Proceso Científico de la obtención del Amoniaco

El Amoniaco se caracteriza por ser un gas incoloro, intensamente picante y tóxico en altos niveles de exposición. Se produce a nivel mundial para su uso como fertilizante y como fuente primaria de nitrógeno en la producción de muchas sustancias químicas.

Breve Historia

El amoniaco debe su nombre a los romanos, que lo encontraron cerca del templo de Amón, en la actual población de Luxor, Egipto. Aquel cristal blanco-grisáceo que los romanos llamaron “sal de Amón” era lo que hoy conocemos como cloruro amónico.

En el año 1918, el químico alemán Fritz Haber (1868-1934) obtuvo el Premio Nobel de Química por sus investigaciones sobre la termodinámica de las reacciones gaseosas; estas investigaciones derivaron, en 1913, en el proceso de producción de amoniaco a escala industrial, que aún hoy se utiliza, y que lleva su nombre: proceso Haber. Aunque existen modificaciones posteriores de este método, lo cierto es que todos están basados en el proceso Haber.

Métodos de Obtención

Método de Cianamida

Cuando el carburo cálcico se calienta a 1100ºC en presencia de nitrógeno, se forma cianamida cálcica, CaCN2, que, tratada al vapor, desprende amoniaco. No obstante, la cianamida es un compuesto altamente tóxico, y desprende poco amoniaco, por lo que el procedimiento cayó en desuso.

Proceso Haber

Se obtiene nitrógeno gaseoso, N2, por licuefacción parcial del aire o haciéndolo pasar a través de coque al rojo. El nitrógeno así obtenido se mezcla con hidrógeno puro, conduciendo la mezcla a lo largo de unos tubos convertidores rellenos de una masa catalítica porosa, que generalmente está compuesta por óxidos de hierro y pequeñas cantidades de óxidos de potasio y aluminio.La reacción química del proceso a partir del hidrógeno y el nitrógeno gaseosos es exotérmica y reversible:

N2(g) + 3H2(g) <–> 2NH3(g)                            

Su Kc a 25ºC vale 3,6·10^8, este alto valor de la constante de equilibrio indica que, en el equilibrio, prácticamente todo el N2 y H2 se han convertido en NH3. Sin embargo, la reacción es tan lenta a 25ºC que no se producen cantidades detectables de NH3 en tiempos razonables. Por ello se suele operar a presiones entre 200 y 700 atmósferas y alrededor de 500ºC.

* Efecto de la temperatura

Puesto que la reacción es exotérmica, la formación de amoniaco se verá favorecida por una disminución de la temperatura. Sin embargo, la velocidad de una reacción química aumenta con la temperatura.

Por tanto, aquí se presenta un dilema: si se aumenta la temperatura, se aumenta la velocidad de la reacción, pero entonces dentro del reactor hay mucho N2 y H2 y poco NH3. Si se disminuye la temperatura, la reacción es lentísima. En la práctica, para resolver esta dificultad, se trabaja a una temperatura de 500-600ºC y se añade un catalizador (de platino, tungsteno u óxidos de hierro), para aumentar así la velocidad de la reacción química.

*Efecto de la presión

Al aumentar la presión se favorece la formación de NH3, que es lo deseado. Ésa es la causa de que en el proceso de Haber se empleen presiones tan elevadas. En concreto se emplean presiones que van desde las 200 atmósferas a las 1000 atmósferas. La utilización de presiones superiores está limitada por el coste que representa utilizar recipientes que resistan presiones tan elevadas.

* Rendimiento de la temperatura y presión

A 500-600ºC y unas 900 atm, la conversión de N2 y H2 en amoniaco llega prácticamente a un 40%; pero sin catalizador se requerirían meses para conseguir el estado de equilibrio. Al añadir el catalizador, se consigue el mismo equilibrio en una fracción de segundo. A las presiones empleadas, el amoniaco se separa como líquido de la mezcla gaseosa por enfriamiento, mientras el nitrógeno y el hidrógeno, no condensables, que no han reaccionado, vuelven nuevamente a los convertidores.

En la tabla siguiente se muestra el rendimiento de obtención de amoniaco en función de la temperatura y la presión:

En esta tabla se observa que al aumentar la temperatura a 758ºC, la constante de equilibrio disminuye del orden de 10^10 veces. Si bajásemos mucho la temperatura, el proceso seria lento, que no es rentable industrialmente ni siquiera en presencia de catalizador. Por todo lo anterior se observa que el proceso debe efectuarse alrededor de 500ºC y a la mayor presión posible.

Ciclo del Nitrógeno

Responder las siguientes preguntas

a) Explica en tus propias palabras cómo funciona el ciclo del nitrógeno

Las plantas absorben el nitrógeno del agua del terreno, los animales los toman al consumir varios tipos de plantas, y los carnívoros al consumir a lo herbívoros .existe un proceso de degradación, cuando se descomponen organismos muertos o parte de ese nitrógeno vuelve a la atmósfera para ser utilizado de nuevo

b) ¿Por qué si el aire está compuesto de una gran cantidad de nitrógeno, éste no se le puede aprovechar directamente?

Las plantas no pueden aprovechar el nitrógeno en esas formas debido a que está en forma gaseosa, necesitan el nitrógeno fijado combinado con otros elementos que forman compuestos.

c) ¿Cómo se produce la fijación del nitrógeno a través de los rayos?

Los rayos producen átomos de nitrógeno y oxigeno que en el aire se combinan, los compuestos nitrogenados resultantes se mezclan con el agua de la lluvia y llegan hasta el suelo, donde se producen cambios químicos  y favorecen a la absorción de las plantas provocando mucha cantidad de nitrógeno

d) ¿Cómo se produce la fijación del nitrógeno a través de los cultivos?

Una cantidad mayor se fija en el suelo rotando cultivos como el maíz, legumbres como los guisantes o alfalfas las cuales actúan como factorías fertilizantes naturales devolviendo al suelo grandes cantidades de nitrógeno. En sus raíces crecen nódulos que son producidos por bacterias, que fijan el nitrógeno para que las plantas puedan absorberlo en una relación simbiótica.

e) ¿Cómo se contamina el medio ambiente con los excesos del nitrógeno?

Cuando se usa fertilizantes nitrogenados, estos se filtran a las reservas de agua en los subsuelos y se ven seriamente contaminadas y el agua se vuelve poco potable expandiéndose a algunas bahías fluviales. Ello produce un rápido crecimiento de plantas acuáticas que consumen todo el oxígeno disuelto en el agua, asfixiando a peces y otros organismos.

Las emisiones de centrales térmicas, que se combina con el agua de la atmosfera causan lluvia ácida que destruye los bosques del planeta

El Amoniaco, Usos e Historia

El Amoniaco consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo con la fórmula NH3. Perteneciente a los hidruros del grupo 15. 

Se caracteriza por ser un gas incoloro, intensamente picante y tóxico en altos niveles de exposición.

Se produce a nivel mundial para su uso como fertilizante y como fuente primaria de nitrógeno en la producción de muchas sustancias químicas.

Historia

Edad Antigua:

Este compuesto ha sido utilizado en la limpieza desde hace mucho tiempo, tanto que se tienen registros del antiguo Egipto, donde su nombre proviene de una deidad llamada Amon, y en su templo ubicado en Libia, se producía el amoniaco al quemar estiércol de camello.

Edad Media: 

Con el pasar del tiempo, el amoniaco se hacía calentando raspaduras de cuernos de ciervos y se le conocía como espíritu de cuerno de ciervo,  en el norte de Europa.

Edad Moderna:

Formada por la destilación de productos vegetales nitrogenados, la verdadera producción moderna deriva de combinar el nitrógeno y el hidrógeno se combinan a altas temperaturas y presiones (distintos métodos) sobre un catalizador de hierro dopado, a este proceso se lo conoce como el proceso Haber,  y por ello su creador gano un premio Nobel, por otro lado Bosch gano uno por diseñar las plantas de producción.

Lamentablemente, esta técnica fue usada para propósitos bélicos por fuerzas Alemanas en  la Primera Guerra Mundial, específicamente para elaborar diversos tipos de municiones. Por otro lado esta nueva forma de producción sirvió para evitar futuras hambrunas, ya que los fertilizantes basados en nitrógeno eran mucho mas fáciles y de hacer y por ende mas accesibles para las personas.

Conclusión:

A lo largo del tiempo, este compuesto ha sido muy útil para las personas, específicamente en el ámbito de la agricultura ya que son excelentes fertilizantes, pero de igual forma se ha sabido utilizar con propósitos pocos productivos como lo son las guerras, ya que también son compuestos básicos para diversos tipos de municiones. Por suerte se le ha dado un mejor uso en épocas mas recientes.

Desarrollo Cientifico y Tecnológico: Impacto en los países ricos y pobres

A través de los años el hombre ha presentado un cambio radical en su nivel de vida; los conocimientos que él ha logrado acumular y aplicar ha sido para su beneficio que ha cambiado radicalmente su modo de vivir. Existe una notable diferencia entre el hombre de hace unas cuantas décadas y el hombre moderno, tal diferencia se ha dado por el desarrollo de la ciencia que esta estrechamente relacionada con las innovaciones tecnológicas.

Responder las siguientes preguntas:

1) ¿Cual fue el descubrimiento científico?

La electrónica y la micro-electrónica, el cual es el control del comportamiento de los electrones de un átomo, lo que permito el desarrollo de corrientes, circuitos que a su vez formaron sistemas eléctricos.

2)Escriba cinco aplicaciones que se hayan creado a partir del descubrimiento científico observado

*Televisión

*Calculadora

*Refrigerador

*Satélites artificiales

*Computadoras

Midiendo el Sistema Solar

Cuando observamos un eclipse de Luna, la sombra proyectada por la Tierra sobre la Luna revela la forma esférica de la Tierra y además nos da una idea del tamaño de nuestro planeta comparado con el de la Luna Ésta fue una de las observaciones en la que se basó Aristóteles (384 a.C. –322 a.C.) para argumentar la redondez de la Tierra. Por simple observación visual, Aristarco estimó que el diámetro de la sombra de la Tierra era aproximadamente el doble del diámetro lunar, hoy en día con equipo más sofisticado podemos tomar fotos a los eclipse y hacer cálculos más precisos.

Estimación del Radio Terrestre

Eratóstenes fue director de la biblioteca de Alejandría durante el Siglo III a.C. se dice que ya en uno de sus viajes de Grecia a Alejandría, le llamó la atención el modo que usaban los navegantes para orientarse de noche usando las estrellas. Como así también el hecho que la estrella que los navegantes usualmente tomaban como referencia, en particular la estrella polar (norte), se veía más alta cuando estaban en Grecia que cuando estaban en Alejandría y que lo contrario sucedía con el Sol al medio día.  

Estando en Alejandría leyó un relato sobre que el sol no producía sombra en cierta época del año. Usando este dato el ángulo al que observaba el Sol en ese mismo momento en Alejandría y la distancia entre estas dos ciudades, fue capaz de hacer la primera determinación del radio de la Tierra.  Con la altura del edificio o loma, respecto del nivel del mar. Este valor puede se puede obtener usando un altímetro.  El otro parámetro importante a determinar es el ángulo entre la horizontal y el horizonte, θ, como la de un rifle, un telescopio o un teodolito, montado sobre un trípode. Con dicha proyección se puede conocer el ángulo del centro pues son alternos internos y con la distancia entre 2 ciudades solo se necesita algunos cálculos geométricos

Determinación del tamaño de la Luna y su distancia a la Tierra – Hiparco

Algunos años después que Aristarco hiciese las primeras estimaciones del tamaño y distancia a la Luna, Hiparco de Nicea (190 a.C.–120 a.C.) La idea de Hiparco consiste en inferir la relación del tamaño de la Luna, respecto de la sombra de la Tierra, a partir de la observación de los tiempos involucrados en un eclipse lunar, en vez de los tamaños relativos como lo hizo Aristarco.   El método de Hiparco se basa en que durante un eclipse lunar el módulo de la velocidad de la Luna, es aproximadamente constante. Para obtener resultados coherentes con el método de Hiparco, es importante que la trayectoria de la Luna pase por el centro de la sombra de la Tierra, condición que no  siempre se cumple

Distancia Tierra-Sol

 Aristarco de Samos no solo estimó el tamaño de la Luna, sino que además ideó un ingenioso esquema para medir la distancia al Sol. Se representa la posición de la Luna en dos fases complementarias: cuarto creciente y cuarto menguante. Cuando la Luna está en estas posiciones, el triángulo formado por el Sol, la Luna y la Tierra es rectángulo, como se aprecia en el dibujo. Esto ocurre  tanto en cuarto menguante como en cuarto creciente. Si el Sol estuviese infinitamente alejado de la Tierra (dST>>dTL) estas dos posiciones se alcanzarían a la mitad del período de traslación de la Luna alrededor de la Tierra. El método propuesto por Aristarco para medir el ángulo β de la Fig. 12.9 consiste en medir el tiempo Tc entre las posiciones complementarias, o sea, el tiempo entre cuarto menguante y cuarto creciente. Dado que el módulo de la velocidad de la Luna

Es aproximadamente constante se deduce que Como se indicó previamente, los ángulos subtendidos por el Sol y la Luna desde la

Tierra son idénticos. De este hecho se deduce que RL/dTL= RSS /dST, de donde obtenemos:

Radio Del Sol (km) = Rs = (DST /dTL) ⋅ RL ≥ 33000 km. (12.16)

El valor aceptado11 para el radio del Sol es RSS = 6.955 x 105 km.

Distancia Venus-Sol y Mercurio-Sol

Venus es el segundo planeta del Sistema Solar y, junto con el Sol y la Luna, uno de los tres cuerpos celestes que puede ser visto de día. Para Venus, la elongación tiene un máximo que ocurre cuando el Sol, Venus y la Tierra forman un triángulo rectángulo como el que se muestra en Una situación análoga ocurre con Mercurio, pero este planeta no es visible tan fácilmente como Venus. El ángulo de máxima elongación puede obtenerse fácilmente con un telescopio, observando la posición de Venus a lo largo del tiempo. En realidad cuando se observa a Venus con un telescopio, se pueden ver fácilmente sus fases, similares a las de la Luna.

En particular, en la posición de elongación máxima, la fase de Venus es similar a un cuarto creciente o menguante.  De este programa puede obtenerse la fecha de ocurrencia, las posiciones angulares del Sol y los planetas con lo que podemos Determinar el ángulo. En particular, esta situación ocurrió con Venus el día 14 de enero del 2009. El ángulo de máxima elongación resulta: γ = 46º ± 2°. Las posiciones corresponden al 14 de enero del 2009 y el ángulo de elongación máxima γ puede medirse sobre la pantalla u obtenerse a través de las especificaciones provistas por el programa para el planeta a estudiar en dicha fecha. Un hecho notable se observa cuando se analiza una tabla de elongaciones para Venus y Mercurio para distintas ocurrencias de las máximas elongaciones14, 15 debido a que éstas varían constantemente, en particular para el caso de Mercurio. Si el modelo Copernicano de órbitas circulares, centradas en el Sol fuese correcto, estas elongaciones deberían ser siempre las mismas. El hecho que no lo sean indican claramente que las órbitas de los planetas no están bien descritas por el modelo de Copérnico y debemos adoptar otro modelo más adecuado. De hecho, estas variaciones de las máximas elongaciones pueden ser usadas para trazar las órbitas de los planetas, y “descubrir” que son elípticas, tal como lo establece el modelo de Kepler. De hecho esta actividad se describe en la referencia

Distancia a otros planetas

El método propuesto en la última sección no puede usarse para los planetas más externos a la Tierra. Es posible sin embargo usar un método geométrico muy simple, basado en la observación de los tiempos en que los planetas están en oposición (es decir alineados del mismo lado del Sol o sea su elongación es 180º) y cuando están en cuadratura (las visuales al Sol y al planeta forman un ángulo de 90º o sea la elongación del planeta es de 90º).

Con  todos los metodos anteriores se han llegado a las siguientes conclusiones:

En conclusion, el ingenio humano acompañado con el desarrollo tecnologico nos permite calcular enormes cuerpos celestes en el vacio del espacio con calculos geometricos, que bien no pueden ser sencillos, pero su utilidad es innegable, ademas los datos que se necesiten para resolver estos problemas por nosotros mismo se encuentran a nuestro alcanze en la pagina de la NASA

Aplicación del Teorema de Tales

El teorema de tales explica con una formula la igualdad entre cuerpos de diferentes dimensiones. Es decir permite calcula la dimension de un cuerpo tomando como base una igual pero de distinto tamaño. Fue realizado por Tales de Mileto en el siglo VI a.C. Por lo general este teorema es usado con triangulos semejantes, es decir aquellos que tienen el mismo angulo y lados paralelos.

Aplicación

Mi estatura es de 1.70 m, la sombra que proyecta mi cuerpo a las 3:30 pm es de 1.80m. Necesito saber la altura de un árbol, que proyecta una sombra de 4.70 m.

Datos
h1= 1.70                           S1= 1.80 m
h2= X                               S2= 4.70 m

Procedimiento

h1/h2 = s1/s2           1.7/x  = 1.80/4.70          1.7(4.70/1.80) = X          1.7(2.61)= X              4.43 m = X

En conclusión el árbol mide 4.43m

Gráficos:

Eclipses Lunares: Pasado y Futuro

Un eclipse es un fenómeno que ocurre cuando un objeto bloquea parte o toda la luz de otro.

Ocurre cuando el Sol, la Tierra y la Luna están alineados. Un Eclipse de Luna se produce cuando ella, en su movimiento alrededor de la Tierra, atraviesa la sombra de nuestro planeta impidiendo que la luz del Sol ilumine la superficie lunar:

El primer eclipse de este  año fue perfecto para los observadores en todo el Hemisferio Occidental. El eclipse se produce en el nodo ascendente de la órbita lunar Virgo. El diámetro aparente de la Luna está cerca de la media registrada desde el eclipse se produce casi la mitad de camino entre el apogeo (08 de abril a las 14:53 UT) y el perigeo (23 de abril a las 00:28 UT). Este es el primero de cuatro eclipses lunares consecutivos en 2014. Trayectoria orbital de la Luna lleva a través de la mitad sur de la sombra umbral de la Tierra. Aunque el eclipse no es central, la fase total del todavía dura 78 minutos.

Todo el evento fue visible  para Norte y  Sur America. Los observadores en el Pacífico occidental se perdieron a la primera mitad del eclipse, ya que se produce antes del aparecimiento de la luna. De igual forma la mayor parte de Europa y África tenían una puesta de sol justo cuando comienza el eclipse. El eclipse noes visible desde el norte / este de Europa, África del Este, Oriente Medio o Asia Central.

El resto de eclipses ocurrieron el 29 de Abril, 8 y 23 de Octubres de este mismo año siendo lunar, solar y lunar respectivamente. Acontinuacion una tabla con los eclipses que se vienen hasta al 2020.

En lo personal, la creacion de paginas como estas, que permiten a cualquier internauta informarse y conocer sobre los maravillosos fenomenos del planeta y espacio, en este caso los ecplipses, son de gran utilidad, no solo para realizar trabajos, sino para despertar la curiosidad en cada individuo. Ademas los datos brindados por la NASA son muy precisos de esta manera uno podria prepararse para eclipses futuros