Fase 2 Grupo 6

FISICOQUIMICA AMBIENTAL Unidad 1: Fase 2 - Aire

ANDRY DAYANA OBANDO GARCIA CÓDIGO: 1061772585 BYRON DANIEL PABON CODIGO: 1085635155 CLAUDIA LORENA TRIANA VEGA CODIGO: 1.020.755.415

GRUPO: 358115_6 TUTORA: SONIA ESPERANZA RUIZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGROPECUARIAS Y DEL AMBIENTE 2018

Unidad 1: Fisicoquímica Atmosférica Fase 2 –  Aire 1. Si se ha estimado que en un recinto cerrado hay 0.0187 m3/kg de monóxido de carbono (CO) a 12°C, determine la presión ejercida en megapascales, empleando a) la ecuación de gases ideales, b) la ecuación de van der Waals, y c) la ecuación de Redlich y Kwong. Centre su análisis en:

Variación de resultados.

DATOS: Volumen: 0.0187 m3/kg de CO Temperatura: 12°C = 285k (k=°C+273 = k=12°C+273 =285k) Presión (P) = ? MPA

a) Ecuación de los gases ideales. 1. Se calcula el peso molecular de CO = 12g + 1 +16g + 1 = 28g/mol Constantes de van de walls de gases CO= (a = 1,472 L/ mol) , b(0,03985 L /mol) 2. Formula.

∗=∗∗  ∗  =  ∗∗ ∗( ) =  ∗    ∗ =     (0, 0 82 ∗ ∗∗ 285° /) ° 28 = 0,0187   = 44,63330 ∗ 101325 1 =4522469.92  4522469.92 ∗ 101  = 4,522 

 b)

Ecuación de van der Waals.

(+∗) +=∗     − +151∗ mol ∗(6,6785∗10  ) ∗1,472  +0,03985    ∗285° = 8,13457 ° P = 4,45 MPa

c) Ecuación de Redlich y Kwong.

RT   P =  √  + .  =0,4275    =0,08664   Puntos críticos CO

 = 140,23° → 132,77  = 34,54  ∙ , 132, 0, 0 82057  7 7 ∙ =0,4275 =16,93 34,54 ∙ 0, 0 82057 132, 7 7 ∙ =0,08664 =0,027 34,54 RT   =  √  + ∙   0, 0 82057  285 16,93 ∙  = 0,,1870,027  √ 285∗0,,1870, ,187+0,027 =2865,190   1,10132 =2,081 =2865,190  ×0,00066=1,89∗  1 

2. La ciudad de Bogotá cuenta con 1 207 088 vehículos registrados, si consideramos que el  promedio de emisiones de NOx es de 0.7 g/km, y de HC es de 0.9 g/km, por vehículo y suponiendo que el recorrido promedio de cada vehículo es de 23km/día. Calcule la cantidad de NOx y HC en volumen que son emitidos diariamente en Bogotá. Teniendo en cuenta que el límite de emisiones establecido por el Ministerio de Ambientes y Desarrollo Sostenible es de 0.25g/km para hidrocarburos y 0.62 g/km para óxidos de Nitrógeno (NOx), cuál es el volumen diario actualmente excedido. Emplee como peso molecular de NOx 40g/mol, de HC 82g/mol Centre su análisis en:

El valor excedido y las implicaciones a la atmósfera y la salud de los

 bogotanos.

Datos. 

Vehículos registrados 1.207.088



Promedio de emisiones de NOx = 0,7 g/km



Promedio de emisiones de HC = 0,9 g/km



Recorrido promedio del vehículo = 23 km/dia



Límite de emisiones por MADS = 0,25 g/km hidrocarburos, 0,62 g/km para óxidos de nitrógeno.



Peso molecular de NOx 40g/mol



Peso molecular de HC 82g/mol



Temperatura ambiente de Bogotá = 20°C + 273 = 293°K



Presión (1 atm)

1. ¿Calcule la cantidad de NOx y HC en volumen que son emitidos diariamente en Bogotá? 

Se calcula la cantidad de kilómetros (km) recorridos por todos los vehículos en la ciudad de Bogotá. cantidad de kilómetros recorridos por todos los vehículos de la ciudad, a partir del recorrido promedio de cada vehículo: Km/ día= número de vehículos * recorrido promedio= Km/dia =1.207.088 vehículos * 23km / día - vehículo =27.763.024km/día

 =   ℎ∗  

 =1.207.088 ℎ∗23   =27.763.024   ℎ  

Se calcula la emisión de HC en base al promedio emitido por cada vehículo.

 = 24986721,6 / =0,9  ∗27,763,024  

se convertirte los datos en gramos a volumen: Esto lo puede hacer convirtiendo la cantidad en gramos a números de moles, aplicando la masa molar dada para cada uno de los gases, posteriormente utilizas la ecuación de gases ideales con la presión y temperatura promedios en la ciudad.



Moles de NOx



Se halla el volumen.

19434. 1 16, 8  en gramos = 40 = 485.852,92  moles= masa     = 

=  = 

 485. 8 52, 9 2 ∗0, 0 821 ∗ ∗293  ∗  = 1 = 11687337     Volumen emitido



Moles de HC



Se halla el volumen

24.986.82721,6 masa en gramos moles=   =  =304.716  304. 7 16  ∗0, 0 821 ∗ ∗293  ∗  = 1   = 7330034    

1.B. Teniendo en cuenta que el límite de emisiones establecido por el Ministerio de Ambientes y Desarrollo Sostenible es de 0.25g/km para hidrocarburos y 0.62 g/km para óxidos de Nitrógeno (NOx), cuál es el volumen diario actualmente excedido. Emplee como peso molecular de NOx 40g/mol, de HC 82g/mol 

En esta parte se hace lo siguiente HC Limite 0,25 g/km

masa de  = 0,25  ∗27763024  =6940756     = 6940756 82 =84643,37 

Se halla el volumen

 84643, 3 7∗0, 0 821 ∗ ∗293  ∗  = 1 =2036121       = 7330034  2036121  =5293913   

 NOx Limite 0,62 g/km

masa de =0,62  ∗27763024  =17213074     = 17213074 = 430326, 8 7   40  Se halla el volumen

 430326, 8 7 ∗0, 0 821 ∗ ∗293   ∗  = 1 =10351641       = 11687337 10351641  = 1335696   

3. El etileno en presencia de ozono produce formaldehído, de acuerdo con la información  presentada en la tabla, determine la velocidad de reacción y constante de velocidad de formación del formaldehído. Así como la concentración que deben tener los reactivos para que la reacción se desplace de productos a reactivos.

 + ↔   + 12  

[C2H4] M

[O3] M

Velocidad de formación de CH2O (M/s)

0.5 x 10-7 1.5 x 10-7 1.0 x 10-7

1.0 x 10-8 1.0 x 10-8 2.0 x 10-8

1.0 x 10-12 3.0 x 10-12 4.0 x 10-12

Centre su análisis en:

El ozono y el formaldehído como agentes contaminantes primarios,

hacia donde debería desplazarse la reacción para ser menos lesivo al ambiente, y a la salud.

Ecuación de velocidad

= δ+β     1.0∗10− = K 0,5 ∗10− δ∗1.0∗10 − β 3.0∗10− = K 1,5 ∗10− δ∗1.0∗10 −  β 4.0∗10− = K 1,0 ∗10− δ∗2.0∗10 −  β Solución para delta 3.0∗10− = K 1,5 ∗10− δ∗1.0∗10 −  β 1.0∗10− = K 0,5 ∗10− δ∗1.0∗10 − β δ δ=1 1. 2. 3.

3

=k

3

solución para alfa

3.0∗10− = K 1,5 ∗10− δ∗1.0∗10 −  β 1.0∗10− = K 0,5 ∗10− δ∗1.0∗10 − β β 4

=k

2

β=2

constante de velocidad de formación del formaldehído.

 = ¹ ²

− 1.0∗10  = 0,5∗10− ¹ ∗1,0∗10− ² −  1.0∗10  =  0,5 ∗10− ∗1∗10− −  1.0∗10  = 5∗10−  = ∗ .   Ecuación de velocidad.

 = ∗ .  ¹+²

4. Diríjase a la sección de aprendizaje práctico, lea la guía para el uso del simulador disponible en la carpeta “Guía para el uso de recursos educativos”, ingrese al simulador de cinética química y determine la energía de activación del proceso realizando los siguientes pasos: A. Seleccione un mecanismo de reacción: El simulador cuenta con 6 mecanismos de reacción, por lo que cada estudiante debe seleccionar un mecanismo diferente. B. Determine el orden de reacción respecto al reactivo A: Mantenga constante la temperatura del simulador a 30°C y la concentración del reactivo B en 0.1M, determine el tiempo de reacción variando las concentraciones del reactivo A así; 0.1M, 0.15M, 0.20M, 0.25M, 0.30M. Realice la gráfica correspondiente para determinar el orden  parcial de la reacción. Tenga en cuenta que el reactivo inicial tiene una concentración de 1M, y el volumen de la solución a trabajar es de 100ml. C. Determine el orden de reacción respecto al reactivo B: Mantenga constante la temperatura del simulador a 30°C y la concentración del reactivo A en 0. 1M, determine el tiempo de reacción variando las concentraciones del reactivo B así; 0.1M, 0.15M, 0.20M, 0.25M, 0.30M. Realice la gráfica correspondiente para determinar el orden  parcial de la reacción. D. Determine la velocidad de reacción: Mantenga constante las concentraciones de A y B como 0.1M, y determine el tiempo requerido para que se produzca la reacción variando la temperatura así: 5°C, 15°C, 25°C, 30°C, 40°C y 55°C. Considerando que la concentración del producto es 0.08M cuando se deja de ver la cruz del simulador, determine la velocidad de cada reacción (M/s) E. Determinación de la energía de activación: A partir de los datos anteriores, determine la constante de velocidad K, y realice la gráfica de lnk vs. 1/T(k) y determine la energía de activación y el factor de frecuencia de choque de la reacción. Para la entrega del documento final, no presente la descripción de los pasos realizados en el simulador ni los cálculos. Entregue únicame nte las siguientes tablas y gráficas:



[A], M

Orden de reacción respecto el reactivo A Tiempo de reacción para cada mecanismo (s) [B], M 3 1 2 4

0.10

0.1

51

52

220

0.15

0.1

35

49

60

0.20

0.1

24

49

53

0.25

0.1

18

47

34

Orden de reacción

Chart Title 52 0

49 0

53

34

100% 80%    e     l    t    i    T    s    i    x    A

49 51

60%

47

35

40% 24 20%

18

0

0

0% 0.1

0.1

0.1

0.1

0.10

0.15

0.20

0.25

Axis Title

5



Orden de reacción respecto el reactivo B Tiempo de reacción para cada mecanismo (s) 3 2 4

[A], M

[B], M

0.1

0.10

54

53

170

0.1

0.15

49

36

180

0.1

0.20

52

25

191

0.1

0.25

48

23

200

1

5

Orden de reacción



Influencia de la temperatura Tiempo de reacción para cada mecanismo (°C) 3 2 4

Temperatura de Reacción (°C)

[A], M

[B], M

15

0.1

0.1

56

56

180

25

0.1

0.1

56

54

175

30

0.1

0.1

54

54

170

40

0.1 0.1

0.1

52

52

155

0.1

51

50

140

55 

Temperatura de reacción (k)

1

5

Velocidad de reacción Velocidad de formación de C para cada mecanismo (M/s)= Concentración/ Tiempo 3 5 1 2 4

288

0,00014286

0,00014286

0,0000444444

298

0,00014286

0,00014815

0,0000457143

303

0,00014815

0,00014815

0,0000470588

313

0,00015385

0,00015385

0,0000516129

328

0,00015686

0,00016

0,0000571429



Energía de activación

Temperatura de reacción (k) 288 298 303 313 328

Constante de velocidad para cada mecanismo (M/s) = Velocidad / Concentración 1 2 3 4 5 0,017857143

0,017857143

0,005555556

0,017857143

0,018518519

0,005714286

0,018518519

0,018518519

0,005882353

0,019230769

0,019230769

0,006451613

0,019607843

0,02

0,007142857

Energía de activación Factor de Frecuencia Adicional a las tablas debe presentar una gráfica que represente la energía de activación (lnk vs. 1/T), la gráfica debe contener las 5 líneas o el número de mecanismos de reacción trabajadas por cada uno de los estudiantes participantes de la actividad, es decir que, si sólo trabajan 3 estudiantes, la gráfica debe contener 3 líneas. Centre su análisis en :

La influencia de la temperatura en la reacción y en la variación

de la energía de activación encontrada en cada mecanismo de reacción.