tubo en la cual se está escapando el oxígeno).

- Proceder a calentar el tubo de ensayo a fuego directo, sujetándolo con una pinza de metal (calentamos el tubo de ensayo para así llegar a que los reactivos puedan formar oxígeno, podemos realizar el calentamiento del tubo de ensayo con un mechero de alcohol como en este caso).

- Acercar un pabilo con punto de ignición (recordemos que si el punto

de ignición se enciende entonces podemos concluir que se ha generado

oxígeno, pero en caso de que el pabilo no encienda significa que hubo

algún fallo en el proceso).

3.- ecuación de la reacción:

KClO

→ KCl + 2O

En esta reacción podemos observar que 1 mol de perclorato de potasio puede producir 1 mol de cloruro de potasio y 2 moles de oxigeno

gaseoso. Recordar que el óxido de manganeso interviene en esta reacción como un catalizador positivo, debido a esto la reacción se realiza de una manera más rápida.

4.- conclusiones:

- En este experimento hemos realizado la obtención y reconocimiento de oxígeno, cabe señalar que este proceso es para la obtención de oxigeno de manera experimental y posee un método de reconocimiento por el cual se demuestra si el proceso fue realizado de manera correcta o no.

- Este tipo de experimentos es de utilidad al momento de necesitar un elemento, ya sea en el ámbito medicinal o industrial ya que muy

raramente podemos encontrar estos compuestos libres y sin combinar en la naturaleza.

- Otro punto también es la ayuda que nos proporciona al momento de practicar este tipo de experimentos ya que como vimos en este caso a partir de otros compuestos pudimos obtener oxigeno gaseoso con un buen porcentaje de pureza.

- Por ultimo recordar que al momento de realizar el experimento se

deben tener las consideraciones de cada caso ya que al tratarse de

calcógenos sabemos que sus propiedades son muy variables y

cambiantes dependiendo del elemento que se desee obtener.

EXPERIMENTO 2: PROPIEDAD OXIDANTE DEL OXÍGENO 1.- materiales y reactivos:

Tubos de ensayo Perclorato de potasio Oxido de manganeso

Tapón de jebe Pinza Mechero de alcohol

Cloruro de magnesio Hidróxido de sodio

2.- procedimiento:

- En un tubo añadir 3-4 gotas de MnCl

y gotas de NaOH hasta la

formación del respectivo hidróxido (estos dos compuestos reaccionan para así formar un precipitado de hidróxido de manganeso, recordar que el cloruro de manganeso es un sólido cristalino de color rosa).

- Armar el equipo de obtención de oxígeno (recordemos que el equipo de obtención de oxigeno está compuesto por: un tubo de ensayo, un tapón de jebe horadado, un tubo de desprendimiento en “L”, un mechero de alcohol y una pinza).

- Burbujear el compuesto obtenido con oxígeno, agitar y dejar en reposo (se conecta la otra parte del tubo de desprendimiento a un tubo de

ensayo que posea hidróxido de sodio el cual empezara a oxidarse con el oxígeno generado, cambiando de un color blanco a un color marrón).

3.- ecuaciones de la reacción:

MnCl

+ 2NaOH → Mn(OH)

↓ + 2NaCl

En esta reacción podemos observar que 1 mol de cloruro de manganeso reacciona con 2 mol de hidróxido de sodio formando así 1 mol de

hidróxido de manganeso (este compuesto es un sólido blanco y se

oscurece rápidamente tras la exposición al aire debido a la oxidación), y también se producen 2 mol de cloruro de sodio.

Mn

➔ Mn

En esta reacción podemos observar que al principio el manganeso

posee un estado de oxidación de +2 (recordar que cuando se encuentra en este estado posee un color blanco), pero después de reaccionar con el oxígeno cambia su estado de oxidación a +4 (recordar que cuando se encuentra en este estado posee un color marrón).

4.- conclusiones:

- En este experimento se ha comprobado la capacidad oxidante del oxígeno, para poder ejecutar de una manera eficaz este proceso tiene que haberse practicado el experimento anterior ya que será de gran importancia su uso para así complementar este proceso.

- Este tipo de experimentos son de gran utilidad al momento de requerir la verificación de que tan oxidante puede ser un elemento, que como en este caso verificamos esta capacidad en el oxígeno.

- Por ultimo tener en cuenta siempre las consideraciones generales y particulares de cada caso ya que, si no tomamos esto en cuenta,

podríamos cometer un error durante el proceso.

EXPERIEMENTO 3: PROPIEDAD ANFOTERA DEL PEROXIDO DE HIDROGENO

Contexto: En base de los siguientes experimentos conoceremos la dualidad en la reactividad del H

O

.

1.- materiales y reactivos:

Tubo de ensayo Yoduro de potasio Permanganato de potasio

Ácido sulfúrico Agua destilada Beaker de laboratorio

2.- procedimiento:

- Colocamos en 2 tubos de ensayo 2 gotas de KMnO

y Ki respectivamente.

- Acidificamos las soluciones con una gota de H

SO

concentrada.

- Añadimos 3 gotas de H

O

y analizamos.

a) Propiedad oxidante del peróxido de hidrógeno:

- Una solución acidificada (KI y H

SO

) reacciona con H

O

. - La ecuación general:

-1 0

H

O

+ H

SO

+ 2KI  I

+ K

SO

+ 2H

O

- El yoduro de potasio se oxida a yodo molecular gracias a la reacción del H

O

.

- Al añadir almidón reacciona con el yodo molecular (I

) y se genera un complejo azul oscuro.

Conclusion:

-1 0

- En la semirreacción de oxidación: 2I – 2e

 2I se observa el

cambio de yoduro de potasio a yodo molecular debido a que el

H

O

es agente oxidante efectivo, lo cual ratificamos agregando

almidón para formar un complejo azul oscuro.

b) Propiedad reductora del peróxido de hidrógeno:

- Una solución acidificada (KMnO

y H

SO

) reacciona con H

O

- La ecuación general:

+7 +2

2KMnO

+ 3H

SO

+ 5H

O

 K

SO

+ 2MnSO

+ 8H

O + 5O

↑(Decoloración)

- El permanganato de potasio se reduce formando sulfato de manganeso.

- Podemos identificarlo debido a que la solución se decolora.

- Se observa el mismo resultado colocando los reactivos en orden inverso, primero el H

O

con H

SO

y luego el KMnO

.

Conclusion:

+7 +2

- En la semirreacción de reducción: MnO

 Mn se observa el cambio del permanganato de potasio (KMnO

) a sulfato de

manganeso (MnSO

) debido que el H

O

como agente reductor gana

electrones.

EXPERIMENTO 4: REACCION DE PEROXIDO DE HIDROGENO Y DICROMATO

1.- materiales y reactivos:

Dicromato de potasio Éter dietílico Tubo de ensayo

Ácido sulfúrico Agua destilada Beaker de laboratorio

2.- procedimiento:

- Colocamos 10 gotas de H

O

en un tubo de ensayo.

- Acidificamos el medio con H

SO

concentrado.

- Vertimos 5 gotas de K

Cr

O

a la solución y observamos - Repetimos el experimento y antes de añadir el K

Cr

O

.

Reacción del Peróxido de Hidrógeno:

- Una solución acidificada (H

O

y H

SO

) reacciona con K

Cr

O

. - La ecuación general:

+6 +5

K

Cr

O

+ 4H

O

+ H

SO

 2CrO

+ K

SO

+ 5H

O (Inestable)

+5 +3

2CrO

+ K

SO

+ 5H

O  Cr

(SO

)

+ 7H

O + K

SO

+ 3O

(Final)

- Se forma el CrO

gracias a la reducción del dicromato de potasio (K2Cr2O7), y se evidencia la coloración azul de la sustancia.

- Dado que la solución de CrO5 es inestable se reduce a Cr2(SO4)3 con estado oxidación +3 por lo cual la solución se decolora

instantáneamente.

Fases de la reacción Decoloración instantánea

Conclusión:

- El Cr con estado de oxidación +3 se forma rápidamente

decolorando la solución azul, sin embargo, si estuviera en medio etílico se podría observar una solución bifásica debido que el Cr con estado de oxidación +5 es estable en soluciones

orgánicas(apolar).

Reacción del Peróxido de Hidrógeno en Éter etílico:

- La solución acidificada (H

O

y H

SO

) reacciona con K

Cr

O

dentro éter etílico.

- La ecuación general:

+6 +5

K

Cr

O

+ 4H

O

+ H

SO

 2CrO

+ K

SO

+ 5H

O (Estable)

- Se forma el CrO5 gracias a la reducción del dicromato de potasio (K2Cr2O7), y se evidencia las 2 fases en el compuesto.

Conclusión:

- El CrO

se mantiene estable debido a que se encuentra en el medio de éter etílico formando una fase de color azul.

EXPERIEMENTO 5: MODIFICACIONES ALOTRÓPICAS DEL AZUFRE - ACCIÓN DE LA TEMPERATURA

1.- materiales y reactivos:

Tubo de ensayo Azufre Mechero de bunsen

2.- procedimiento:

A. Se va a colocar azufre en polvo en un tubo de ensayo, hasta un tercio del volumen.

B. Calentar suavemente y constantemente el azufre (Observar las modificaciones alotrópicas según la temperatura)

C. Observar los cambios que ocurre en la características del azufre Todo depende de la temperatura que usemos, así que tenemos diferentes cambios alotrópicos entre ellos :

Aquí observamos que al calentar el azufre en polvo pasa a líquido; y que, al incrementar la temperatura se torna viscosa, pero al seguir

aumentando la temperatura (punto de ebullición) vuelve a la fluidez.

En el experimento:

FASE 1

FASE 2

3.- conclusión:

Vemos cómo cambia el azufre desde polvo con un color amarillento,

hacia un viscoso amarillo ámbar- naranja y rojo; y volviendo a la fluidez

de color negro. Esto nos indica la característica particular alotrópica del

azufre cuando se somete a calor, elemento que se enlaza entre sí de

diferente manera formando nuevas estructuras atómicas o moléculas

diferentes.

EXPERIMENTO 6: OBTENCIÓN DE DIFERENTES FORMAS DE AZUFRE

1.- materiales y reactivos:

Beaker Agua destilada Azufre

Papel de filtro Tubos de ensayo Tiosulfato de sodio

Ácido clorhídrico

2.- procedimiento:

Tenemos 4 tipos de azufre:

AZUFRE PLASTICO:

AZUFRE

RÓMBICO

2.Tener tu recipiente con agua destilada 1.Calentar el

azufre hasta su punto de ebullición.

3.Echar el azufre hirviendo al

recipiente

4.Obtienes azufre plástico

Recristalización a partir de una

solución de azufre en rollo en

disulfuro de carbono.

Conclusión:

-Oscuro -Negruzco -Amorfa

-Se obtiene cuando el azufre fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él es enfriado al estado sólido.

-Fibras extensibles con cadenas helicoidales.

AZUFRE MONOCLINICO:

Conclusión:

- Se obtiene mediante la modificación estable del elemento por

encima de la temperatura de transición, mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.

-Se puede distinguir porque sus cristales forman una especie de agujas finas y opacas.

1.Calentar el azufre hasta un

color ámbar.

2.Tener tu recipiente con un filtro y agua

destilada Echar el azufre

obtenido al recipiente

4.Obtienes Cristales Brillantes

AZUFRE COLOIDAL:

Conclusión:

- Opalescencia - Olor a azufre ]

- Se obtener por la acción de un ácido mineral (HCl) sobre el tiosulfato de sodio Na

S

O

AZUFRE ROMBICO:

Se echa el HCl (ácido clorhídrico) a la solución

Na2S2O3 (Tiosulfato de sodio) contenido en el

tubo de ensayo

Na2S2O3 + HCl = S2 +NaCl + H2O + SO2

Observamos que se forma una solución

blanquecina

Colocamos el azufre en polvo en un recipiente y echamos el

disulfuro de carbono.

No todo el azufre se logra solubilizar.

Conclusión:

- Es la forma alotrópica más estable del azufre.

- Se obtiene mediante la modificación estable del elemento

por encima de la temperatura de transición, mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.

Al no poder solubilizar se pasa un filtro

El sólido no es muy soluble en el solvente y

el exceso se filtra

Se deja la solución durante algún tiempo hasta que el disulfuro de

carbono se haya evaporado por

completo.

Acercamos al microscopio y vemos

esos cristales de azufre en forma de

rombo.

EXPERIMENTO N°7: OBTENCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LABORATORIO

1.- materiales y reactivos:

Matraz Erlenmeyer Franela Mechero Bunsen

Cinta para medir pH Agua destilada Azufre en polvo

Cucharilla de combustión

2.- procedimiento:

a) Tomar el azufre (S) en polvo con la cucharilla de combustión y llevarlo sobre el mechero de bunsen para que se produzca la reacción de combustión.

S + O

→ SO

- El desprendimiento del gas nos indica de la presencia del dióxido de azufre (SO2).

SO2 + O

→ SO

- El olor a pólvora y la coloración azul intensa en la llama nos avisa de la presencia del Trióxido de azufre (SO3).

b) Después de obtener trióxido de azufre (SO3), se introduce la

cucharilla de combustión en el matraz erlenmeyer, que contiene 100 ml de agua destilada, y se tapa con la franela para que el gas producido no escape.

SO

+ H

O → H2SO

Mientras el matraz erlenmeyer continúa tapado, se agita en forma circular hasta que todo el gas se haya disuelto.

c) Por último se destapa el matraz y se mide el pH de la solución.

3.- conclusión:

- Antes de iniciar alguna práctica llevar puesto los elementos de protección (bata de laboratorio, guantes, tapabocas, gafas de

laboratorio), en la realización de este experimento es muy importante portar el tapabocas ya que la combustión de azufre libera SO2, el cual podría generar una leve asfixia.

- Tener presente que la presencia del SO3 se da desde el momento en el que se observa una llama azul y que el matraz no debe ser abierto antes de que se haya disuelto todo el gas contenido en él.

- La coloración anaranjada en el medidor de pH nos indica que la solución obtenida (H2SO4) es ácida (pH=2).

EXPERIMENTO 8: RECONOCIMIENTO DE SULFATOS 1.- materiales y reactivos:

Tubos de ensayo Papel indicador Papel de tornasol

Gotero Ácido sulfúrico Cloruro de bario

Fenolftaleína

Rojo de Congo

2.- procedimiento:

 Verter solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo y añadir unas gotas de fenolftaleína, no habrá coloración ya que la solución es una sustancia acida.

 Verter solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo y añadir unas

gotas de rojo de congó, habrá viraje a color azul ya que la solución

es una sustancia acida.

 Para identificar el sulfato se dispone de solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo y se añade unas gotas de cloruro de bario, notando que se forma un precipitado blanco (BaSO4)

H2SO4 + BaCl2  BaSO4 + 2HCl

 Verter solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo y añadir unas gotas de indicador universal, habrá coloración roja ya que la solución es una sustancia acida.

 Verter solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo e introducir papel de tornasol azul, habrá viraje de azul a rojo coloración ya que la solución es una sustancia acida.

 Verter solución de ácido sulfúrico en un tubo de ensayo e introducir papel indicador de pH, verificaremos que habrá coloración correspondiente a pH ácido según empaque del indicador (pH de 1 a 6).

3.- conclusiones:

 Utilizamos indicamos varios tipos de indicadores para verificar el pH ácido del sulfato

 Al usar fenolftaleína y papel de tornasol rojo no se produjo ningún

viraje de color ya que estos se usan para reconocer sustancias

básicas

RESULTADOS Y DISCUSION

En esta sesión se presentaron las generalidades y particularidades de los elementos del grupo VIA y los compuestos que lo conforman; y al poder visualizarlos en las diferentes reacciones aprendimos a

reconocerlos, obtenerlos y entender sus propiedades, y formas de organización.

De igual manera pudimos aprender un poco más sobre la química

cuantitativa, en la diversidad de formas de obtener una misma sustancia en condiciones y estados diferentes.

Estos conocimientos nos preparan en la resolución de problemas reales en futuros trabajos, para reutilizar y emplear recursos de las maneras más sencillas y rentables.

Recalcar que el grupo 16 de la tabla periódica o de los ya conocidos calcógenos ( o anfígenos), del cual se habló en esta sesión y donde se encuentra el oxígeno, azufre, selenio, telurio, polonio y livermorio, además de la visualización de sus diferentes tipos de obtención

(experimental, medicinal o industrial), se menciono también sobre las características particulares (alotrópicas ), haluros, impurezas, reacciones de identificación, sus usos y aplicaciones ,propiedades tantos físicas

como químicas (anfotéricas) entre ellas o con otros compuestos y la

importancia de este de grupo para el desarrollo de la salud y ciencia.

CUESTIONARIO

1. Indique el proceso de obtención de oxígeno industrial y medicinal Oxigeno medicinal e industrial

El oxígeno es un elemento fundamental para la vida, ya que es empleado por los seres vivos en el proceso de la respiración y forma parte del agua. Pero no solo se emplea oxígeno en procesos biológicos. Es un elemento muy importante también en la industria. Una de sus principales aplicaciones es la industria siderúrgica. Entre el 65% y el 85% del oxígeno producido en todo el mundo se emplea en la producción de acero. Se emplea el oxígeno para acelerar el proceso.

También se utiliza para limpiar impurezas de las planchas de acero y para cortar y soldar estas planchas. Otro de los grandes usos del oxígeno radica en la industria química. Se emplea por ejemplo para fabricar óxido de acetileno, material básico para la fabricación de materiales plásticos y textiles. En las aplicaciones médicas se usa en pacientes con insuficiencias respiratorias, ya sea en terapias respiratorias o en la realización de pruebas de función

pulmonar. También se suele usar en el ámbito farmacéutico y biotecnológico para aplicaciones de crecimiento celular y desarrollo de tejidos. Otra industria que emplea el oxígeno es la

industria aeronáutica y aeroespacial. Se emplea en la propulsión de cohetes, ya que se necesita un calentamiento muy rápido para la propulsión de este, se emplean grandes cantidades de oxígeno para producir este calentamiento.

Existen 3 métodos para la obtención de oxígeno en gran de pureza usando principalmente como fuente el aire atmosférico, una vez obtenidos serán clasificados y modificados para sus

respectivas áreas de utilidad.

1. Adsorción:

La adsorción es un fenómeno físico que tiene lugar en la superficie de una sustancia denominada adsorbente. Durante la adsorción, las moléculas del adsorbato se fijan sobre la superficie del adsorbente debido a las diferentes fuerzas de atracción que se producen entre ambas especies.

Este proceso da lugar a la creación de una capa de adsorbato sobre la superficie del adsorbente.

Esto es posible debido a la asimetría de las fuerzas que existen en la superficie y la

descoordinación de los átomos superficiales, que generan una descompensación de carga. Las fuerzas de atracción generadas pueden ser de distinta naturaleza, aunque generalmente se habla de dos tipos: adsorción física, si las fuerzas son débiles del tipo Vander Waals, o adsorción

química, si las fuerzas que se crean implican enlaces químicos.

Todos los sólidos adsorben sustancias, ya sean líquidas o gaseosas, pero la adsorción no es apreciable a no ser que el sólido tenga una gran superficie en contacto con la fase fluida. Esto demuestra la importancia de la superficie en el proceso de la adsorción como unos de los factores claves para el éxito de la operación. La superficie puede ser externa o interna. La externa es la que supone el límite físico del sólido, y para que la adsorción dependa de esta superficie tenemos que emplear un sólido en forma de polvo. Por otro lado, la superficie interna corresponde a los poros del material. El sistema de poros puede alcanzar una superficie muy

grande, aumentando mucho la capacidad de adsorción de un sólido. Los poros se clasifican en función de su diámetro, pudiendo hablar de microporos (diámetro > 50nm).

1.1 Adsorción por cambio de presión:

En los procesos de adsorción se utiliza un lecho fijo, es decir, un sólido adsorbente que rellena el interior de una columna por la que se hace circular una mezcla binaria de la que se desea separar uno de sus componentes. Dentro de la mezcla binaria, uno de los componentes es más

absorbible que el otro. Esta operación se puede realizar mediante el proceso de adsorción por cambio de presión (PSA) o por el proceso de adsorción por cambio de temperatura (TSA). La principal diferencia entre estos dos métodos es la energía que se emplea en la etapa de

regeneración. En los sistemas PSA se emplea un trabajo mecánico (cambio de presión), mientras que en los sistemas TSA se emplea calor (variación de la temperatura). Estas diferentes formas de energía afectan directamente a la duración de la etapa de regeneración. Mientras que en los sistemas TSA esta etapa dura horas debido a las grandes capacidades térmicas de los lechos de adsorción, en los sistemas PSA la etapa de despresurización se lleva a cabo en minutos.

Los procesos PSA se llevan a cabo en 4 etapas. En la primera de ellas, la mezcla de gas a tratar, en este caso el aire atmosférico, se alimenta a la columna a una presión relativamente alta,

produciéndose así la presurización de la columna. A medida que se produce la adsorción, la zona de adsorción de transferencia de masa avanza a lo largo del lecho hasta alcanzar el punto de ruptura (gráfico). Durante esta etapa, el nitrógeno queda retenido en el absorbedor, mientras que el oxígeno sale como corriente de producto a una presión ligeramente menor a la de entrada debido a una pequeña pérdida de carga a lo largo del lecho. Durante la primera etapa, una parte de la corriente de oxígeno se extrae lateralmente y se usa en la etapa de regeneración del

segundo lecho. La siguiente etapa comienza cuando el lecho se encuentra agotado. Cuando comienza a aparecer el componente más absorbible en la salida del producto, se cierra el flujo de entrada a la columna y la salida de producto y se conecta la salida con la segunda columna para disminuir la presión total en el sentido de la corriente. Esto se hace para reducir la presión de la primera columna y aprovechar para presurizar la segunda columna. Durante la

despresurización se reduce la presión parcial de los adsorbatos para que puedan ser desorbidos.

Se abre la entrada a la columna y se cierra la salida para que las impurezas que se acumulan mayoritariamente en la entrada sean desorbidas y eliminadas a la atmósfera. Mientras, la segunda columna se termina de presurizar a contracorriente con parte del producto que se encuentra en el tanque de almacenamiento.

A continuación, se hace circular a contracorriente la corriente de purga de la segunda columna que se encuentra en funcionamiento (la corriente de oxígeno extraída lateralmente que se menciona anteriormente) para empujar todo el material adsorbido. Una vez el lecho queda limpio, se cierra la entrada y se mantiene la salida conectada a la segunda columna para que comience a presurizarse. La presurización se termina con el gas que proviene del tanque de almacenamiento de producto. Cuando el segundo absorto que alcanza el punto de ruptura, el ciclo de regeneración se repite.(1)

2. La destilación

La destilación es un proceso físico que permite separar una mezcla de líquidos miscibles atendiendo a la diferencia en sus puntos de ebullición, es decir, a su volatilidad. Cuando la mezcla de líquidos entra en ebullición, se produce un equilibrio entre dos fases, una en estado líquido y la otra en estado vapor. La primera queda enriquecida en el compuesto menos volátil, mientras que la fase vapor queda enriquecida en el componente más volátil. Aplicando este método de manera práctica, sin un gas comprimido se enfría y posteriormente se expande en una turbina, el gas puede alcanzar temperaturas realmente bajas, empezando a hablar entonces de temperaturas criogénicas. En la actualidad, la mayoría de nitrógeno y oxígeno se obtiene mediante la destilación criogénica del aire, donde además de estos dos productos, se puede separar también el argón presente en el aire. En este proceso, la columna de destilación

empleada es un poco especial, ya que en realidad son dos columnas, una de alta presión y otra de baja presión, de 5 bar y 1 bar respectivamente, que funcionan una encima de la otra. La primera fase consiste en el acondicionamiento de la corriente de aire de entrada. Esta se comprime, enfría y filtra para obtener una corriente limpia y con una temperatura cercana a su punto de licuefacción. Esta corriente es enfriada aún más al circular a través de un serpentín que se encuentra en contacto con el líquido enriquecido en oxígeno (aproximadamente 40% O2) que se encuentra hirviendo en el fondo de la columna de alta presión. Esta corriente, que contiene ahora una elevada fracción licuada, se introduce en la columna de alta presión como corriente de alimentación (parte inferior). El líquido enriquecido en oxígeno ( 40% O2) del fondo de la

columna es laminado y alimentado a la columna de baja presión (parte superior). En esta

columna es donde se produce la destilación, ya que de ella obtendremos un producto de cabeza con una composición de nitrógeno superior al 99,9%, y como producto de cola obtendremos una corriente de oxígeno con una composición aproximada del 95%, ya que contiene todo el argón que contenía el aire de entrada. Para aumentar esta concentración se instalará una segunda columna, denominada columna de argón bruto, donde se separarán argón y oxígeno. Por cabeza de esta columna se recogerá un argón con una concentración entre el 95% y el 98%, mientras que el producto de cola, que en su mayor parte es oxígeno, se recirculará formando parte del reflujo de la columna de baja presión. Como ya se ha comentado, este es el sistema más extendido en la actualidad para la producción de oxígeno y nitrógeno de alta pureza. Su

Etapas de Proceso Gráfico del punto de Ruptura

principal inconveniente es que se trata de un sistema con un alto consumo energético, por lo que no resulta útil si tratamos con caudales pequeños o la demanda de producto es baja. No obstante, existen mejoras que permiten reducir los costes, como por ejemplo utilizar las corrientes de oxígeno y nitrógeno producidas para enfriar la corriente principal antes de su entrada a la columna.(2)

3. Membranas:

La separación por membranas es una tecnología ampliamente utilizada gracias a su facilidad de operación, su bajo coste y su tamaño compacto. Una de las principales aplicaciones de estas membranas se basa en la separación de gases, y más concretamente, en la producción de nitrógeno del aire, la recuperación de hidrógeno o el secado de aire para su utilización en otros procesos. En el proceso de producción de nitrógeno, el aire se comprime y filtra para eliminar impurezas, como vapor de agua o restos de aceite del propio compresor. Seguidamente se calienta el aire hasta la temperatura óptima de trabajo del polímero (entre 40 y 60 ºC) y se alimenta a los paquetes de membranas, formados por miles de fibras huecas dispuestas en una configuración tubo y carcasa dentro de los paquetes. El aire se introduce en estas fibras de manera axial, de tal forma que el oxígeno es permeado por la membrana, concentrándose el nitrógeno en el interior de las fibras y recogiéndose como producto. Este proceso físico es posible gracias a la diferencia de presión entre el aire presurizado de alimentación y el

permeado de baja presión, que actúa como gradiente de presión permitiendo la permeabilidad a través de las membranas. Los sistemas de membranas se suelen usar para la obtención de

nitrógeno, ya que es el compuesto más abundante en el aire y supone la corriente de salida de las membranas de mayor volumen. La corriente de permeado, formado por oxígeno y argón en su mayoría, normalmente se desecha. No obstante, existen otros sistemas en desarrollo basados también en membranas que permiten obtener oxígeno con una pureza del 99% y, a priori, con

unos costes inferiores a la destilación criogénica. Estos sistemas son los denominados ITM (Ion Transporte Membrana). Requieren como alimentación una corriente de aire a alta presión y temperatura (800-900 ºC). Este aire se hace pasar sobre una membrana cerámica hecha de metales agotados en oxígeno. La membrana acepta el oxígeno que es ionizado y difundido a través de la membrana debido a la diferencia de la presión parcial del oxígeno a lo largo de la membrana. (3)

2. Explique la contribución del SO2 en la lluvia ácida

La lluvia se vuelve ácida debido al descenso del pH, encontrándose de 4.0 a 4.2 esto debido a la combinación con dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx). Estos gases pueden alcanzar niveles muy altos en la atmósfera, donde se mezclan y reaccionan con agua, oxígeno y otras substancias químicas, para dar paso a la formación de la lluvia ácida (Lee, J & Weber, D.

1982)

Tipo de deposiciones de lluvia ácida

Esta lluvia ácida puede retornan a la superficie terrestre en dos tipos de deposiciones, que son detalladas a continuación:

• Deposiciones húmedas; que pueden ser la lluvia, llovizna y roció.

• Deposiciones secas; son deposiciones en forma de nieve, niebla o granizo, este tipo de deposición registran niveles más ácidos que la deposición húmeda, por tener elevadas concentraciones de Sulfatos y Nitratos, que se encuentran suspendidas en el aire.

3. Indique el procedimiento de obtención industrial de H2SO4 1. Obtención de dióxido de azufre

Se genera por combustión de azufre o piritas (FeS2), en este caso explicaré el proceso por combustión. El azufre líquido y el aire seco son llevados a un horno, donde ocurre la combustión bajo la siguiente reacción.

S(líq) + O2(g) → SO2(g) 2. Oxidación catalítica del dióxido de azufre

El gas producido(SO2) se enfría y la reacción entre el dióxido de azufre y el oxígeno en presencia de un catalizador a base de pentóxido de vanadio se lleva a cabo dentro de un convertidor de cuatro etapas.

2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)

3. Hidratación de trióxido de azufre (SO3) a ácido sulfúrico (H2SO4)

Este proceso no se lleva a cabo de forma directa, ya que originaría nieblas ácidas por ser una reacción muy exotérmica. También generaría la volatilización de gran parte del trióxido de azufre debido a la gran cantidad de energía que desprendería.

SO3 + H2O → H2SO4

Para realizar este proceso se deben de seguir los siguientes pasos:

- Se enfría el trióxido de azufre y se hace pasar por una torre de absorción. Lugar en el que se combina con el ácido sulfúrico, obteniendo ácido pirosulfúrico, bajo la siguiente reacción:

H2SO4 + SO3 ⇄ H2S2O7

- Luego se descompone, por absorción de agua, según la reacción:

H2S2O7 + H2O ⇄ 2 H2SO4

4. Describa en proceso Frasch

El proceso Frasch es un método para extraer azufre de depósitos subterráneos. Con este sistema se comienza por perforar primeramente el estrato que conduce al azufre. Este, en general, se encuentra a una profundidad que varía entre 250 y 450 m. En el agujero de la perforación se introduce un sistema formado por tres tubos concéntricos. A través de la envolvente tubular exterior se inyecta agua caliente a 160 °C a una presión de 10 a 18 atmósferas. En contacto con el agua, el azufre funde y se va almacenando en el fondo de la perforación, pasa a través de los agujeros que posee el tubo en su exterior, que actúan como un cedazo, y penetra en el tubo intermedio. Por el tubo central se inyecta aire comprimido que obliga al azufre a ascender a la superficie de la tierra.

El azufre se recoge en grandes depósitos de una capacidad de unas 200.000 toneladas, donde se enfría. La distancia entre cada perforación es de unos 100 m. El consumo de energía es considerable, puesto que por cada tonelada de azufre se gastan 10 - 15 t de agua recalentada.

Como combustible se emplea gas natural, disponible en las proximidades de los yacimientos.

5. ¿Los sulfitos son agentes reductores u oxidantes?

Son agentes reductores y agentes oxidantes. Los sulfitos son las sales o ésteres del hipotético ácido sulfuroso H2SO3. Las sales de sulfito contienen el anión SO32-, siendo los más importantes el sulfito de sodio y el sulfito de magnesio. Se forman al poner en contacto el óxido de azufre (IV) (SO2) con disoluciones alcalinas. Se trata de sustancias reductoras pasando el azufre del estado de oxidación +IV a + VI. En disoluciones ácidas se descomponen liberando de nuevo óxido de azufre (IV).

6. Indique el mecanismo de acción de las baterías ácidas de H2SO4 y plomo

El funcionamiento de las baterías está basado en la pila electroquímica. Existen dos electrodos, uno positivo y otro negativo, que al conectarlos formando un circuito cerrado, generan una corriente eléctrica, es decir, los electrones fluyen de manera espontánea de un electrodo a otro.

Las baterías están formadas por varios pares de electrodos que se sitúan en compartimentos independientes llamados celdas. En las celdas los electrodos están sumergidos en una disolución que recibe el nombre de electrolito.

En las baterías de plomo acido, el electrodo positivo se compone de una placa de plomo

recubierta por óxido de plomo (II), PbO2, y el electrodo negativo por plomo esponjoso. Reciben el nombre de baterías de plomo "ácido" porque utilizan como electrolito una disolución de ácido sulfúrico.

Si colocamos las celdas en serie, alternando positivo y negativo, podremos sumar las tensiones de cada una de ellas, y finalmente obtener un voltaje más alto (6 V, 12 V, 24 V.…). Si, por el contrario, colocamos las celdas en paralelo, positivos al lado de positivos, y negativos al lado de negativos, conseguiremos aumentar la intensidad de la batería.

Cuando la batería está completamente descargada, digamos que los electrodos "se han descompuesto", ha cambiado su naturaleza. Para volver al estado inicial, proporcionamos energía eléctrica a la batería, la cargamos, haciendo que la corriente circule en el sentido contrario al habitual, "recomponiendo" esos electrodos. Así, una vez vuelto al estado inicial, la batería puede seguir proporcionando electricidad gracias a ese movimiento espontáneo de los electrones.

Aparte de su uso en automóviles, las baterías de plomo ácido son muy utilizadas en instalaciones fotovoltaicas para almacenar energía en instalaciones que requieren de baterías, como las

instalaciones solares aisladas.

7. Explique mediante reacciones las propiedades redox anfotéricas del H2O2

Propiedades Redox Anfotéricas

Una sustancia anfotérica como el peróxido de oxígeno actúa en reacciones redox como agente oxidante o reductor dependiente del compuesto químico que interactúe.

1. Agente oxidante

FeSO4 + H2SO4 + H2O2 = Fe2(SO4)3 + H2O

Semirreacciónes +2 +3

Oxidación: 2Fe Fe2 + 2e- Agente Reductor: FeSO4 -1 -2

Reducción: 2O + 2e- 2O Agente Oxidante: H2O2

Reacción balanceada

+2 +6 -2 +1- 1 +3 +6 -2 +1 -2 2FeSO4 + H2O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2H2O

Se identifica el H2O2 como un buen agente oxidante porque permite la formación de Fe2(SO4)3 con ayuda del H2SO4 de catalizador.

2. Agente Reductor

NaOH + H2O2 + AuCl3 → H2O + O2 + NaCl + Au

Semirreacciónes

-1 0

Oxidación: 6O 6O + 6e- Agente Reductor: H2O2

+3 0

Reducción: 2Au + 6e- 2Au Agente Oxidante: AuCl3

Reacción balanceada

+1 -1 +3 -1 0 0 6NaOH + 3H2O2 + 2AuCl3 → 6H2O + 3O2 + 6NaCl + 2Au

Se identifica el H2O2 como el agente reductor porque su pérdida de electrones permite la formación de Au con ayuda del NaOH de catalizador.

8. Explique el procedimiento y las reacciones implicadas en la obtención de H2O2 a partir de perborato de sodio y ácido cítrico.

En un vaso de precipitados deposite 8.5 g. de perborato de sodio y en otro vaso, 3 g. de ácido cítrico. Adicione a cada uno 25 ml. De agua destilada y disuelva. Vierta la solución del ácido sobre la del perborato de sodio. Agite y filtre si es necesario. Guarde el H2O2 obtenido en un frasco oscuro para guardar, se recomienda adicionar un estabilizador.

Na3BO3 + H3C6H5O7 H2O2 + Na2B4O7 + NaOH

REFERENCIAS

1. Zeolitas En Procesos De Adsorción Y Separación De Hidrocarburos De Cadena Corta E DE, Yelitza Sánchez Dirigida por L, Rey García Dra. Susana Valencia Valencia F. UNIVERSITAT

POLITÈCNICA DE VALÈNCIA INSTITUTO DE TECNOLOGÍA QUÍMICA (UPV-CSIC). Disponible en:

https://riunet.upv.es/handle/10251/107362

2. 2017 J, Cerrada Martínez P, Sierra AN. DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA PLANTA DE SEPARACIÓN DE AIRE. Disponible en:

http://oa.upm.es/48874/1/TFG_PABLO_CERRADA_MARTINEZ.pdf

3. Tudela M, Tutores G, García Álvarez FJ, Friedrich FEJ. TRABAJO FINAL DE GRADO. Disponible en:

https://riull.ull.es/xmlui/bitstream/handle/915/15463/Obtencion%20de%20oxigeno%20a%20pa rtir%20de%20aire%20atmosferico%20para%20su%20uso%20comercial.%20Estudio%20de%20 viabilidad%20tecnica%20y%20economica..pdf?sequence=1

4.- 100cia Química - Temario Química 2^o Bac - Tema 11 [Internet]. [cited 2021 Jan 8]. Available from:

http://www.100ciaquimica.net/temas/tema11/punto7b.htm#:~:text=La%20obtenci%C3%B3n%2 0del%20%C3%A1cido%20sulf%C3%BArico,de%20las%20c%C3%A1maras%20de%20plomo.

5.- del Valle Arrieche Montero, Milagros, de Fuentes, Judith, Simulación del sistema de

absorción, enfriamiento del ácido y generación de vapor de una planta de ácido sulfúrico. Revista INGENIERÍA UC [Internet]. 2000;7(2):0. Recuperado de:

https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=70770205

6.- Katz, M. (2006). Materiales y materias primas. Azufre. Guía Didáctica. Autónoma de Buenos Aires - Argentina. Disponible en:

https://www.researchgate.net/publication/325206275_Materiales_y_materias_primas_Azufre_Gu ia_didactica

7.- UNMSM. (s.f.). Guía de Prácticas de Química Inorgánica. Lima. Disponible en:

https://viceacademico.unmsm.edu.pe/wp-content/uploads/2017/06/Guia-Quimica-general- EEGG-2019-2019-II.pdf

8.- Sintesis de ácido sulfúrico, extraido de youtube:

https://www.youtube.com/watch?v=uWh59pWZ8to