reactores quimicos apuntes

Calor de reacción: Qr se define como la energía absorbida por un sistema cuando los productos de una reacción se llevan a la misma temperatura de los reactantes. Para una definición completa de los estados termodinámicos de los productos y de los reactantes, también es necesario especificar la presión. Si se toma la misma presión para ambos, el calor de reacción es igual al cambio de entalpíadel sistema, H r. En este caso podemos escribir:

Ec. 1.1
 
        Los calores de reacción se calculan a partir de los calores de formación. Ejemplo:


 
        El calor de reacción en este caso es igual a los calores de formación de los productos menos los calores de formación de los reactivos:

Ec. 1.2
 

Ec. 1.3
   j>0 para productos
    j<0  para reactivos
    HTref <0  reacciónexotérmica (se desprende calor)
     HTref >0  reacción endotérmica (se absorbe calor)




El calor de formación es el calor necesario para formar un producto a partir de sus componentes. Ejemplo:




Ec. 1.4
 
        Los calores de formación se calculan experimentalmente, pero puede ocurrir que en la práctica no podamos llevar a cabo la formación de un producto. En estos casos se hace uso delos calores de combustión.
        Ejemplo:


        Esta reacción se puede obtener como combinación de las siguientes reacciones de combustión:






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Energía de activación:  es un término que introdujo Arrhenius en 1889 y se define matemáticamente como:

Es decir, la derivada del logaritmo con base e de la constante de reacción respecto a latemperatura, multiplicada por la constante de los gases y por la temperatura al cuadrado. Pudiendo ser la energía de activación un número positivo o negativo.
En química y biología es la energía mínima que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción químicadada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.

Equilibrio quimico:
 Dada la reacción


        sabemos que

Ec. 1.14
        siendo IK la constante de equilibrio.
        La constante de equilibrio en función de la fugacidad de cada componente la podemos expresar como

Ec. 1.15
 
        siendo f lafugacidad de cada componente y f0 la fugacidad de cada componente en estado standar.
        Para sistemas ideales la fugacidad es igual a la presión, es decir


        y podemos escribir

Ec. 1.16
 
 
   
siendo 
Ec. 1.17
 
        expresión de la constante de equilibrio que no tiene unidades. Se pueden definir otras constantes de equilibrio con unidades haciendo referencia a laspresiones parciales, fracciones molares o concentraciones. Estas expresiones son:
 

, referida a presiones parciales, Ec. 1.18
 

, referida a fracciones molares, Ec.1.19
 

, referida a concentraciones, Ec. 1.20
 
        La presión de referencia Po está referida a 1 atmósfera de presión. Por lo tanto la constante de equilibrio termodinámica IK y la constante de equilibrio referida a presionesse igualan, es decir
 
        IK = IKp
        aunque sólo en módulo, ya que una tiene unidades (IKp) y la otra no (IK).
        Podemos también establecer relaciones entre las diferentes constantes definidas anteriormente. Para un sistema ideal podemos escribir

Ec. 1.21
        Para el caso de la constante de equilibrio expresada como función de las presiones parciales de cada uno de loscomponentes podemos sustituir la expresión anterior y obtenemos

Ec. 1.22
        Además para gases ideales

Ec. 1.23
 


        Sustituyendo esta expresión en el valor de la constante de equilibrio expresada como función de concentraciones nos queda
 

Ec. 1.24
 

Conversión:
 Dada la siguiente reacción


 
        en la Tabla 1.1 se establece el balance molar antes de que se produzca reacción alguna...