Cuestionario Reactores

1 – DEFINA EL CONCEPTO DE CATÁLISIS Alteración de la velocidad de una reacción química, producida por la presencia de una sustancia adicional, llamada catalizador, que no resulta químicamente alterada en el transcurso de la reacción. 2 - ¿ QUÉ ES UN CATALIZADOR ? Sustancias que no son los reactantes originales ni los productos finales de la reacción pero influyen en la velocidad de reacción de un gran número de reacciones , estas sustancias llamadas catalizadores pueden retardar las reacciones , en cuyo caso se denominan catalizadores negativos o aumentar su velocidad denominados catalizadores positivos. 3 - ¿ COMO AFECTAN LAS RESISTENCIAS A LA TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN ? 4 - DEFINA EL CONCEPTO DE VELOCIDAD GLOBAL O TOTAL. Es la velocidad que toma en cuenta los efectos de los procesos de transferencia de masa y energía del fluido a la superficie sólida y en el interior de la partícula sólida. 5 - DESCRIBA LOS EVENTOS INVOLUCRADOS EN PROCESO DE CONVERSIÓN DE REACTANTES A PRODUCTOS a) transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido –sólido. b) transporte de los reactantes en el interior de la partícula. c) adsorción de los reactantes en puntos internos de la partícula catalítica. d) reacción química de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos. e) deserción de los productos adsorbidos. f) transporte de los productos de los puntos internos a la superficie externa de la partícula del catalizador. g) transporte de los productos de la interfase fluido-sólido a la corriente de fluido global. 6 - ¿ QUE ES ENERGIA DE ACTIVACIÓN ? Energía mínima que deben poseer las entidades químicas (átomos, moléculas, iones o radicales) para producir una reacción química. La energía de activación representa una barrera energética que tiene que ser sobrepasada para que la reacción tenga lugar. 7 - DEFINA EL CONCEPTO DE CENTROS ACTIVOS. Son puntos de la superficie del catalizador donde se supone que la reacción se lleva a cabo. 8 - ¿ QUÉ SE ENTIENDE POR LA POSICIÓN DE EQUILIBRIO EN UNA REACCIÓN ?

9 - DEFINA LA SELECTIVIDAD. Es la propiedad del catalizador que permite modificar solamente la velocidad de ciertas reacciones , muchas veces la de una reacción determinada, no afectando a las demás. 10- DIGA CUALES SON LAS CARACTERISICAS GENERALES DE UN CATALIZADOR. a) un catalizador acelera la reacción al proporcionar otros posibles mecanismos para la formación de productos siendo la energía de activación de cada etapa catalítica inferior a la de la reacción homogénea. b) en el ciclo de la reacción los centros de catálisis activos se combinan con cuando menos un reactante y quedan libres al aparecer el producto. c) se requieren cantidades de centros catalíticos comparativamente pequeñas para formar grandes cantidades del producto. d) la conversión al equilibrio no es alterable por la catálisis. e) el catalizador puede afectar la selectividad. 11- DEFINA EL CONCEPTO DE INTERMEDIARIO DE REACCIÓN. Se dice que una molécula o fragmento es un intermediario de reacción si además de no ser producto ni reactivo tiene una estructura inidentificable y un tiempo de vida media mayor que el tiempo entre las colisiones con las moléculas del medio. 12- DEFINA EL CONCEPTO DE VELOCIDAD ESPECÍFICA. La velocidad específica es llamada constante cinética de reacción k se obtiene con datos de presión y temperatura del sistema y tiene las siguientes unidades (tiempo)-1 (concentración)1-n 13- ¿ QUÉ ES ADSORCIÓN ? Unión de los átomos, iones o moléculas de un gas o de un líquido (adsorbato) a la superficie de un sólido o líquido (adsorbente). En los sólidos porosos o finamente divididos la adsorción es mayor debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de líquido se incrementa si el líquido está dividido en gotas finas. En algunos casos, los átomos del adsorbato comparten electrones con los átomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto químico. La adsorción es también una parte importante de la catálisis y otros procesos químicos. 14- ¿ QUE ES LA ADSORCIÓN FÍSICA ? Se da si la adsorción entre el adsorbato y la superficie del adsorbente se debe sólo a las fuerzas de van der Waals, las moléculas adsorbidas están ligadas débilmente a la superficie y los calores de adsorción son bajos y comparables al calor de vaporización del adsorbato , el aumento de temperaturas disminuye considerablemente la adsorción.

15- ¿ QUÉ ES LA ADSORCIÓN QUIMICA ?. Si las moléculas adsorbidas reaccionan químicamente con la superficie , como en este caso se rompen y forman enlaces , el calor de adsorción tiene intervalos de valores análogos a los de una reacción química desde unos pocos hasta 400 KJ. 16- ¿ CUÁLES SON LOS TIPOS DE QUIMISIRCIÓN QUE EXISTEN? DESCRIBALOS. Existen dos clases de quimisorción la de tipo activada y la no activada. La quimisorción activada significa que la velocidad varía con la temperatura de acuerdo con una energía de activación finita en la ecuación de Arrhenius. La no activada en algunos sistemas la quimisorción se verifica con gran rapidez lo que sugiere una energía de activación cercana a cero. 17- LISTE LAS PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE LA ADSORCIÓN FISICA Y QUÍMICA. parámetro adsorbente adsorbato Intervalo de temperatura Calor de adsorción Velocidad / energía de activación Rango de acción reversibilidad importancia

Adsorción física Todos son sólidos Todos son gases por debajo de la temperatura crítica Temperaturas bajas

Adsorción química Algunos son sólidos Algunos son gases químicamente reactivos

Bajo

Del orden de calores de reacción

Muy rápida , baja energía

No activado, baja energía ; activado , alta energía.

Es posible en capas múltiples Altamente reversible Para la determinación del área superficial y tamaño de poros.

Capa monomolecular

Temperaturas altas

Generalmente irreversible Para la determinación del área de centros activos y la evaluación de la cinética de las reacciones superficiales.

18- DESCRIBA EL TRATAMIENTO DE LA ADSORCIÓN DE LANGMUIR Y DIGA CUALES SON LAS SUPOSICIONES EN LAS QUE SE BASA. a) la superficie es perfecta y uniforme a escala microscópica, todos los centros de adsorción son equivalentes . b) la adsorción ocurre sol en monocapas , no se considera la presencia de multicapas. c)la adsorción de una molécula en un centro activo es independiente de la ocupación de los centros activos vecinos.

19- ¿CUÁLES SON LAS CAUSAS DE LAS DESVIACIONES DE LA EC. DE LANGMUIR? a) las superficies son normalmente heterogéneas desde el punto de vista energético, es decir , no todos los sitios son equivalentes en lo que se refiere al calor de adsorción que involucran. b) el calor de quimisorción varía con el grado de recubrimiento de la superficie , lo que significa que esta se modifica a lo largo de la quimisorción. 20- DESCRIBA OTRAS APROXIMACIONES DE ISOTERMAS DE ADSORCIÓN. Isoterma de Freundlich

θ =b p

1

n

(n〉 1)

a T = cte

i isoterma BET V VMON

=

cZ (1 − Z ){1 − (1 − c ) Z }

21- ¿PORQUÉ ES IMPORTANTE EL ÁREA ESPECÍFICA DEL SOPORTE DE CATÁLISIS? Porque proporcionan altas concentraciones de sitios activos por unidad de peso de catalizador. 22- DEFINA: VOLUMEN DE ESPACIOS VACIOS, DENSIDAD DE CATALIZADOR Y DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS VACÍOS. 23- ¿CUÁL ES EL METODO MÁS COMÚN PARA DETERMINAR EL ÁREA ESPECÍFICA DE UN CATALIZADOR? Se basa en la adsorción física de un gas en la superficie sólida , generalmente se determina la cantidad de nitrógeno gaseoso adsorbido en equilibrio al punto de ebullición normal (-195.8 ºC) en un intervalo de presiones inferiores a 1 atm. para poder determinar al área es necesario identificar la cantidad adsorbida que corresponde a una capa monomolecular. 24- DESCRIBA EL MÉTODO DE BRUNAUER-EMMETT-TELLER PARA DETERMINAR EL VOLUMEN DE UNA CAPA DE GAS Y EL ÁREA ESPECÍFICA DEL MATERIAL. Las hipótesis de base son: a) existe un equilibrio de condensación –evaporación de multicapas moleculares en la superficie en todo rango de presión relativa. b) la adsorción sobre las moléculas mismas es decir de la segunda capa en adelante hace intervenir los mismos parámetros que la licuefacción de gas.

v=

vmc

  ( p 0 − p ) 1 + ( c − 1) ( p 0 ) p   para obtener el volumen de la capa de gas. vm 0.022414 m3 mol como Nm es el numero de moléculas requeridas para cubrir una masa unitaria con una monocapa , si conocemos el área cubierta por una molécula a , podemos calcular el área por unidad de masa del material. Nm = N A

Área/unidad de masa = Nm a 25- DESCRIBA EL MÉTODO HELIO-MERCURIO. Se mide el volumen de helio desplazado por una muestra de catalizador después se elimina el helio y se mide el volumen de mercurio desplazando el volumen de helio desplazado es una ,medida de volumen ocupado por el material sólido , a partir de esto y del peso de la muestra se puede obtener la densidad de la fase sólida . E p = ρV 26- DESCRIBA EL MÉTODO DE DESORCIÓN DE NITRÓGENO Y DIGA QUE PARÁMETROS DEL CATALIZADOR SON DETERMINADOS A PARTIR DE DICHO MÉTODO. A medida que se continua el experimento de adsorción de nitrógeno a temperaturas bajas hasta llegar a presiones altas , se presenta una adsorción en capas múltiples puesto que la presión de vapor disminuye a medida que el tamaño del capilar se hace más pequeño , hasta que p/p0=1 , puesto que parte del nitrógeno se adsorbe en la superficie , la relación de Kelvin debe corregirse con respecto a la densidad de las capas adsorbidas. 2σ V1 cos θ a −δ = − RgT ln( p 0 ) p la relación exacta es −1 n

 p  δ = A ln 0   p se pueden evaluar : el volumen de los poros a diversos radios y la distribución del volumen. 27- ¿QUÉ ES LA DISTRIBUCIÓN DE VOLUMEN DE POROS? 28- ¿QUÉ ES EL RADIO PROMEDIO DE POROS? Es el promedio de los poros de una partícula hipotética en la cual los poros son rectos , cilíndricos , no interconectados que tienen el mismo radio y longitud. 29- MENCIONE LAS DIFERENTES TEORÍAS DE LA CATÁLISIS HETEROGÉNEA.

30- DEFINA QUE ES UN CATALIZADOR CONDUCTOR , SEMICONDUCTOR Y AISLANTE. a) estos sólidos incluyen metales (Ni, Co, Mo) y aún importante grupo de compuestos llamados semiconductores por que su conductividad aumenta con la temperatura (ZnO, Cr2O3, NiO). Estos cuerpos poseen cargas móviles en toda la masa del sólido lo que explica un cierto número de propiedades fisicoquímicas entre ellas la conductividad eléctrica y la adsorción de luz. Las propiedades catalíticas de conductor y semiconductor son similares , son so activos en las reacciones de hidrog. Deshidrog, oxidación además interaccionan fuertemente con los gases simples ( H2 , O2 , CO). b) los catalizadores aislantes son cuerpos iónicos la mayoría de las veces cristalizados o geles amorfos sin cargas móviles , la conductividad eléctrica que aparece a altas temperaturas es debida a una migración de iones análoga a la electrólisis a la temperatura a la que la catálisis se lleva acabo esta conductividad no guarda ninguna importancia los sólidos aislantes catalizan reacciones atribuibles a los ácidos en catálisis homogénea , isomerización , deshidratación, alquilación, desintegración. 31- DESCRIBA LAS PARTES DE LAS QUE ESTÁ NORMALMENTE CONSTITUIDO UN CATALIZADOR. Soporte: los materiales utilizados como soporte del catalizador son sólidos porosos con áreas superficiales elevadas, el cual puede acrecentar la función del agente catalizador. Agente activo : es el principal constituyente responsable de la función catalítica e incluye metales , semiconductores y aislantes. Promotores : son los compuestos que se agregan para mejorar la función química o física del catalizador. 32- DESCRIBA DE MANERA GENERAL EL PROCESO DE PREPARACIÓN DE UN CATALIZADOR Y LOS TIPOS DE PREPARACIÓN DE CATALIZADORES QUE EXISTEN. Los métodos repreparación de catalizadores se basan en 2 sistemas : a) precipitación o formación de geles. b) impregnación de soportes. a) la precipitación suele utilizarse para la preparación de sales con actividad catalítica , la sal de partida suele ser nitrato del metal que se hace reaccionar con una solución básica , el gel resultante se seca y después se trata a la temperatura necesaria para obtener el oxido respectivo , los factores que influyen más directamente en las características del gel son el grado de homogeneización y el pH de precipitación. b) 1) evacuación del soporte poroso generalmente el soporte se somete a un tratamiento térmico para limpiar la superficie. 2) el soporte tratado se pone en contacto con una solución de una sal que contiene el compuesto a impregnar. 3) secado 4) descomposición , en la mayoría de los casos la sal debe descomponerse para formar el oxido correspondiente. 5) activación y estabilización.

33- DIGA QUE ES UN PROMOTOR. Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no tienen capacidad catalítica en sí, pero aumentan la eficacia de los catalizadores. Por ejemplo, al añadir alúmina a hierro finamente dividido, ésta aumenta la capacidad del hierro para catalizar la obtención de amoníaco a partir de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno. 34- DIGA QUE ES UN INHIBIDOR DE CATÁLISIS. Un inhibidor puede desacelerar una reacción en cadena de radicales combinándose con los radicales , en otros casos el inhibidor se consume al combinarse con uno de los reactivos y solo retrasa la reacción - hasta agotarse , algunos pueden también envenenar un vestigio de un catalizador cuya presencia no se sospechaba. 35- ¿EN QUE CONSISTE LA DESACTIVACIÓN DE LOS CATALIZADORES? Existen cuatro mecanismos de desactivación 1) cuando el reactivo produce un compuesto secundario que se deposita sobre la superficie se denomina desactivación paralela. 2) cuando se tiene el caso en el que uno o mas productos de la reacción se descomponen o reaccionan para formar depósitos desactivando la superficie. 3) si alguna impureza contenida en la alimentación se deposita en la superficie se llama desactivación exterior. 4) si la desactivación involucra modificaciones estructurales o sintetizando de la superficie debido a la exposición del catalizador a condiciones extremas se llama desactivación independiente 36- ¿QUÉ TIPOS DE VENENOS DE CATALIZADORES EXISTEN? REACCIÓN Ciclización de parafinas Aromatización reformación de gasolinas fischer-trops oxo 3H2 + N2 = 2NH3 desintegración hidrog./ Deshidrog. oxidación

CATALIZADOR Cr2O3/Al2O3 Cr2O3/Al2O3

VENENO parafinas no aromatizadas agua

Pt , Pd Co , Fe Co Fe SiO2 - Al2O3 Ni , Pt , Pd V2O5

compuestos sulfurados S S compuestos de Cu , P, Cl2 quinoleína ,agua, S, Cu, P compuestos de S, Se, Te, P, As, Sb, Bi,Zn. compuestos de As