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Reacciones químicas que salvan vidas.

Andrea Ávila Variller

Created on December 3, 2021

Equipo 3

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Tecnológico de Monterrey

Reacciones químicas que salvan vidas.

Equipo 3: Martha Ximena González Gutiérrez A01662729 Andrea Ávila Variller A01662695

ÍNDICE

Funcionamiento químico.

Funcionamiento fisico.

Reacciones químicas.

Precausiones con reactivos y productos.

Cantidad de sustacia para inflar la bolsa.

Energia absorbida y liberda por la bolsa.

Como es que salvan vidas (Reflexión).

Bibliografias.

Funcionamineto fisico

Funcionamiento Químico

Formula química

(NaN3(S))

Formado por los iones

Na+ y N3-

Reacciones químicas.

Reaccion primaria.

2NaN3 (s) + Energía → 2Na(s)+ 3N2(g)

En esta primera reacción la azida de sodio reacciona violentamente con el calor producido por el choque, produciendo gas nitrogeno, lo que haceque la bolsa se infle rapidamente.

Reacciones secundarias.

2KNO3 + 10Na (s) →K2O + 5Na2O + N2( g)

K2O + Na2O + SiO2 Na2K2SiO4 (VIDRIO DE SILICATO)(s)

Los productos producidos de la primera reaccion son muy toxicos para las personas, por lo que se opta por agregar mas compuestos para que rteaccionen con estos y hacer menos letal a los productos.Los compuestos que se agregan son:

  • Nitrato de potasio (KNO3)
  • Dióxido de silicio (SiO2)
Estos comouestos reaccionan con los productos produciedo:
  • óxido de potasio (K2O)
  • oxido de sodio (Na2O)
  • vidrio de silicato (Na2K2SiO4)

Cantidad de sustancia para inflar la bolsa

Para saber la cantidad de reactivo necesaria para inflar cada una de estas bolsas de aire, vamos a utilizar la Ley de Gases Ideales donde:

PV=nRT

  • P = Presión [atm]
  • V = Volúmen [L]
  • n= NÚMERO DE MOLES [mol]
N =m (masa)/ M (masa molar)
  • R= 0.082 Latm/molkº
  • T= TEMPERATURA [ºkelvin]

Algunos puntos a considerar son: “El volumen de la bolsa inflada puede alcanzar alrededor de 60 litros, en un diámetro de poco más de 0,5 m, como es el caso de la bolsa del copiloto.” (Gobierno de México, ) Ecuación química tras la activación del sistema de una bolsa de aire: 2NaN3 (s) + Energía →2Na(s)+ 3N2(g)

DATOS:

El NaN3 es estable a temperatura ordinaria, pero si ésta se eleva por encima de los 275ºC , tiene lugar su descomposición térmica.

P= 1atm V= 60L (capacidad de una bolsa de aire) R= 0.082 Latm/molkº T= 275ºC ---> 275+273= 548ºK

Formula: PV=nRT

Formula despejada: PV=nRT ------> n=PV/RT

A partir de esta fórmula obtendremos el número de moles de los GASES que hay en los reactivos; el único reactivo gas es N2.

n = (1 atm)(60 L) ------------------ (0.082 L atm)(548 K) ----------- mol

nN2= 1.3352 moles de N2

Gracias a la ecuación de la reacción, conocemos que se forman 3 moles de N2 a partir de 2 mol NaN3:

2NaN3 (s) ------> 3N2(g) xNaN3 (s) ------> 1.3352N2(g) xNaN3 (s) = 0.89 moles de NaN3

2NaN3 (s) ------> 3N2(g) xNaN3 (s) ------> 1.3352N2(g) xNaN3 (s) = 0.89 moles de NaN3

Sacaremos el Peso molecular del nitrógeno (N2) y de azida de sodio (NaN3).

Cantidad de N2 que se genera: 28gr ------> 1 mol xgr ------> 1.3352 moles xgr= 37.3856 gr de N2

Cantidad de NaN3 que se genera: 65gr ------> 1 mol xgr ------> 0.89 moles xgr= 57.85 gr de NaN3

PM N2

PM N2

Na= 23 N= 3* 14 NaN3 = 65 gr/mol

N= 2* 14 N= 28 gr/mol

Cantidad de N2 que se genera: 28gr ------> 1 mol xgr ------> 1.3352 moles xgr= 37.3856 gr de N2

Cantidad de NaN3 que se genera: 65gr ------> 1 mol xgr ------> 0.89 moles xgr= 57.85 gr de NaN3

Energia absorbida y liberada por la bolsa.

VALORES DE ENTALPÍA, ENTROPÍA Y ENERGÍA LIBRE DE GIBBS

Los datos fueron sacados de: John Dean, “Lange Manual de Quimica”, Tomo IV MacHrow Hill (1989) Nivaldo J. Tro, Appendix II “Chemistry: A molecular approach, Fourth Edition (2007)

Para calcular la energía de entrada o salida del sistema aplicaremos la fórmula de la entalpía de reacción (ΔHFº).

2NaN3 (s) + Energía →2Na(s)+ 3N2(g)

ΔHrxnº=[(2ΔH(Na(s))+3ΔH(N2(g) ))--(2ΔH(NaN3 (s))] ΔHrxnº=[2(0)+3(0)-2(21.71)] ΔHrxnº= -43.42kJ/mol Reacción exotérmica

Para saber si la reacción es un proceso de mucho desorden se realizó el cálculo para la entropía de reacción.

2NaN3 (s) + Energía →2Na(s)+ 3N2(g)

ΔSrxnº=[(2ΔS(Na(s))+3ΔS(N2(g) ))--(2ΔS(NaN3 (s))] ΔSrxnº=[2(51.3)+3(191.6)-2(96.86)] ΔSrxnº= 483.68 J/mol Mucho desorden

Buscamos el valor para la Energía libre de Gibbs de la reacción.

2NaN3 (s) + Energía →2Na(s)+ 3N2(g)

ΔGrxnº=[(2ΔG(Na(s))+3ΔG(N2(g) ))--(2ΔG(NaN3 (s))] ΔGrxnº=[2(0)+3(0)-2(93.76)] ΔGrxnº= -187.52 KJ/mol Procesos Espontáneo

Finalmente, valoramos si la reacción cuando se ve afectada por la temperatura de activación (275ºC) sigue siendo un proceso espontáneo.

ΔG=ΔH –TΔS ΔG=(-43420)-(548)(483.68) ΔG= -308.47664 kJ/mol Procesos Espontáneo

Buscamos el valor para la Energía libre de Gibbs de la reacción.

3 moles N2 —-----> -43.42 kJ/mol 1.3352 moles N2 —-----> x kJ/mol x= -19.3247 kJ/mol Reacción Exotérmica

Precausiones con reactivos y productos.

Nitrógeno (N2(g)

Sodio (Na(S))

Nitrato de potasio (KNO3)

Óxido de potasio (K2O)

Óxido de sodio (Na2O)

Dióxido de silicio (SiO2)

Vidrio de silicato (Na2O3Si)

Como es que salvan vidas. Reflexiones

Debido a que son reacciones en cadena, donde una debe realizarse antes para poder activarse otra. Consideramos que la secuencia ordenada lo es todo para este tipo de mecanismos, pues en la mayoría de los casos no se generaría la reacción y/o productos deseados; por parte de la bolsa de aire, podría no inflarse total o parcialmente o bien inflarse excesivamente, lo que provocaría la explosión del nylon que la contiene. Sin mencionar, que gran cantidad de los compuestos que están involucrados son extremadamente tóxicos, lo que una secuencia desordenada de las reacciones podría generar productos fatales para la salud y el medio ambiente, generando más daño que beneficio. Por otro lado, varias reacciones requieren de los productos de una reacción anterior a ella, por ende sin estos compuestos no se generaría la siguiente reacción que corresponde, por lo que el resultado final de las reacciones sería un producto completamente diferente al deseado. De manera que los resultados dependen de una secuencia ordenada tanto en el inflado de una bolsa de aire, como cualquier otras reacciones en cadenas.

Este proceso tan preciso ha ayudado a salvar miles de vidas, salvando y resguardando a las personas de un golpe mortal contra los espacios que tienen a su alrededor. Sin embargo, el proceso debe ser exacto porque si no comienza a inflarse a tiempo y desinflarse en cierto momento los beneficios se verían perdidos por la falla del sistema. Ha sido un invento que impulsado con la ciencia, ha permitido mejorar la seguridad de todo pasajero dentro de un automóvil, pero este gran desarrollo conlleva un buen manejo de los mecanismos que este proceso requiere. Abriendole las puertas a la mejora, innovación y seguridad.

Bibliografias

Blancarte, J., (2012). ¿Cómo funcionan las bolsas de aire? [en línea]. autocosmos. [Consultado el 14 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://noticias.autocosmos.com.mx/2012/02/22/como-funcionan-las-bolsas-de-aire

Sistema airbag: Estructura y funcionamiento | HELLA [en línea]. (sin fecha). HELLA. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://www.hella.com/techworld/mx/Informacion- Tecnica/Electricidad-y-electronica-del-automovil/Sistema-airbag-3083/

Colaboradores de los proyectos Wikimedia, (2004). Bolsa de aire - Wikipedia, la enciclopedia libre [en línea]. Wikipedia, la enciclopedia libre. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Bolsa_de_aire

Principios de química [en línea]. (sin fecha). Inicio | DNIA. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: http://red.unal.edu.co/cursos/ciencias/mtria_ensenanza/gases/html/contenido_13.html

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Unam, (2016). Hoja de seguridad x sodio [en línea]. Inicio - Facultad de Química. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://quimica.unam.mx/wp- content/uploads/2016/12/10sodio.pdf

Hoja informativa sobre sustancias peligrosas [en línea]. (sin fecha). The Official Web Site for The State of New Jersey. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1574sp.pdf

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INSST, (2016). Icsc 1653 - óxido de sodio [en línea]. International Labour Organization. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: http://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_card_id=1653&p_version=1&p_lan g=es

Ficha de datos de seguridad: dióxido de silicio [en línea]. (2016). Carl Roth - International | Homepage. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://www.carlroth.com/medias/SDB-5738-ES- ES.pdf?context=bWFzdGVyfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0c3wyMzYxOTV8YXBwbGljYXRpb24vcGRmfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0cy9oYTYvaGZkLzg5OTI0MjA0Mjk4NTQucGRmfGE3ZDg0YmY2ZD NhNTRmMzU2NzAxMzcxMjJkMTc2M2QyNjljMGYyMTY0NjQ0YzMwY2Q1M2ZkMzNkNzM5YWU0M

Trisilicate de sodio [en línea]. (sin fecha). GUIECHEM. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://www.guidechem.com/dictionary/es/13870-30-9.html

El airbag es un residuo peligroso pero aprovechable - Revista Autocrash [en línea]. (2016). Revista Autocrash. [Consultado el 15 de noviembre de 2021]. Disponible en: https://www.revistaautocrash.com/airbag-residuo-peligroso-aprovechable/

Lira, M (2020): “¿Sabes cómo funcionan las bolsas de aire?”, MEMO LIRA.COM, 5 de marzo. Disponible en: https://memolira.com/analisis/las-bolsas-de-aire-como-funcionan/ [Consulta:14-11-2021]

Gillespies, E (2017): “La ciencia detrás de una bolsa de aire”, Puro motores, 21 de julio. Disponible en: https://www.puromotores.com/13079771/la-ciencia-detras-de-una-bolsa-de-aire [Consulta:14-11-2021]

Aguilera, L (2018): Reacciones Químicas en una bolsa de aire, [Vídeo online]. Disponible en: https://youtu.be/lhzqfyTBrDs [Consulta:14-11-2021]

Anonimo (s.f.) “Ley de los gases ideales”, fisic. Disponible en: https://www.fisic.ch/contenidos/termodinámica/ley-de-los-gases-ideales/[Consulta:14-11-2021]

Tyreel, C (s.f.): “Cómo desechar de forma segura Airbags”, Coche español. Disponible en: http://www.automotriz.mobi/coche/automotriz/7901.html [Consulta:15-11-2021]

Instituto Mexicano del Transporte (2010): “Las bolsas de aire como disposituvos de seguridad pasiva en vehículos”, NOTAS (IMT), noviembre. Disponible en: https://imt.mx/resumen-boletines.html?IdArticulo=347&IdBoletin=127 [Consulta:15-11-2021]

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