1BCH UD02 NO y las tormentas

​Formación de óxido de nitrógeno (NO) CON LA energía de activación del arco eléctrico de las tormentas

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

REACCIÓN ENTRE N₂ Y O₂

peso molecular​

PESO MOLECULAR​

​

​En clases hemos hecho un problema de estimación de la cantidad de óxido de nitrógeno (NO) producido por acción de las tormentas (y en concreto, por acción del arco eléctrico del rayo de tormenta) en el transcurso de un año, en toda la Tierra.

​

​Para resover este planteamiento hemos de manejar conceptos destacados de los principios de funcionamiento de la Naturaleza, así como leyes y expresiones algebraicas, además de operar por factorización.

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

​

​Las Reacciones NO Espontáneas

​

son reacciones químicas que una vez iniciadas se necesita intervenir sobre ellas para que puedan desarrollarse (necesitan de aporte de energía o empleo de catalizadores)

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

​

​La electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio.

​

​La electricidad estática es un fenómeno de las superficies que se genera cuando dos o más cuerpos entran en contacto y se separan de nuevo. Esta acción da lugar a una separación o transferencia de electrones negativos de un átomo a otro.

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS (I)

​El rayo tiene energía eléctrica.

Junto al rayo viene el trueno que produce energía sonora y el relámpago que produce energía lumínica.​

​Dependiendo del tamaño del relámpago, las consecuencias serían:

• Calor intenso del arco eléctrico de hasta 20 000 ^°C que puede originar la reacción de gases atmosféricos.

• Ráfaga de arco (explosión de arco eléctrico) con una presión de detonación de hasta .1000 kg/m^² en la que salen despedidas a gran velocidad volúmenes de aire atmosférico.

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS (II)

​

• Ruido de la explosión (hasta 140 dB, igual de alto que un disparo y que no tiene repercusiones en la reacción no espontánea que estamos estudiando pero que puede causar lesiones en los oídos).

• Luz ultravioleta de la explosión que puede ocasionar efectos no tenidos en cuenta en este estudio-resumen.

• Los rayos de una tormenta eléctrica descargan como media 500 megajulios de energía (5·10⁸ julios, una barbaridad), y el aire circundante puede alcanzar temperaturas de hasta 20.000 ºC

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

​

La Tierra se comporta como un conductor infinito de carga, que hace que su potencial eléctrico sea cero (V = 0).​

​La superficie de la Tierra, la ionosfera y la atmósfera se conocen como el “circuito eléctrico atmosférico mundial”.

El estudio de la electricidad atmosférica es un tema multidisciplinar con una larga historia, que comprende conceptos de electrostática, física atmosférica, meteorología y ciencias de la Tierra.

Es incesante el número de descargas eléctricas sobre la Tierra. Hemos establecido 100 rayos por segundo​

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

​

​

​Es importante comprender que el gas mayoritario de la atmósfera (puedes verlo interpretando la gráfica anexa) es INOCUO, que significa que NO reacciona.

​

Es también destacable que en condiciones de altas temperaturas puede reaccionar y que además, resultado de esa reacción con el oxígeno (O2), produce una sustancia (NO) precursora de componentes fundamentales para la Vida en la Tierra.​

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

REACCIÓN ENTRE N₂ Y O₂

​

​

​

​La reacción entre el N₂ y el O₂ inducida y mantenida por el arco eléctrico del rayo de tormentas, está catalogada como una reacción endotérmica.

Se cumple además que las partículas de los reactivos colisionan por las altas temperaturas que se alcanzan, llegando a temperaturas de 20.000 ºC, propias del estado de plasma, con lo que hay suficiente energía de activación para reacción de los componentes.

​

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

REACCIÓN ENTRE N₂ Y O₂

PESO MOLECULAR​​

​

​El ejercicio nos pide el resultado en toneladas al año.

El peso molecular nos indica cuánto pesan el NÚMERO DE AVOGADRO de partículas.

El peso molecular del NO es

30,01 g/mol​

​Por medio de la cuenta del consumo de energía (500MJ) por cada reacción de obtención de 2 moles de NO, operamos.

​

​

​REACCIÓN NO ESPONTÁNEA

eLECTROSTÁTICA

ARCO ELÉCTRICO DE LOS TRUENOS

NÚMERO DE DESCARGAS ELÉCTRICAS

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

REACCIÓN ENTRE N₂ Y O₂

NÚMERO DE AVOGADRO​

PESO MOLECULAR​

​

​En clases hemos hecho un problema de estimación de la cantidad de óxido de nitrógeno (NO) producido por acción de las tormentas (y en concreto, por acción del arco eléctrico del rayo de tormenta) en el transcurso de un año, en toda la Tierra.

​

​Para resover este planteamiento hemos de manejar conceptos destacados de los principios de funcionamiento de la Naturaleza, así como leyes y expresiones algebraicas, además de operar por factorización.

Multiple Choice

Es la rama de la física que analiza los efectos mutuos que producen entre los cuerpos como consecuencia de sus cargas eléctricas, en equilibrio.

• Electrostática

• Eléctrica

• Campo eléctrico

• Campo magnético

Multiple Choice

La unidades de medida de la fuerza (F) y carga (q) en el sistema internacional es:

• F=Normal (N) y q= Coulomb (C)

• F=dinas (din) y q= estarCoulomb (srtC)

• F=Neta (N) y q= Coulomb (C)

• F=Newton (N) y q= Coulomb (C)

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Multiple Choice

Referente al campo eléctrico y las líneas de fuerza, la carga 1 es ...

• Neutra

• Negativa

• Positiva

• Atractiva

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 1: Sabemos que hay actividad de descarga de rayos eléctricos en la superficie terrestre a razón de 100 por segundo

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 2: Sabemos que cada descarga eléctrica despliega una cantidad de energía de 500 MJ. Calcula la energía transmitida por segundo a la atmósfera.

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 3: Tan solo el 3% de la energía de los rayos se aprovecha para convertir los reactivos en productos. Calcula la energía que eficazmente ha sido empleada pra la conversión de reactivos en productos, por segundo a la atmósfera.

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 4: Has estado trabajando hasta ahora en MJ y es preciso cambiar a KJ. Calcula el resultado de energía del paso anterior, por segundo, en KJ.

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 5: Ahora vas a tener en cuenta la energía de la reacción en KJ que se consume cada vez que se formnan los producos de la reacción. Calcula la cantidad de partículas (en moles de NO) que se van a formar con la aportación de energía (en KJ, la obtenida en el paso anterior), por segundo.

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 6: A partir de los moles, has de operar con el peso molecular, de forma que con este paso, obtendrás la cantidad de gramos, por segundo.

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 7: A partir de los gramos por segundo, calcula cuántos gramos son convertidos de N₂ y O₂ a NO (de reactivos a productos).

Expresa en forma factorial esa actividad:

Open Ended

Calcula la cantidad de monóxido de nitrógeno (NO) en toneladas que se convierte cada año en la atmósfera terrestre, como resultado de la actividad de las tormentas.

Paso 8: Convierte el resultado anterior en toneladas. Y así habrás caluclado las Tm·año^-1 de NO producido.

Expresa en forma factorial esa actividad: