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sábado, 8 de diciembre de 2018

Aluminotermia


La aluminotermia, denominada en inglés thermite reaction o Goldschmidt Process en recuerdo del químico alemán que la patentó en 1895, es una reacción de oxidación-reducción que además resulta tremendamente exotérmica. Existen diversas variedades, en función de los reactivos que se utilicen. Los más habituales suelen ser los óxidos de hierro (II) y (III) mezclados (lo que da una sustancia cuya fórmula es Fe3O4) y aluminio. Los productos de la reacción son los de la sustitución simple.

La reacción es tan exotérmica que en el interior de la misma pueden llegar a alcanzarse los 2100 ºC. De ahí que resulte una reacción espectacular, con gran desprendimiento de luz. Y dado que la temperatura de fusión del hierro es de 1538 ºC, la transferencia de energía en forma de calor es tal que permite que el hierro obtenido pase al estado líquido. Esta circunstancia hace que sea una reacción química óptima para la soldadura de los raíles del ferrocarril. Como podéis observar en el vídeo que aparece que aparece debajo, para unir los dos extremos de los raíles se coloca una estructura de cerámica, y en su interior se deposita el hierro fundido que se ha obtenido de la aluminotermia que se ha producido en el interior del recipiente que se coloca sobre la estructura cerámica.

Te proponemos que como ejercicio calcules la variación entálpica, entrópica y de energía libre del proceso a la temperatura final de la reacción. Si suponemos que la masa de hierro depositada dentro de la estructura cerámica es de 150 g, deduce igualmente la transferencia de energía en forma de calor que se ha producido en el interior del bote situado encima.



martes, 13 de noviembre de 2018

Reacciones químicas que resuelven problemas




El esquema que preside esta entrada representa un circuito cerrado de respiración asistida, utilizada en los hospitales por los servicios de anestesia (cuando te sometes a una operación), o por los de cuidados intensivos cuando el paciente no es capaz de respirar por si mismo (respiración asistida). En la parte superior izquierda aparece representado el suministro de aire, enriquecido con dioxígeno extra, mientras que por debajo de éste se representa un dispositivo que retira del circuíto el CO2 producido (dentro de un círculo rojo).
En efecto, si no se retirase este gas del circuito cerrado y por mucho dioxígeno fresco que introdujeramos dentro de él, el aire exhalado está menos concentrado en O2 (representado por círculos azules) y más concentrado en CO2 (representado por círculos grises), lo cual podría provocar en el paciente un episodio de hipoxía, peligroso para su cerebro. Es por tanto necesario retirar el dióxido de carbono exhalado por el paciente. Los círculos amarillos representan moléculas de agua, ya que es necesario humidificar el gas, evitando así que los pulmones se resequen.

Para proceder a la retirada de este gas disopnemos del superóxido de potasio (KO2). Esta sustancia reacciona con el agua produciendo hidróxido de potasio y desprendiendo dioxígeno (el cual enriquece también el aire exhalado tras su paso por el dispositivo). El hidróxido de potasio reacciona a su vez con el dióxido de carbono para producir hidrógenocarbonato de potasio (KHCO3), sal que podemos retirar de nuestro dispositivo.

Te invitamos a que escribas y ajustes ambas reacciones químicas y que nos digas que masa de superóxido de potasio hay que utilizar a la hora para retirar el dióxido de carbono producido en ese tiempo por la exhalación de un paciente. Supongamos que el paciente exhala 15 veces por minuto, y que en cada exhalación expulsa 500 cm3 de aire. La presión parcial del dióxido de carbono en el aire espirado es de 38,0 mmHg cuando la presión total es la atmosférica en condiciones standard (T = 298K). ¿Qué masa de dioxígeno se produciría en esa hora?


viernes, 19 de octubre de 2018

Salinidad de los océanos

Ocean salinity (https://www.clisap.de/clisap/about-us/news/ocean-salinity-explains-climate-phenomena-1/)

Se define la salinidad como la cantidad de sal disuelta en una masa de agua, y sus unidades son g sal/kg de agua de mar. Es un factor importante en determinados aspectos de la química de las aguas naturales, y de los procesos biológicos que se producen dentro de ellas. Es una variable termodinámica de estado, juntos a la temperatura y la presión, que determina características físicas importantes de las aguas marinas como la densidad y su capacidad calorífica (Wikipedia). Estas dos características determinan el comportamiento de la denominada cinta termohalina, sistema de corrientes marinas que regulan y determinan el clima de nuestro planeta. El vídeo que abajo presentamos explica el funcionamiento de esta cinta.

La salinidad promedio de las aguas marinas es de 35,0 g de sal (mayoritariamente cloruro de sodio)/ kg de agua del mar, mientras que la densidad media es de 1027 kg/m3. Determinar la molalidad del agua del mar promedio, así como la temperatura de ebullición y de fusión, si sabemos que las constantes ebulloscópicas y crioscópicas del agua valen 0,513 y 1,86 K.kg.mol-1
respectivamente.


sábado, 6 de octubre de 2018

Análisis por combustión


En los problemas de cálculo de la fórmula empírica, siempre viene indicada la composición centésimal del compuesto, pero nada nos dicen cómo se obtiene ese dato. Para la determinación de compuestos orgánicos, se recogen los productos de la combustión (mayoritariamente dióxido de carbono y agua). Una vez que se determinan los moles de estos dos productos, disponemos de los porcentajes de carbono (todo el que se encuentre en forma de dióxido de carbono) y de hidrógeno (todo el que se obtenga en forma de agua).

El método fue inventado por Joseph Louis Gay-Lussac y perfeccionado por su discípulo Justus von Liebig, mientras trabajó con él entre 1822 y 1824. Durante años Liebig perfeccionó su método, llegando a construir un analizador que llevó su nombre y el cual puedes ver en la figura que ilustra el comienzo de esta entrada. La muestra a analizar se combustionaba en presencia de óxido de cobre (II) como agente oxidante, recogiéndose el agua producido sobre perclorato de magnesio o cloruro de calcio, mientras que para determinar el dióxido de carbono se le hacía reaccionar con hidróxido de potasio. Puedes leer una breve descripción del método en esta entrada: https://www.beautifulchemistry.net/liebig/.

Se tomó una muestra de una sustancia orgánica desconocida, cuya masa fue de 0,248 g. Se la hizo reaccionar con el óxido de cobre (II), obteniéndose como productos de la combustión 0,574 g de dióxido de carbono y 0,196 g de agua. Determina con estos datos la fórmula empírica de esta sustancia, si sabemos que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno. El oxígeno se obtiene por diferencia una vez que sabemos la masa de carbono y de hidrógeno.

Como curiosidad final, Liebig fue famoso por su extracto de carne, el cuál se vendió masivamente por todo Europa y América durante años y años. El que escribe esta entrada lo tomó siendo pequeño en su casa.


lunes, 1 de octubre de 2018

¡Cuidado con las abejas!

En febrero de 2018 la EFSA (Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria) confirmó que el grupo de pesticidas de los neonicotinoides son dañinos para las abejas. Un nuevo pesticida fabricado por la compañía alemana Bayer se promocionó como alternativa. Dicho insecticida contiene flupiradifurona (C12H11ClF2N2O2), perteneciente a la clase de las butenolidas. El producto ha aparecido en el mercado con la marca Sivanto.


Científicos de la Universidad de Würzburg han investigado el efecto de la flupiradifurona en el comportamiento de las abejas. El estudio es dirigido por Ricarda Scheiner, profesora del departamento de Fisiología del Comportamiento y Sociobiología, y Hannah Hesselbach, su estudiante de doctorado. Según las autoras del artículo publicado en la revista Nature, "nuestros datos muestran que dosis no letales de flupiradifurona después de una simple aplicación, tiene un impacto negativo sobre el gusto, el aprndizaje y la memoria de las abejas".

viernes, 12 de mayo de 2017

Del tráfico y sus problemas



La nueva entrada que os planteamos empieza con el visionado de los 36 segundos que dura el vídeo. La conductora enfadada con el empleado de la grúa que quiere llevar su vehículo al depósito, decide llevarse ella la grúa. Lo cual nos sirve a nosotros para plantear un problema de dinámica.

Como habréis observado, el coche es elevado un cierto ángulo y se apoya sobre sus ruedas delanteras. Supongamos que dicho ángulo sea 5º, y que la masa del vehículo es de 2000 kg. Si observáis, podemos considerar la ligazón entre el vehículo y la grúa completamente horizontal y rígida. Tras el arranque podemos observar unos pocos segundos en el que parece que la velocidad se mantiene constante; supongamos que ésta fue de 20,0 km/h, y que la masa de la grúa sea de otros 1500 kg. Con estas suposiciones se pide que seas capaz de calcular la fuerza que realiza el motor del todoterreno para arrastar la grúa a la velocidad constante referida, y la fuerza (¿tensión?) que aparece en la ligazón que hay entre grúa y todoterreno.

Podemos estudiar otra situación dinámica, durate los breves segundos (5,0) que tarda en alcanzar la velocidad constante. Es decir, deduce los valores de las fuerzas anteriores (del motor y la ¿tensión?) en esos 5,0 s que el todoterreno y la grúa pasan del reposo a tener la velocidad de 20,0 km/h..