---Semana n°11--- ---Sección 2--- ---Grupo 1---
Asignatura: QUIMICA GENERAL
Profesores: JOSE ÁVILA, ANTONIO ALMONACID MOSCOSO Y GUSTAVO RUIZ
Tema: BOROIDES
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 información general y particular sobre los boroides
- Realizar y explicar los experimentos relacionados con los boroides que vimos en la sesión
- Extraer los conocimientos mostrados en clase y
formar una idea grupal en base a estos conocimientos.
MARCO T EORICO
El grupo del boro, boroides o boroideos es una serie de elementos que están situados en el grupo 13 de la tabla periódica de los elementos. Su nombre proviene de Tierra, ya que el aluminio es el elemento más
abundante en ella, llegando a un 7.5%. Tienen tres electrones en su nivel energético más externo. Su configuración electrónica es ns2np1. (1)
El primer elemento del grupo 13 es el boro (B) (aunque también se lo conoce como grupo del aluminio por su concurrido uso en la actualidad), un metaloide con un punto de fusión muy elevado y en el que
predominan las propiedades no metálicas. Los otros elementos que
comprenden este grupo son: aluminio(Al), galio (Ga), indio (In), talio(Tl), y Nihonio (Nh) que forman iones con una carga triple positiva (3+), salvo el talio que lo hace con una carga monopositiva (1+).
La característica del grupo es que los elementos tienen tres electrones en su capa más externa, por lo que suelen formar compuestos en los que presentan un estado de oxidación +3. El talio difiere de los demás en que también es importante su estado de oxidación +1. Esta baja reactividad del par de electrones es conforme se baja en el grupo se presenta
también en otros grupos, se denomina efecto del par inerte y se explica considerando que al bajar en el grupo las energías medias de enlace van disminuyendo. (2)
Propiedades:
- Boro: [He] 2s2p1 - Aluminio: [Ne] 3s2p1 - Galio: [Ar] 4s2p1 - Indio: [Kr] 5s2p1 - Talio: [Xe] 6s2p1
- El Boro es un metaloide con alto punto de fusión y pocas
propiedades metálicas. El resto sin embargo va adquiriendo más propiedades metálicas a medida que se desciende en la tabla periódica y con puntos de fusión más bajos.
- Poseen los estados de oxidación +3 ya que tienen tendencia a perder 3 electrones para quedarse con la última capa completa adquiriendo la configuración de gas noble.
- No hay regularidad en el punto de fusión, aunque sí se puede decir que el Boro es el que tiene el punto de fusión y el de ebullición más altos (2030 y 2930ºC respectivamente)
- Los potenciales redox son negativos, es decir, son elementos reductores a excepción del Talio que es oxidante.
- En este grupo empiezan los elementos que tienen tendencia a formas alotrópicas, es decir, de distinta ordenación.
- Ninguno de estos elementos se presenta como tal en la naturaleza.
PARTE EXPERIMENTAL O PROCEDIMENTAL
BOROIDES
EXPERIMENTO 1: OBTENCION Y RECONOCIMIENTO DE ÁCIDO BÓRICO
1.- materiales y reactivos:
Vaso de precipitado Bórax Ácido sulfúrico
Papel de filtro Crisol Alcohol metílico
Bagueta
2.- procedimiento:
- En un vaso de precipitado de 50 mL de capacidad, colocar 4 g de bórax (Na2B4O7.10H2O), 20mL de agua y 5mL de ácido sulfúrico: H2SO4
concentrado (recordar que el bórax es un cristal blanco que se disuelve en agua, además si se deja reposar al aire libre, pierde lentamente su hidratación y se convierte en tincalconita).
- Seguidamente, calentar a baño maría durante 5 minutos hasta disolver todo el bórax, para después enfriar a chorro directo con agua o en un baño de hielo y agua (recordar que el baño maria es un método para calentar una sustancia líquida o sólida, uniforme y lentamente,
sumergiendo el recipiente que la contiene en otro mayor con agua u otro líquido, que se lleva a ebullición).
- Finalmente, hacer pasar la solución por papel filtro y observar los cristales obtenidos. Colocar los cristales obtenidos en un crisol y
agregar 3 mL de alcohol metílico o etílico (el producto final será el ácido bórico o ácido trioxobórico (III), el cual es un compuesto químico,
ligeramente ácido. Es usado como antiséptico, insecticida, retardante de la llama y precursor de otros compuestos químicos).
- Ecuaciones de la reacción:
H2SO4 + Na2B4O7*10H2O → 4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O En esta ecuación podemos observar que 1 mol de ácido sulfúrico reacciona con 1 mol de bórax generando así 4 mol de ácido bórico, 1
mol de sulfato de sodio y 5 mol de agua.
H3BO3 + 3C2H5OH → (C2H5)3BO3 + 3H2O
En esta reacción podemos observar que 1 mol de ácido bórico reacciona con 3 mol de etanol generando así 1mol de dietil boril y 3 mol de agua.
EXPERIMENTO 2: OBTENCION DE PERLAS DE BÓRAX 1.- materiales y reactivos:
Mechero bunsen Alambre de platino Bórax
Sal de hierro III Sal de manganeso II Sal de cobalto
2.- procedimiento:
- Calentar ligeramente, en la llama del mechero de Bunsen, un trozo de alambre de platino (para realizar el proceso de calentamiento en este caso lo más eficiente será utilizar un mechero bunsen ya que al tener mayor potencia que el mechero de
alcohol puede llegar a alcanzar más temperatura de lo que podría el otro).
- Con la punta libre del alambre, impregnar una pequeña cantidad de Bórax e introducir en la llama girando constantemente hasta que la sal se funda (recordar que con el bórax que pongamos en el alambre tendremos que ir girándolo
alrededor de la llama para que así empiece a tomar forma de perla).
- Repetir tantas veces hasta que se forme una pequeña muestra transparente (en caso de que el bórax puesto en el alambre no tome una forma de perla tenemos que seguir realizando el proceso hasta que se vuelva una perla trasparente y de cierto color especifico).
- Dejar enfriar, humedecer y adherir algunos mg de alguna sal de hierro III, sal de manganeso II o sal de cobalto (recordar que para cada caso va a ocurrir una
reacción diferente ya sea que utilicemos sal de hierro, sal de manganeso o sal de cobalto, dependiendo de cuál se use la reacción presentara variaciones).
descripcion grafica del proceso:
EXPERIMENTO 3: PROPIEDADES ANFOTERAS DEL ALUMINIO Contexto:
En base de los siguientes experimentos comprenderemos las
propiedades anfóteras del aluminio cuando reacciona con ácidos y bases.
1.- materiales y reactivos:
Matraz erlenmeyer Tubo de ensayo Caja de cerillos
Ácido clorhídrico Papel de aluminio Hidróxido de Sodio
2.- procedimiento:
- Colocar unos gramos de polvo de aluminio, en dos tubos de ensayo y cubrirlos con 1 mL de agua.
- A un tubo de ensayo, añadir unas gotas de ácido clorhídrico: HCl (concentrado); al siguiente, añadir 5 gotas de hidróxido de sodio NaOH 1 M.
- Calentar el tubo si es necesario para iniciar la reacción.
a) Reacción con ácidos:
- En un matraz Erlenmeyer, las láminas de aluminio reaccionan con ácido clorhídrico (HCl).
- Ecuación general:
+1 -1 0 +3 -1 0
6HCl + 2Al 2AlCl3 + 3H2
- Es una reacción redox debido a que hay transferencias de electrones.
- Después de un tiempo, se desprender un H2 en forma de gas blanco.
- Reconocemos el H2 a través de un fosforo prendido.
- Se observa la combustión del H2 y el desprendimiento de llamas en la boca del matraz.
Se agita para aumentar la
rapidez de la reacción.
Evidencia Humo blanco (H2) Desprendimiento de llamas por el cerillo
Análisis de la reacción:
- El ácido clorhídrico oxida al aluminio y desprende H2.
- Para demostrar la presencia de H2 se usa un cerillo, lo cual genera una combustión evidenciada por llamas.
- Debido a que el aluminio no se encontraba en partículas, el matraz Erlenmeyer tubo que agitarse para aumentar la velocidad de la reacción.
- Una vez el H2 dispersado y el matraz apagado, se demuestra exitosamente la reacción del aluminio con el ácido.
b) Reacción con bases:
- En un matraz Erlenmeyer, las láminas de aluminio reaccionan con Hidróxido de Sodio (NaOH) diluido.
- Ecuación general:
0 +1 -2 +1 +1 -2 +1 +3 -2 0
2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2
- Es una reacción redox, debido a que hay trasferencias de electrones
- Después de un tiempo se desprende H2.
- Reconocemos el H2 a través de un fosforo prendido.
- Se observa la combustión del H2 y las llamas se dispersan por todo el matraz.
Análisis de la Reacción:
- El hidróxido de sodio (NaOH) oxida al aluminio y desprende H2.
- Para demostrar la presencia de H2 se usa un cerillo, lo cual genera una combustión evidenciada por llamas en todo el matraz.
- Debido al tamaño de las partículas del aluminio, el matraz
Erlenmeyer tubo que agitarse para aumentar la velocidad de la reacción.
- Una vez el H2 dispersado y el matraz apagado, se demuestra exitosamente la reacción del aluminio con el base.
3.- conclusión:
- Al finalizar los experimentos se confirma las propiedades anfóteras del aluminio, así como la importancia del tamaño de la partícula en las reacciones.
Se agita para aumentar la rapidez de la reacción.
Las llamas se avivan en todo el matraz
Burbujeo
EXPERIMENTO 4: PROPIEDADES ANFOTERAS DEL Al(OH)3
Contexto:
En base de los siguientes experimentos comprenderemos las
propiedades anfóteras del hidróxido de aluminio cuando reacciona con ácidos y bases.
1.- materiales y reactivos:
Sal de aluminio Ácido nítrico Cloruro de amonio
Hidróxido de amonio Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio
Centrifugadora
2.- procedimiento:
- Colocamos en un tubo de ensayo, 5-6 gotas de una solución de AlCl3; seguidamente, añadir 4-5 gotas de NH4OH y agitar el tubo para facilitar la floculación del precipitado.
- Dejamos sedimentar el precipitado y decantar el sobrenadante.
Seguidamente, transferir la mitad del precipitado a otro tubo.
Luego, verter 5-6 gotas de solución de NaOH al precipitado contenido en uno de los tubos.
- Al precipitado contenido en el otro tubo, agregar 5-6 gotas de HCl diluido.
a) Experimento de reacción con ácidos:
- Vertemos ácido nítrico (HNO3) con sal de aluminio para obtener nitrato de aluminio Al(NO3)3; ecuación de la reacción:
6HNO3 + Al2O3 → 2Al(NO3)3 + 3H2O
- Luego combinamos el nitrato de aluminio Al(NO3)3 con cloruro de amonio (NH4Cl) para formar:
Al(NO3)3 + NH4Cl AlCl3 + NH4NO3
- Después mezclamos los productos con hidróxido de amonio (NH4OH) para obtener la ecuación.
AlCl3 + 3NH4OH 3NH4Cl + Al(OH)3↓(gelatinoso)
- Finalmente combinamos hidróxido de aluminio Al(OH)3 con ácido clorhídrico (HCl) para formar AlCl3 (soluble).
- Ecuación general:
Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 ↓ (Estado soluble) + 3H2O
Análisis de la reacción:
- Elaboramos varias reacciones no solo para obtener el compuesto Al(OH)3, sino para comprobar la obtención de AlCl3, que se obtuvo en las reacciones intermedias, pero esta vez en estado soluble.
- Para obtener solo el AlCl3 se elaboró una centrifugación, lo cual prueba el estado soluble del compuesto mencionado, y a la vez muestra exitosamente la reacción de Al(OH)3 con los ácidos.
NH4Cl NH4OH
Al(NO3)3 AlCl3 Al(OH)3
HCl
b) Experimento de reacción con bases:
- Vertemos cloruro de aluminio (AlCl3) con hidróxido de sodio (NaOH) para formar un precipitado de Al(OH)3; ecuación de la reacción:
AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3↓ + 3NaCl
- Agregamos hidróxido de sodio (NaOH) para formar el complejo tetrahidroxi aluminato de sodio Na[Al(OH)4]; ecuación de la reacción:
Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]
Análisis de la Reacción:
- El compuesto tetrahidroxi aluminato de sodio Na[Al(OH)4] solo se forma en exceso de NaOH.
- Al formar el compuesto tetrahidroxi aluminato de sodio Na[Al(OH)4] logramos diluir el precipitado de hidróxido de aluminio Al(OH)3 de estado gelatinoso.
- Se observa exitosamente la reacción de hidróxido de aluminio Al(OH)3 con una base.
Conclusión:
- Se evidencia la característica anfótera del hidróxido de aluminio Al(OH)3 en los experimentos, además de su distintivo comportamiento.
NaOH
Hidróxido de aluminio Al(OH)3
Tetrahidroxi aluminato de sodio Na[Al(OH)4]
CARBONOIDES
EXPERIMENTO 1: OBTENCION DEL HUMO DE NEGRO 1.- materiales y reactivos:
Cápsula de porcelana Mechero de alcohol Propano
Hisopos Becina
2.- procedimiento:
- Sumergir un hisopo en bencina e inflamarla acercando el hisopo a un mechero de Bunsen.
- Sobre la llama, colocar una loseta o mayólica y observar lo que se forma en la mayólica.
- Luego, rociar, lentamente, gotas de agua sobre la mayólica e indicar lo que ocurre.
- Ecuaciones de la reacción:
C3H8 (g) + 5O2 (g) → 3CO2 (g) + 4H2O (g) + ∆
En esta ecuación observamos que 1 mol de propano reacciona con 5 mol de oxigeno molecular generando así 3 mol de dióxido de carbono y 4 mol de agua (combustión completa).
C3H8 (g) + 3O2 (g) → C (s) + 2CO (g) + 4H2O (g) + ∆
En esta ecuación observamos que 1 mol de propano reacciona con 3 mol de oxigeno molecular generando así 1 mol de carbono, 2 de óxido de carbono y 4 mol de agua.
EXPERIMENTO 2: PODER DECOLORANTE DEL CARBON ANIMAL 1.- materiales y reactivos:
Tubo de ensayo Azul de metilo Carbón animal
2.- procedimiento:
- En dos tubos de ensayo, colocar 2 mL de azul de metileno.
- Una de ellas servirá como referencia y a la otra, agregar una solución de carbón animal en polvo.
- Luego, filtrar si es necesario y observar los resultados.
EXPERIMENTO 3: IDENTIFICACION DEL ION PLUMBOSO 1.- materiales y reactivos:
Tubo de ensayo Placa de toques Nitrato plumboso
Sulfuro de sodio Carbonato de sodio Cloruro de hidrógeno
Yoduro de potasio Dicromato de potasio
2.- procedimiento:
- En dos tubos de En seis cavidades de una placa de toques, añadir 1 gota de nitrato plumboso: Pb(NO3)2.
- Posteriormente, añadir por separado, 1 gota de los siguientes reactivos: Na2S, Na2CO3, HCl, KI, K2Cr2O7
- Luego, observar los productos de las reacciones dadas, y en su informe, escribir las ecuaciones de las reacciones.
- Ecuaciones de la reacción:
Pb2+ + KI → PbI2 ↓
En esta ecuación podemos observar que 1 mol de plomo reacciona con 1 mol de yoduro de potasio generando así 1 mol de yoduro de plomo.
Pb2+ + K2CrO4 → PbCrO4 ↓
En esta ecuación podemos observar que 1 mol de plomo reacciona con 1 mol de cromato de potasio generando así 1 mol de cromato de plomo.
Pb2+ + HCl → PbCl2 ↓
En esta ecuación podemos observar que 1 mol de plomo reacciona con 1 mol de ácido clorhídrico generando así 1 mol de cloruro de plomo.
Pb2+ + Na2CO3 → PbCO3 ↓
En esta ecuación podemos observar que 1 mol de plomo reacciona con 1 mol de carbonato de sodio generando así 1 mol de carbonato de plomo.
Pb2+ + Na2S → PbS ↓
En esta ecuación podemos observar que 1 mol de plomo reacciona con 1 mol de sulfuro de sodio generando así 1 mol de sulfuro de plomo.
EXPERIMENTO 4: RECONOCIMIENTO DE CARBONATOS Y OXALATOS
1.- materiales y reactivos:
Ácido clorhídrico Sulfato de magnesio Permanganato de potasio
2.- procedimiento:
- Para la identificación de carbonatos, la muestra problema (M.P.) tratarla con ácido clorhídrico o sulfato de magnesio. Observar los resultados.
- Para la identificación de oxalatos, se puede emplear cloruro de un metal alcalino-térreo, ácido concentrado, o permanganato de potasio acidificado. Observar cada resultado.
- Ecuaciones de la reacción:
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O
Ca2CO3 + 2HCl → CO2 + 2CaCl + H2O
MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SO4
(C2O4) + CaCl2 → 2Cl + Ca(C2O4)
REACCIÓN CON KMnO4
REACCIÓN CON ÁCIDOS
EXPERIMENTO 5: OBTENCIÓN DE DIOXIDO DE CARBONO (CO2) 1.- materiales y reactivos:
Malaquita Tubo de ensayo Mechero de alcohol
Tubo acodado Sulfato de cobre Tapón de jebe
Vaso precipitado Hidróxido de Calcio
2.- procedimiento:
A) Colocar 3 gramos de carbonato básico de cobre en un tubo de ensayo y proceder a calentar
B) Previamente, acoplar un tapón de jebe con un tubo acodado incluido en el CuSO4 y un beaker con hidróxido de calcio anhidro, así como en la figura:
¿Que se observa en cada procedimiento realizado?
La malaquita producto del calentamiento se obtiene el óxido de cobre que es de color negro, aparte del óxido de cobre de obtiene el dióxido
de carbono y agua
¿Cómo comprobamos eso?
En el tubo acodado al estar el sulfato de cobre anhidro(blanco), cuando este capta moléculas de agua que se forma producto de la
descomposición de malaquita, obtenemos el cobre pentahidratado CuSO45H2O de color celeste turquesa, se observa el cambio.
Para el dióxido de carbono, se va reconocer porque se va a depositar en el beaker que obtenía hidróxido de calcio.
Con H2O + Ca(OH)2 obtenemos carbonato de calcio(blanco lechoso).
RESULTADOS Y DISCUSION
En esta sesión aprendimos de los elementos del grupo III y IV (boroides y carbonoides), el cómo identificarlos, sus funciones en la biología
humana, los diferentes procesos industriales para su obtención, así como su comportamiento distintivo debido al par inerte de electrones.
Sin duda estos conocimientos nos encaminaran a ser mejores estudiantes de química, si hubiera algo que resaltar, apreciaría las diferentes
aplicaciones que poseen estos elementos, tales como bellas piezas artes, medicinas y colorantes.
Recalcar que esta sesión se centró en ver a los grupos de los boroides y carbonoides, donde vimos sus principales componentes, así como
reacción con otros compuestos, el método de obtención de estos, sus propiedades anfóteras, y lo importante que son para la industria humana además de la ciencia ya que son empleados en muchos ámbitos.
Por ultimo mencionar que en esta sesión se especificaron muchas de las propiedades generales y también algunas particulares, las cuales nos servirán para no tener accidentes por tenerlos o manejarlos en
ambientes inadecuados o algún otro inconveniente que podría causar accidentes.
CUESTIONARIO
1. ¿Es posible la obtención de boro puro, indique el procedimiento?
El boro puro es difícil de obtener, los primeros métodos se requería la reducción del óxido con metales como el sodio, magnesio o aluminio, sin embargo, siempre ocurría contaminación del boro aformo.
En la actualidad, existen nuevos métodos para la separación de isótopos de boro:
A. El método de retardo de condensación asistido por láser (SILARC).
Sus parámetros se calculan a partir del modelo estático basado en el modelo dado en [Figura 1,2]. El modelo estático propuesto corresponde al esquema iterativo de dos ciclos para la separación de isótopos de boro. Este modelo bastante simple ayuda a comprender la acción combinada de todos los parámetros importantes y las relaciones entre ellos sobre la separación de isótopos de boro mediante el método SILARC. Estos parámetros incluyen la elección del gas portador, la fracción molar que el gas BCl3 que se disuelve en el gas portador, la intensidad del láser, lo que proporciona un mínimo de gastos de energía y la mayor producción, la presión y temperatura óptimas del gas en las cámaras de respaldo y aguas abajo, la celda de irradiación óptima y las dimensiones de la cámara del Skimmer, que mide el rendimiento óptimo de la boquilla.
La cámara de alimentación está ocupada por gas BCl3 que se diluye en una fracción molar muy pequeña (~ 2%) dentro del gas portador. El gas se expande hacia la celda de irradiación (IC) a través de la boquilla de la hendidura como se muestra en la Figura 1. Para evitar la sobre expansión del flujo de gas y mantener el grado de enrarecimiento (fracción molar) de BCl3 en el gas portador después de cada iteración de enriquecimiento en el mismo nivel, gas de fondo La presión dentro de IC debe ser igual a la presión dentro del flujo de gas, y el gas de fondo debe tener los mismos componentes (BCl3 + CG) mezclados en la misma fracción molar. El proceso de enriquecimiento consiste en ciclos de iteraciones rápidos y lentos como se muestra en la Figura 2. Aparentemente el número de ciclos rápidos procedió hasta la cantidad del BCl3 acumulado en la cámara de producto logra
nivel de enriquecimiento, que está parametrizado por el número de ciclos lentos k0 ya realizados, se puede calcular como:
Figura 1 Figura 2
Operaciones principales:
La cámara de alimentación está ocupada por gas BCl3 que se diluye en una fracción molar muy pequeña (~ 2%) dentro del gas portador. El gas se expande hacia la celda de irradiación (IC) a través de la boquilla de la hendidura como se muestra en la Figura 1. Para evitar la sobre expansión del flujo de gas y mantener el grado de enrarecimiento (fracción molar) de BCl3 en el gas portador después de cada iteración de enriquecimiento en el mismo nivel, gas de fondo La presión dentro de IC debe ser igual a la presión dentro del flujo de gas, y el gas de fondo debe tener los mismos componentes (BCl3 + CG) mezclados en la misma fracción molar. El proceso de enriquecimiento consiste en rápido y lento. Cada ciclo lento corresponde al retorno de gas enriquecido desde la cámara de producto a la cámara de alimentación.
Este proceso cíclico continúa hasta que el enriquecimiento de BCl3 en la cámara de producto alcanza el nivel deseado. El principio de separación de componentes de gas enriquecido se puede formular como sigue. La geometría de Skimmer más adecuada para la irradiación de flujo de gas transversal es en forma de cuña, como se muestra en la Figura 3. Por lo tanto, se puede pensar que las especies no excitadas ocupan solo el espacio dentro del paralepípedo rectangular, que ocupa el espacio entre la salida de la boquilla y el orificio del Skimmer. Todas las demás especies las asumimos como excitadas. El flujo de gas en este esquema es continuo e irradiado por un rayo láser en modo CW. El compresor preprogramado compensa la pérdida de presión gradual en la cámara de alimentación causada por la expansión del gas a través de la boquilla. Para evitar la acumulación de presión cerca de la pared del Skimmer, el flujo de gas debe evacuarse oportunamente mediante la acción de compresores separados para los gases de la llanta y la cola, como se muestra en la Figura 1. Cada compresor, para evitar la contaminación del gas reciclado por fracciones ligeras del aceite del compresor evaporado, deben tener cojinetes magnéticos (el uso de estos cojinetes también reducirá significativamente las pérdidas por fricción disipativas). La intensidad del láser y las dimensiones características de la instalación se obtienen a partir del requisito de consumo mínimo de energía por unidad de producto.
Figura 3.1 Figura 3.2
2. Los actuales concentradores de oxígeno emplean unos tamices
moleculares a base de zeolitas. Indique la composición química de estas zeolitas y a qué se debe que cumplan este rol de filtración del aire y concentración de oxígeno.
Las zeolitas siempre fueron considerados buenos tamices moleculares para la separación O2/N2, sin embargo, son un material caro. Por otra parte, cuando se emplean zeolitas, el nitrógeno es el componente que se adsorbe selectivamente. Si se considera que el N2 constituye un 75-80 % del aire, en la obtención de N2 a partir del aire se aprovecha mejor la porosidad del adsorbente cuando el oxígeno es el gas adsorbido (Jayaraman y Yang, 2005).
En los TMC se da la adsorción selectiva de oxígeno en forma casi completa. Por lo tanto, mediante la utilización de estos tamices se logra obtener nitrógeno de muy alta pureza como efluente en la etapa de adsorción (Marsh y Rodríguez-Reinoso, 2006; Slota et al., 1997). En la etapa de desorción se obtiene mezclas entre 35 y 85 % en oxígeno (Ruthven, Farook y Knaebel, 1994). Por lo tanto, continúan los esfuerzos por obtener TMC que permitan aumentar el porcentaje de oxígeno en el extracto. En algunos estudios de PSA en que se parte de mezclas más ricas en oxígeno que el aire (95 – 99%) se logra enriquecimientos considerables que alcanzan purezas de O2 superiores a 99,8% (Jee et al., 2005).
El empleo de tamices moleculares para separar oxígeno y nitrógeno presenta un inconveniente muy importante: dado que los diámetros cinéticos de las moléculas de oxígeno y nitrógeno son muy parecidos (0,346 y 0,364 nm 22 respectivamente), lograr su separación por exclusión en base a tamaño implicaría controlar la preparación de los TMC de modo de lograr distribuciones estrechas de tamaños de poro, con diámetros de boca de poro que no difieran en más de dos centésimas de nm. Esta similitud de tamaños moleculares se evidencia en la coincidencia de las isotermas de adsorción de N2 con respecto a las de O2 para la mayoría de los adsorbentes. Sin embargo, se logra obtener buena separación de los gases utilizando TMC que no necesariamente presentan una distribución de tamaños de poro con una alta fracción de la porosidad (o bocas de poro) en tamaños de poro intermedios entre los tamaños de estas moléculas. La separación de estos gases se basa en la velocidad de adsorción más que en la exclusión por tamaño molecular (Seaton et al., 1997). Por lo antedicho, la separación se fundamenta en consideraciones cinéticas y no es necesario lograr TMC con tamaños de poros estrictamente intermedios entre los de las moléculas de O2 y N2. Sin embargo, se ha encontrado que si la distribución de tamaños de poro es estrecha se logra mayores selectividades. Se ha sugerido que los mejores resultados en la separación de oxígeno- nitrógeno se obtienen cuando se parte de precursores con tamaños de poro muy estrechos, entre 0,4 y 0,6 nm (Cabrera et al., 1993). Las zeolitas presentan más problemas que los TMC debido a la humedad de las mezclas a separar. De todos modos, cuando se trabaja con TMC se deben tomar precauciones con la humedad (Giaya y Thompson, 2002). Muchos reactores de PSA basados en TMC utilizan una etapa de secado con zeolitas antes de la entrada al reactor.
También se ha estudiado la posibilidad de incrementar la hidrofobicidad de las superficies mediante tratamientos con hidrógeno y cloro.
Clasificación de algunas zeolitas naturales
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE AlGUNAS ROCAS ZEOLÍTICAS
3. Describir el proceso de Hoopes de afinación de aluminio
EL aluminio obtenido por el proceso electrolítico Hall‐Heroult, tiene una pureza de un 99,7 %, teniendo como Impurezas Si y Fe. Para muchas aplicaciones es suficiente con este grado de pureza, pero para otras más especiales, se necesita un afino que se hace por electrólisis en tres capas, y que se denomina proceso Hoopes.
El proceso de desarrolla en una cuba electrolítica
Hay tres capas en la cuba
La de abajo está compuesta por una aleación anódica fundida de Al-Cu, y es donde tenemos el Al que queremos afinar.
La del medio está formada por el electrolito, constituido inicialmente en el proceso Hoopes por fluoruro de Al (Al F3), fluoruro bárico (BaF2) y fluoruro sódico (Na F), y que se está sustituyendo por baños de fluoruro cálcico (CaF2) o cloruro de bario(BaCl2).
La superior en contacto con los cátodos, está formada por el Al afinado
Por su posición en la tabla de potenciales el Al se va pasando del ánodo al cátodo, mientras que el resto de las impurezas quedan en la disolución anódica.
Cuando se van concentrando las impurezas pueden llegar a superar el límite de solubilidad, siendo entonces necesario reponer la solución anódica consumida.
4. ¿Cómo se origina en la naturaleza el caolín o arcilla? Indique su composición química y aplicaciones
CAOLÍN:
El caolín es un mineral de origen natural, es un silicato de aluminio hidratado, generalmente se origina por la descomposición de rocas feldespáticas. Forma parte del grupo de minerales industriales, con la composición química Al2Si2O5(OH)4. Se distingue de otras arcillas principalmente por su blandura, blancura y fácil dispersión en agua y otros líquidos.
Algunas de sus aplicaciones en la industria son:
Papel: Es una de sus aplicaciones más importantes dentro de la industria, ya que mejora la impresión y hace que la superficie de la hoja sea más blanca y suave. Este material (caolín) es utilizado como relleno de la hoja, añadiendo receptividad a la tinta y opacidad a la hoja.
Al recubrir la superficie de la hoja permite la realización de impresiones de color luminosas e ilustraciones fotográficas. Esta arcilla presenta propiedades de gran importancia para la industria del papel, como su brillantez, baja viscosidad, control del tamaño de partícula y su superficie plana en forma de platos hexagonales. Cuando es empleado en el recubrimiento de papel se
debe de tener en cuenta las propiedades de flujo, ya que influye en el peso del recubrimiento, la suavidad, textura y otras propiedades de la hoja.
Pintura: Si bien este mercado no es tan grande como el del papel, sigue siendo muy relevante.
Más de 500. 000 toneladas al año, son utilizadas en todo el mundo para modificar el brillo, sus características de flujo, el manejo y las propiedades de la pintura. Principalmente es usado como extensor de pigmentos de pinturas de látex a base de agua, también es utilizado en primers industriales exteriores a base de aceite.
Cerámicos: Incluyen un amplio rango de productos en los que es utilizado el caolín, como vajillas, sanitarios, cerámica, refractarios, entre otros. El término cerámico se refiere a la
manufactura de productos de materiales de barro mediante la aplicación de altas temperaturas.
Las propiedades de los cerámicos de los materiales arcillosos dependen de la composición de la arcilla mineral y sus propiedades. La composición de la arcilla mineral es el factor más
importante ya que influye en las propiedades del cerámico. La caolinita es la arcilla mineral más utilizada en las aplicaciones cerámicas debido a sus propiedades físicas y químicas. Las
propiedades más importantes que le brinda el caolín al cerámico es la plasticidad, resistencia en verde, resistencia en seco, resistencia a la cocción, color, refractariedad, baja absorción de agua, control en el encogimiento, etc.
Caucho: Es utilizado, el caolín, como pigmento por su bajo costo y blancura en comparación con otros elementos. Además, al ser utilizado como relleno le brinda a los productos resistencia, abrasión y rigidez, sean de caucho sintético o natural. Se estima que las toneladas anuales de caolín utilizadas para relleno de caucho son alrededor de 600,000.
Plásticos. Se utiliza al caolín como relleno de plásticos ya que ayudan a reducir el agrietamiento y la contracción durante el curado, obscurece el patrón de fibra de vidrio cuando se utiliza como refuerzo, mejora la estabilidad térmica, contribuye a una alta fuerza de impacto, mejora la
resistencia y ayuda al control de las propiedades de flujo. El uso más importante del caolín es en el cloruro de polivinilo (PVC). Entre más fino sea el tamaño de partícula del caolín, será mejor el refuerzo de las propiedades físicas del polímero.
5. Indique las propiedades químicas de los carbonatos y bicarbonatos Carbonatos:
- La mayoría de los carbonatos son incoloros o blancos, salvo los de metales de transición (iones cromóforos), como Fe+2, Cu+2, Co+2 o los que aparecen
impurificados o teñidos.
- Muchos carbonatos muestran brillo vítreo, pero algunos como la cerusita o la siderita se pueden presentar con brillo adamantino. El brillo vítreo está muy extendido entre las oxisales. (3)
- Entre los carbonatos alcalino-térreos muchos individuos presentan fluorescencia UV.
- Los carbonatos anhidros nunca poseen dureza elevada, oscilando entre 3 y 5, en la Escala de Mohs. En principio, se puede decir que, para un mismo tipo de
estructura, a mayor densidad mayor dureza.
- Los carbonatos y los bicarbonatos de metales alcalinos son solubles en agua, los demás se disuelven en ácidos desprendiendo CO2, con mayor o menor dificultad.
- La estructura planar mencionada anteriormente provoca la anisotropía en varias propiedades físicas.
Bicarbonatos: (4)
- Poseen un estado físico con forma de solido cristalino - Generalmente color blanco
- No presenta un olor especifico - Poseen una reactividad básica
- Son estables a condiciones normales
6. Explique químicamente la toxicidad del plomo y el modo de contrarrestarla con agentes quelantes
El plomo tiene graves consecuencias en la salud de las personas. Si el grado de exposición es elevado, ataca al cerebro y al sistema nervioso central, pudiendo provocar coma, convulsiones e incluso la muerte. Las personas que sobreviven a una intoxicación grave pueden padecer
diversas secuelas, como retraso mental o trastornos del comportamiento.
Se ha comprobado además que en niveles de exposición más débiles sin síntomas evidentes el plomo puede provocar alteraciones muy diversas
en varios sistemas del organismo humano. En los niños puede afectar, en particular, al desarrollo del cerebro, lo que a su vez entraña una
reducción del cociente intelectual, cambios de comportamiento –por ejemplo, disminución de la capacidad de concentración y aumento de las conductas antisociales y un menor rendimiento escolar. (5)
El quelante de primera elección en una intoxicación por plomo es el EDTA cálcico disódico. Desde su introducción como tratamiento, a
principios de los años cincuenta, se dispone de una amplia experiencia de uso del EDTA cálcico disódico, que muestra excelentes resultados en el saturnismo. Se trata de un agente quelante que se une fuertemente al plomo extracelular y forma un compuesto muy estable, soluble y no ionizado, que es excretado rápidamente por la orina mediante filtración glomerular. (6)
7. Indique el rol que cumple el boro en la molécula de BORTEZOMIB El boro parece afectar la forma en que el cuerpo maneja otros minerales como el calcio, el magnesio y el fósforo, debido a esto el BORTEZOMIB cumple la mayoría de sus funciones ya que este fármaco es un inhibidor de proteosoma 26S de las células de los mamíferos, mencionar que
también sirve para retrasar la formación de tumores incluyendo el
mieloma múltiple. La mayoría de estas funciones son posibles gracias a la presencia del boro, ya que su rol es actuar en el organismo a través de la activación de procesos enzimáticos, hormonales y energéticos
realizando así una mejora en el funcionamiento de los diversos procesos corporales.
8. Una cápsula de antiácido contiene 475 mg de hidróxido de aluminio como principio activo. Indique cuántos miligramos de ácido estomacal (HCl) se requerirían para neutralizarla.
Hallamos el número de moles de Hidróxido de aluminio en el antiácido:
475mg(dato)/78xmg (p.a. Al(OH)3= 6,089 = 6000
3Al(OH) + HCl = 3AlCl + H2O - 3 1
6 2
NUMERO DE MOLES= MASA/ MASA ATOMICA 2mol=m/78g/mol
m= 156mg
9. La simeticona es un principio activo empleado en medicamentos como el Gaseovet ®. (MARIA)
- Describa la estructura de la simeticona
Complejo de aluminato de magnesio hidratado que reacciona químicamente para neutralizar o tamponar el ácido clorhídrico del estómago rápidamente seguido de un efecto antiácido sostenido. Se produce un aumento del pH gástrico proporcionando así un alivio de los síntomas de hiperacidez.
ESTRUCTURA DE LA SIMETICONA
- La dosis habitual empleada en infantes es de 40 mg/mL. Calcule el
% P/V de silicio en una presentación de 25 mL.
Simeticona: C6H18O4Si3
M(C6H18O4Si3) = 238.461 g/mol
%Si = 3(28.0855) /238.461 = 35.333%
En presentación de 25 mL:
W(C6H18O4Si3) = 40mg/mL (25mL) =1000 mg = 1g W(Si) = 35.333%(1) = 0.35333g
%P/V (Si) = 0.35333g /25 mL = 1.41332 % P/V
10. El método Kjeldahl es un procedimiento clásico para determinar el contenido de nitrógeno en una muestra orgánica degradada, para tal fin en una de sus etapas se emplea H3BO3. Describa esta función mediante reacciones.
Método Kjendall
El método Kjeldahl se utiliza para la determinación del contenido de nitrógeno en muestras orgánicas e inorgánica.
El uso considerable de este método surge principalmente del hecho de que es un procedimiento relativamente sencillo. La facilidad con la que la determinación indudablemente ha llevado a los
trabajadores a considerarlo como un posible remedio para los problemas del análisis de nitrógeno. Sus procesos son:
Digestión
El método Kjeldahl es una oxidación húmeda usando concentrado ácido sulfúrico. Originalmente, se usaba ácido sulfúrico solo, pero debido a que la oxidación en tales condiciones requería mucho tiempo,
particularmente si se utilizaron muestras grandes, el método pronto se modificó mediante la adición de sulfato de potasio. Con la ventaja de un punto de ebullición más alto, la oxidación era posible en un mucho más corto tiempo.
Catalizador:
Los elementos peligrosos y sus sales se han utilizado como catalizadores.
en la digestión Kjeldahl. El mercurio, como metal, óxido o sulfato, probablemente sea aceptado universalmente como el más eficiente. La única desventaja, si se puede considerar así, es que es
necesario precipitar el mercurio antes de las destilaciones, ya que forma complejos con amoniaco. El uso de otros catalizadores, como sulfato de cobre o selenio, elimina esta dificultad.
Destilación:
La preparación de la digestión de Kjeldahl para destilación es en gran parte mecánicos, y los detalles de manipulación están generalmente en el
discreción del operador. La recuperación de amoníaco, sin embargo, se ha abordado desde varios
ángulos, por ejemplo, destilación directa, destilación con vapor, aireación y eliminación de la destilación.
Probablemente el macro método más aceptado. Es la destilación directa del digerido diluido y
alcalinizado. El álcali debe agregarse con cuidado al digerido diluido y enfriado para evitar la pérdida de amoniaco.
La determinación real de amoníaco se puede realizar en varias formas, la más común de las cuales es la destilación del amoniaco en un exceso medido de ácido estándar que contiene un
indicador adecuado. En lugar del ácido estándar, se utiliza con frecuencia una solución de ácido bórico (IS, 20, S5,37, 67) designado por investigadores como saturados, 2%, 4%, etc.
Valoración
Cuando se utiliza el ácido bórico como solución absorbente, posteriormente se lleva a cabo una
valoración ácido-base utilizando una solución estandarizada de ácido sulfúrico o clorhídrico y una mezcla de indicadores. El rango de concentración de la solución utilizada varía entre 0,01N a 0,5N dependiendo de la cantidad de iones amonio presentes. El punto final de la valoración también se puede determinar potenciométrica mente con un electrodo de pH. Esta valoración se llama valoración directa.
REFERENCIAS
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https://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_del_boro
2.- La Familia del Boro. (2015, 20 agosto). Quimica.net. Disponible en:
https://www.quimicas.net/2015/08/la-familia-del-boro.html
3.-Carbonatos y Nitratos. (2018, 22 abril). CLASES MINERALES. Disponible en:
http://greco.fmc.cie.uva.es/mineralogia/contenido/clases_miner5_2_1.html 4.- Bicarbonatos. (2016, 15 junio). EcuRed. Disponible en:
https://www.ecured.cu/Bicarbonato_de_sodio_(Sustancia)
5.- Intoxicación por plomo. (2018, 10 agosto). OMS. Disponible en:
https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and
health#:~:text=La%20exposici%C3%B3n%20al%20plomo%20tambi%C3%A9n,pueda%2 0considerase%20exento%20de%20riesgo.
6.- Boletín de antídotos. (2018, 2 junio). PDF. Disponible en:
http://fetoc.es/asistencia/Boletin%20antidotos/BAC_num_2_junio_septiembre_2018.pdf 7.- Lyakhov KA, Lee HJ. New experimental setup for boron isotopes separation by laser assisted retardation of condensation method. Transactions of the Korean Nuclear Society Spring Meeting Gwangju. Disponible en: https://www.kns.org/files/pre_paper/2/13S- 07B-6A-Konstantin.pdf
8.- Bradstreet RB. Kjeldahl Method for Organic Nitrogen. Anal Chem [Internet]. 1 de enero de 1954 [citado 21 de enero de 2021];26(1):185–7. Disponible en:
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9.- Metalurgia y Siderurgia. (2016, 12 junio). UNIVERSIDAD DE CANTABRIA.
https://ocw.unican.es/pluginfile.php/1060/course/section/1242/Bloque%203.1%20alumi nio.pdf
10.- Amaya, A. (2011). Obtención y Caracterización de Tamices Moleculares de Carbón.
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https://www.colibri.udelar.edu.uy/jspui/bitstream/20.500.12008/2687/1/fq30315.pdf 11.- Cedillo, M. J. (2004). Caracterización de minerales Zeolíticos Mexicanos . Mexico:
Universidad Autonoma de México. Disponible en:
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