15.12: Los combustibles fósiles y la crisis energética
- Page ID
- 75852
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
Un combustible químico es cualquier sustancia que reaccionará exotérmicamente con el oxígeno atmosférico, está disponible a un costo y cantidad razonables, y produce productos de reacción ambientalmente aceptables. Durante el siglo pasado las fuentes de energía térmica más importantes en Estados Unidos y otros países industrializados han sido los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural. En 1971, por ejemplo, Estados Unidos obtuvo 43.5 por ciento de su energía del petróleo, 34.7 por ciento del gas natural y 19.7 por ciento del carbón. Sólo 1.5 por ciento se obtuvo de la energía hidroeléctrica y 0.6 por ciento de la energía nuclear. Otros países industrializados también obtienen 95 por ciento o más de su energía a partir de combustibles fósiles.
El carbón, el petróleo y el gas natural consisten principalmente en carbono e hidrógeno, por lo que no es difícil ver por qué producen excelentes combustibles. Cuando se queman en el aire, los productos principales son agua y dióxido de carbono, compuestos que contienen el doble enlace más fuerte (D C=O = 804 kJ mol —1) y el tercer enlace sencillo más fuerte (D O―H = 463 kJ mol —1) en la Tabla 1 de Bond Enthalpies. Por lo tanto, se libera más energía por la formación de enlaces de la necesaria para romper los enlaces C—C y C-H más débiles en el combustible.
Utilice las entalpías de enlace dadas en la Tabla 1 de Entalpías Bond para estimar el cambio de entalpía cuando 1 mol de heptano, C 7 H 16, se quema completamente en oxígeno:
\[\ce{C_{7}H_{16}(g) + 11O_{2} \rightarrow 7CO_{2} + 8H_{2}O} \nonumber \]
Solución
emembering que la fórmula de proyección para heptano es
podemos conformar la siguiente lista de bonos rotos y formados:
| Bonos Rotos | Bonos Formados | ||
|---|---|---|---|
| 6 C―C |
2 088 kJ mol —1 | ||
Así
\[\triangle H = 14 174 \text{kJ mol}^{-1} – 18 664 \text{kJ mol}^{-1} = –4490 \text{kJ mol}^{-1} \nonumber \]
Aparte de los compuestos hidrocarbonados en los combustibles fósiles, hay pocas sustancias que cumplan con los criterios para un buen combustible. Un ejemplo es el gas hidrógeno:
\[\ce{2H_{2}(g) + O_{2}(g) \rightarrow 2H_{2}O(l)} \nonumber \]
con\(\triangle H^{o} (298 K) = –571.7 \text{kJ mol}^{-1}\).
El hidrógeno no se presenta como elemento en la superficie de la tierra, sin embargo, por lo que debe fabricarse. En estos momentos gran parte se elabora como un subproducto de la refinación del petróleo, por lo que el hidrógeno ciertamente no será una panacea inmediata para nuestra actual escasez de petróleo. Eventualmente, sin embargo, puede ser posible generar hidrógeno económicamente por electrólisis del agua con corriente proporcionada por las centrales nucleares, por lo que este combustible merece consideración.