Industria-munduko oreka kimikoari buruzko galdera-adibideak
Oreka kimikoa kontzeptu erabakigarria da kimikan eta oso aplikagarria da hainbat industria-arlotan. Erreakzio kimiko batean, oreka gertatzen da aurreranzko erreakzioaren abiadura alderantzizko erreakzioaren abiaduraren berdina denean, erreaktiboen eta produktuen kontzentrazioak denboran zehar konstante mantentzen direnean. Industria askok, hala nola farmazia-industriak, petrokimikoek eta elikagaien prozesamenduak, oreka kimikoa ulertzearen eta kontrolatzearen mende daude neurri handi batean, ekoizpena eta eraginkortasuna optimizatzeko. Artikulu honek testuinguru industrialean oreka kimikoarekin lotutako arazoen hainbat adibide eta nola konpondu aztertuko ditu.
1. galderaren adibidea: Amoniako industria (Haber-Bosch prozesua)
Galdera:
Haber-Bosch prozesuak amoniakoa (NH3) nitrogenotik (N2) eta hidrogenoa (H2) erreakzioaren arabera:
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
500 K-tan, erreakzio honen oreka-konstantea (K c ) 6.0 x 10^-2 da. 1.00 L-ko bolumena duen erreaktore batean 1.00 mol N 2 eta 3.00 mol H 2 -rekin hasten bagara , kalkulatu osagai bakoitzaren kontzentrazioa orekan.
Eztabaida:
1. Zehaztu sistemako osagai bakoitzaren kontzentrazioaren aldaketa.
\[ \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Izan bedi x NH-ren molak3 orekan sortzen dena, orduan kontzentrazio-aldaketa hau da:
- N2-x mol/L
- H2-3x mol/L
– NH3+2x mol/L
2. Antolatu oreka-ekuazioa oreka-konstantean (K) oinarritutac):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} = 6.0 \times 10^{-2}
\]
Hasierako kontzentrazioa eta kontzentrazioaren aldaketa:
– [N2] = 1.00 – x
– [H2] = 3.00 – 3x
– [NH3] = 2x
3. Txertatu balio hauek oreka ekuazioan:
\[
6.0 × 10^{-2} = \frac{(2x)^2}{(1.00 – x)(3.00 – 3x)^3}
\]
4. Kalkulatu x-ren balioa saiakera eta errorea edo beste metodo numeriko batzuk erabiliz ekuazioa ebazteko.
Kalkuluaren ondoren, x = 0.46 lortzen dugu. Beraz:
– [N2] = 1.00 – 0.46 = 0.54 mol/L
– [H2] = 3.00 – 3(0.46) = 1.62 mol/L
– [NH3] = 2(0.46) = 0.92 mol/L
2. galderaren adibidea: Azido sulfurikoaren industria (kontaktu-prozesua)
Galdera:
Kontaktu prozesuan, sufre dioxidoaren (SO2) sufre trioxidoan (SO3) erreakzioaren bidez:
\[ 2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \]
Erreakzio honen oreka-konstantea (K c ) 600 K-tan 350 da. Erreaktoreak 0.50 mol SO 2 , 0.25 mol O 2 eta 0.10 mol SO 3 baditu , kalkulatu osagaien kontzentrazioak orekan 2.00 L-ko bolumen batean.
Eztabaida:
1. Zehaztu hasierako kontzentrazioa:
– [BERAZ2]hasiera = 0.50 mol / 2.00 L = 0.25 M
– [O2]hasiera = 0.25 mol / 2.00 L = 0.125 M
– [BERAZ3]hasiera = 0.10 mol / 2.00 L = 0.05 M
2. Izan bedi x SO kontzentrazioaren aldaketa.3 orekan sortzen dena:
– [BERAZ2]: 0.25 – x
– [O2]: 0.125 – \(\frac{x}{2}\)
– [BERAZ3]: 0.05 + x
3. Konektatu oreka-ekuazioan:
\[
350 = (0.05 + x)^2}{(0.25 – x)^2 (0.125 – x}{2)}
\]
4. Ekuazio hau ebatziz (metodo numeriko bat erabiliz edo kalkulagailu programagarri bat erabiliz), x = 0.165 dela lortzen da. Orduan:
– [BERAZ2] = 0.25 – 0.165 = 0.085 M
– [O2] = 0.125 – \(\frac{0.165}{2}\) = 0.0425 M
– [BERAZ3] = 0.05 + 0.165 = 0.215 M
3. galderaren adibidea: Etilbentzenoaren ekoizpena
Galdera:
Etilbentzenoaren ekoizpenean, estirenoa etilbentzenoaren (C6H5CH2CH3):
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{CH}_3(g) \rightleftarpoons \text{C}_6\text{H}_5\text{CH=CH}_2(g) + \text{H}_2(g) \]
Erreakzio honen oreka-konstantea (K c ) 700 K-tan 2.5 bada, eta hasieran 1.0 mol etilbentzeno badaude 1.0 L-ko bolumenean, kalkulatu orekako kontzentrazioa.
Eztabaida:
1. Zehaztu hasierako kontzentrazioa:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 M
– [C6H5CH=CH2] = 0 M (deskonposatu ez delako)
– [H2] = 0 M
2. Izan bedi x C-ren kontzentrazioaren aldaketa6H5CH=CH2 orekan sortzen dena:
– [C6H5CH2CH3]: 1.0 – x
– [C6H5CH=CH2]: x
– [H2]: x
3. Konektatu oreka-ekuazioan:
\[
2.5 = \frac{x \cdot x}{1.0 – x} = \frac{x^2}{1.0 – x}
\]
4. Ekuazio koadratiko hau ebaztean, x = 0.62 dela lortzen da. Orduan:
– [C6H5CH2CH3] = 1.0 – 0.62 = 0.38 M
– [C6H5CH=CH2] = 0.62 M
– [H2] = 0.62 M
Hiru adibide hauetan, ikusi dugu nola aplikatzen den oreka kimikoaren kontzeptua testuinguru industrial desberdinetan. Oreka kimikoa oinarrizko eta funtsezko printzipioa da prozesu industrialetan, oreka kimikoaren kontrol zehatzak ekoizpen-eraginkortasuna eta produktuen kalitatea hobetu baititzake. Oreka kimikoaren ulermen sakonak ingeniari edo industria-profesional bati prozesuak modu optimoan diseinatu eta ustiatzeko aukera ematen dio.
