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El presente trabajo de investigación titulado “Estudio del equilibrio químico en el electrolito de refino de cobre”, llevado a cabo durante cuatro años, es el resultado de la colaboración entre Atlantic Copper SLU y la Universidad de Huelva. El trabajo se divide en tres líneas de investigación. En la primera de ellas se ha estudiado la estabilidad de As, Sb y Fe y sus estados de oxidación en el electrolito industrial de cobre de Atlantic Copper SLU. Para ello, se han considerado diferentes parámetros de conservación de la muestra como la dilución, acidificación, temperatura y periodo de almacenamiento. La determinación de las especies de As y Sb se ha llevado a cabo mediante el acoplamiento de cromatografía líquida de alta resolución, generación de hidruros y espectroscopía de fluorescencia atómica (HPLC-HG-AFS), mientras que las especies de Fe se han determinado mediante espectroscopía de absorción molecular en la zona del visible. Los resultados obtenidos indicaron que en el electrolito industrial la especie As(V) es mayoritaria frente a As(III), Sb(III) frente a Sb(V) y Fe(III) respecto a Fe(III) . Bajo las condiciones optimizadas de conservación, las especies de As y Sb fueron más estables que el Fe, el cual se debe analizar el primer día de la toma de muestra, mientras que el Sb y As pueden analizarse respectivamente durante los 15 o 28 días desde la toma de muestra sin que se produzcan cambios en los estados de oxidación ni en su contenido total. En la segunda línea de investigación se ha estudiado la eliminación de las especies de Sb del electrolito industrial de cobre a escala de laboratorio y en la planta industrial de Atlantic Copper SLU, mediante un pretratamiento basado en el empleo de virutas de cobre seguido de un tratamiento de eliminación en columnas de intercambio iónico. Además, se ha estudiado la evolución de las especies de Sb, As y Fe en el electrolito antes y después de la puesta en marcha de la planta industrial de eliminación de Sb/Bi, instalada en 2018. Tanto a escala de laboratorio como en la planta industrial, se consiguió eliminar cerca de la totalidad del Sb(III) en el electrolito industrial, y reducir a la mitad la concentración de Sb(V), sin afectar el contenido y los estados de oxidación del As y Fe. La entrada en funcionamiento de la planta industrial de eliminación de Sb/Bi ha supuesto una reducción del contenido de Sb en el electrolito de un 45%. En cuanto a la última línea de investigación, se han obtenido los diagramas de equilibrio de precipitación de BiAsO4 y SbAsO4 en electrolitos sintético e industrial. En el caso del BiAsO4, se han realizado experimentos de dopaje de Bi y As en el electrolito, basándose en la determinación de las concentraciones de estas impurezas en disolución del electrolito industrial mediante espectrometría de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-AES) y en cambios en la turbidez de los electrolitos sintético e industrial debido a la precipitación del BiAsO4. Además, se ha confirmado la composición química del precipitado formado mediante difracción de rayos x (DRX). De igual manera, en el caso de la línea de precipitación de SbAsO4, se han llevado a cabo experimentos de dopaje de Sb y As y medidas de turbidez en ambos electrolitos. Los diagramas de equilibrio de BiAsO4 y SbAsO4 han confirmado que el electrolito industrial es más estable que el electrolito sintético. Los resultados de dopado del electrolito industrial indicaron que el proceso de electrorrefino puede operar en condiciones sobresaturadas de Bi, As y Sb, respecto a la línea teórica de precipitación calculada a partir de parámetros termodinámicos. De esta manera, no se produce la precipitación y se asegura un correcto funcionamiento del proceso de electrorrefino., The present research work entitled "Study of the chemical equilibrium in the copper refining electrolyte", carried out over four years, is the result of the collaboration between Atlantic Copper SLU and the University of Huelva. The work is based on three lines of research. In the first one, the stability of As, Sb and Fe and their oxidation states in the industrial copper electrolyte of Atlantic Copper SLU have been studied. For this, different parameters of conservation of the sample have been considered, such as dilution, acidification, temperature and storage period. The determination of As and Sb species has been performed by coupling high performance liquid chromatography, hydride generation and atomic fluorescence spectroscopy (HPLC-HG-AFS), while Fe species have been determined by molecular absorption spectroscopy in the visible region. The results indicated that the species As(V) is the predominant compared to As(III), Sb(III) compared to Sb(V) and Fe(III) compared to Fe(III). Under the optimized conservation conditions, As and Sb species were more stable than Fe, which must be analysed on the first day of sampling, while Sb and As can be analysed during the 15 or 28 days, respectively, after sample collection without observing changes in the oxidation states or in the total content. In the second line of research, the elimination of Sb species from the industrial copper electrolyte has been studied on a laboratory scale and in the Atlantic Copper SLU industrial plant for Sb/Bi removal. The removal procedure consisted of a pre-treatment based on the use of copper shavings followed by a treatment in ion exchange columns. In addition, the evolution of the Sb, As and Fe species in the electrolyte has been studied before and after the start-up of the industrial plant for the elimination of Sb/Bi, installed in 2018. Both on a laboratory scale and in the industrial plant, it was possible to eliminate close to all of the Sb(III) in the industrial electrolyte, and to reduce the concentration of Sb(V) by half, without affecting the content and oxidation states of As and Fe. The entry into operation of the industrial plant for the elimination of Sb/Bi has meant a reduction of the content of Sb in the electrolyte of ca. 45%. Regarding the last line of research, the precipitation equilibrium diagrams of BiAsO4 and SbAsO4 in synthetic and industrial electrolyte have been obtained. In the case of BiAsO4, Bi and As spiking experiments have been carried out in the electrolyte, based on the determination of the concentrations of these impurities in solution of the industrial electrolyte by means of inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES), and in changes in the turbidity of the synthetic and industrial electrolyte due to the precipitation of BiAsO4. Furthermore, the chemical composition of the precipitate formed has been confirmed by X-ray diffraction (XRD). Similarly, in the case of the SbAsO4 precipitation line, Sb and As spiking experiments have been carried out by means of turbidity measurements in both electrolytes. In the equilibrium diagrams of BiAsO4 and SbAsO4 has confirmed that the industrial electrolyte is more stable than the synthetic electrolyte. The industrial electrolyte spiking results indicated that the electrorefining process can operate under supersaturated conditions of Bi, As and Sb, with respect to the theoretical precipitation line calculated from thermodynamic parameters. In this way, no precipitation occurs and ensuring a proper performance of the copper refining process.

[Resumen]: En este trabajo se realizaron estudios de adsorción de hierro (II) y fósforo sobre un alga parda, Fucus vesiculosus, y un alga roja, Mastocarpus stellatus. Se determinó mediante un barrido de pH que ambas algas adsorben hierro (II) de forma similar entre los pH 3 y 6. Mediante estudios cinéticos se obtuvieron tiempos de equilibrio de 15 y 20 minutos. Las isotermas para la adsorción de hierro (II) se ajustaron correctamente a los modelos de Langmuir, Langmuir-Freundlich y Freundlich, y se obtuvieron valores de adsorción máxima similares para ambas especies, con valores entre 0,90 y 1,19 mmol/g. En cuanto a la adsorción de fósforo, el incremento producido por la adsorción previa de hierro (II) fue de entre el 5 y el 20% para pH entre 2 y 6. Las isoterma se ajustaron correctamente a los tres modelos. Se obtuvieron valores de adsorción máxima menores que en el caso del hierro, pero igualmente muy próximos entre ambas especies, oscilando entre 0,40 y 0,71 mmol/g. [Resumo]: Neste traballo realizáronse estudos de adsorción de ferro (II) e fósforo sobre un alga parda, Fucus vesiculosus, e un alga vermella, Mastocarpus stellatus. Determinouse mediante un barrido de pH que ambas algas adsorben ferro (II) de forma similar entre os pH 3 e 6. Mediante estudios cinéticos obtivéronse tempos de equilibrio de 15 e 20 minutos. As isotermas para a adsorción de ferro (II) axustáronse correctamente aos modelos de Langmuir, Langmuir-Freundlich e Freundlich, e obtivéronse valores de adsorción máxima similares para ambas especies, con valores entre 0,90 e 1,19 mmol/g. En canto á adsorción de fósforo, o incremento producido pola adsorción previa de ferro (II) foi de entre o 5 e o 20% para pH entre 2 e 6. As isoterma axustáronse correctamente aos tres modelos. Obtivéronse valores de adsorción máxima menores ca no caso do ferro, pero igualmente moi próximos entre ambas especies, oscilando entre 0,40 e 0,71 mmol/g. [Abstract]: In the present work, iron (II) and phosphorous adsorption studies were made for a brown alga, Fucus vesiculosus, and a red alga, Mastocarpus stellatus. A pH study showed that both algae adsorbed iron (II) in a similar way, between pH 3 and 6. Kinetic studies showed equilibrium times of 15 and 20 minutes for each alga. Isotherms fitted to the models of Langmuir, Langmuir-Freundlich and Freundlich, and similar values of maximum adsorption were obtained for both species, between 0,90 and 1,19 mmol/g. For phosphorous adsorption, the increase due to previous iron (II) adsorption was between 5 and 20% at pH between 2 and 6. Isotherms fitted to the three employed models, giving lower values for maximum adsorption than those for iron adsorption, but very similar for both algae, between 0,40 and 0,71 mmol/g. Traballo fin de grao (UDC.CIE). Química. Curso 2021/2022

Orientador : Rahoma Sadeg Mohamed. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O conhecimento de propriedades físico-químicas e do comportamento das fases é fundamental no projeto, operação e otimização de processos industriais. Em virtude da dificuldade e do alto custo de obtenção de dados experimentais em grandes faixas de temperatura, pressão e composição, são utilizados modelos para correlacionar ou eventualmente predizer esses dados. Um grupo de substâncias para o qual os modelos tradicionais, como as equações de estado, não conseguem uma boa precisão são os compostos auto-associativos. Definemse compostos auto-associativos como aqueles cujas moléculas são capazes de se associar em agregados por meios de ligações (ou pontes) de hidrogênio, como os álcoois, os ácidos carboxílicos e a água. O objetivo deste trabalho é apresentar uma incorporação dos efeitos da auto-associação na modelagem termodinâmica, permitindo que se obtenha um modelo mais realístico e flexível, que correlaciona bem dados experimentais. Para isso é utilizada a abordagem química em conjunto com equações de estado do tipo van der Waals. Conforme o modelo desenvolvido, o fluido associativo puro é considerado uma mistura do seu monômero com um multímero mais representativo, existindo apenas uma reação de associação para o composto puro. Os parâmetros a e b da equação de estado são relacionados ao numero de moléculas deste multímero e são utilizadas as constantes críticas de hidrocarbonetos para a determinação do valor destes parâmetros para o monômero. A regra de mistura utilizada é quadrática para o parâmetro atrativo e linear para o repulsivo. O numero de moléculas no multímero mais representativo foi determinado a partir de regressão de dados de pressão de vapor do componente puro. A partir das considerações acima, obtém-se uma modificação das equações de estado de Redlich-Kwong-Soave e Peng-Robinson. Esta modificação é facilmente estendida para misturas contendo compostos inertes, isto é, aqueles que não tem a capacidade de associar-se e também para misturas em que ocorre solvatação (associação cruzada) ou em que existem dois ou mais compostos associativos, sendo a facilidade no cálculo que envolva esses tipos de misturas a grande contribuição deste trabalho. A aplicação do modelo a misturas mostra uma melhora sensível na correlação de dados de equilíbrio líquido-vapor e na predição dos azeótropos existentes nestas misturas, assim como a obtenção de parâmetros de interação binária próximos a zero Abstract: The Knowledge about Physical-Chemical properties and about the behavior of each stage is very important to the design, operation and optimization of the industrial processes. Due to difficulties and high cost in obtaining experimental data at high temperature, pressure and composition gaps, models are used to correlate and eventually predict these data. One group of substance, which traditional models, as the state equation, can not get a good precision, is the self-association compounds. Self-association compounds are defined as those whose molecules undergo hydrogen bonding among, such alcohol, organics acid and water. The purpose of this work is to present the effects of self-association on the thermodynamic modeling, allowing the obtaining of a more flexible and realistic model that can get a good correlation with the experimental data. For this is applied a chemical theory in the Redlich-Kwong-Soave and Peng-Robinson equations of state. According to the developed model, the pure associative models fluid is considered moisture of monomer with a representative multimer. The parameters a and b of the equation of state are related to the number of molecules of the multimer. The classical mixing rule is used. The modified model allowed excellent correlation of phase equilibrium data for alcohols and alcoholhydrocarbon mixtures. The validity of the model is further demonstrated by the small values obtained for the adjustable interaction parameters when correlating experimental data. This modification can be easily extended for cross-associating Mestrado Mestre em Engenharia Química

Nós apresentamos algumas inconsistências no ensino da Química de Soluções nas universidades, propondo que o desenvolvimento histórico da pesquisa em soluções químicas ocorreu com a formação de dois conceitos distintos, o conceito do século XIX e o conceito do século XX. O conceito do século XIX foi criado antes da teoria eletrolítica de Arrhenius e não considerou as espécies químicas reais em solução. As diferenças entre esses conceitos podem parecer sutis à primeira vista, mas alguns exemplos são mostrados para esclarecê-las, bem como os problemas com o uso do conceito do século XIX nos dias atuais. Os exemplos envolvem diferenças na escrita de equações químicas, na Equação de Henderson-Hasselbach, no grau de Ionização de Arrhenius e nos equilíbrios ácido-base e de solubilidade. We showed some inconsistencies in the teaching of Chemistry of Solution in universities by proposing that historical development of research of Chemistry of Solutions occurred with the formation of two distinct concepts, the XIX century concept, and the XX century concept. XIX century concept was created before the Arrhenius’ electrolytic theory and it did not consider the real chemical species in solution. The differences between these concepts can seem subtle at a glance, but some examples are shown to clarify them, as well as the problems with use the XIX century concept nowadays. The examples involve differences in chemical equations writing, Henderson-Hasselbach Equation, Arrhenius’ Ionization degree, Acid-base and solubility equilibria.

Orientador: Reginaldo Guirardello Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A síntese de Fischer Tropsch (FTS) é uma tecnologia importante nos processos de conversão \textit{gas-to-liquids}, a qual permite a transformação do gás de síntese (H2 e CO), produzidos a partir de gás natural, carvão, resíduos, biomassa, em uma mistura de hidrocarbonetos, tais como olefinas leves, álcoois, nafta, diesel e outros produtos. A modelagem termodinâmica de tal sistema pode ser efetuada através de cálculos de equilíbrio químico e de fases de forma que a minimização da energia livre de Gibbs é a condição necessária para a resolução do problema. Os problemas de equilíbrio termodinâmico podem ser calculados como problemas de otimização, considerando determinadas restrições. Neste trabalho será estudado o cálculo do equilíbrio químico e de adsorção de uma mistura de gás de síntese e hidrocarbonetos na superfície de catalisadores sólidos, por meio da minimização da energia de Gibbs do sistema, tendo por objetivo determinar as fases e composições formadas, sob a ótica da termodinâmica. Duas abordagens foram desenvolvidas, uma considerando o equilíbrio químico em fase vapor-líquido e outra considerando o equilíbrio químico com equilíbrio de adsorção vapor-sólido. O software GAMS foi usado para resolver o problema proposto. As restrições de não negatividade do número de moles e a formulação não-estequiométrica foram utilizados. A composição e fases dos sistemas foram avaliados, bem como a conversão e rendimento do gás de síntese. A partir dos cálculos termodinâmicos é possível prever a probabilidade de crescimento da cadeia, representando uma distribuição genérica, independente do catalisador Abstract: The synthesis of Fischer Tropsch (FTS) is an important technology in gas-to-liquids conversion processes, which allows the conversion of synthesis gas (H2 and CO), produced from natural gas, coal, waste, biomass, into a mixture of hydrocarbons such as light olefins, alcohols, naphtha, diesel and other products. The thermodynamic modeling of this system can be performed by chemical and phase equilibrium calculations, where the minimization of the Gibbs free energy is the necessary condition for solving the problem. The thermodynamic equilibrium problems can be computed as optimization problem, given certain constraints. In this work the chemical and phase equilibrium is studied incorporating adsorption models, of a mixture composed by synthesis gas and hydrocarbons on the surface of solid catalysts through the minimization of system Gibbs energy, aiming to determine the phases and formed compositions at the thermodynamic point of view. Two approaches were developed, one considering the chemical equilibrium in vapor-liquid phase and another considering the chemical equilibrium with adsorption equilibrium. The GAMS software was used to solve the proposed problem. The non-negativity constraints of the number of moles and non-stoichiometric formulation were used. The composition and phases of such systems, the conversion and the yield were evaluated. From the thermodynamic calculations it is possible to predict the probability of chain growth, representing a generic distribution, independent of the catalyst Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química CAPES 1476907

espanolEl proposito de este estudio es investigar si el diseno y desarrollo de animaciones mediadas por la tecnica del Stop Motion, ayudan a los estudiantes en la construccion de una comprension del equilibrio quimico a nivel molecular. La metodologia fue cualitativa por estudio de casos, y los datos se recogieron por medio de fuentes documentales como: videos de clases, observacion no participante, trabajos de los estudiantes, y entrevistas. El analisis de los datos genero las siguientes categorias: (1) El diseno de animaciones en conjuncion con una orientacion de ensenanza sociocultural y fenomenologica, factor clave en la diferenciacion e integracion de los niveles de representacion de la quimica; (2) El par evaluador de las animaciones elemento clave en la construccion de la compresion del equilibrio quimico; (3) Las animaciones herramienta cognoscitiva que apoya la visualizacion, interpretacion y razonamiento de los procesos quimicos; y (4) El diseno de las animaciones factor importante en el desarrollo de las habilidades de pensamiento que demanda la sociedad del conocimiento. Estos resultados permitieron concluir que el diseno y desarrollo de animaciones a traves de la tecnica del Stop Motion dentro de un contexto de ensenanza de perspectiva sociocultural, ayudaron a mediar la comprension del equilibrio quimico. EnglishThe purpose of this study is to investigate whether the design and development of animations mediated by the Stop Motion technique, help students to build an understanding of chemical balance at the molecular level. The methodology was qualitative by case study, and the data was collected through documentary sources such as: class videos, non-participant observation, student work, and interviews. The analysis of the data generated the following categories: (1) The design of animations in conjunction with a sociocultural and phenomenological teaching orientation, a key factor in the differentiation and integration of the levels of representation of chemistry; (2) The evaluating pair of animations is a key element in the construction of chemical equilibrium compression; (3) Animations cognitive tool that supports the visualization, interpretation and reasoning of chemical processes; and (4) The design of animations is an important factor in the development of thinking skills demanded by the knowledge society. These results allowed us to conclude that the design and development of animations through the Stop Motion technique within a sociocultural perspective teaching context, helped to mediate the understanding of chemical balance.

ilustraciones, diagramas, tablas Sin lugar a duda, el equilibrio químico es uno de los fenómenos de la química que resulta más complicado definir, pues, al ser un proceso de carácter molecular, resulta difícil de percibir a nivel sensorial. Esto supone un reto para el docente de química, quien debe idearse estrategias para poder aclarar a sus estudiantes de cómo un sistema de reacción llega a este estado. Sin embargo, el reto no solo aborda asuntos didácticos, sino conceptuales, pues este fenómeno se explica desde dos perspectivas (cinética y termodinámica) cuyo nivel de detalle puede llegar a generar confusión en algunos momentos. Por esta razón, la presente monografía busca aclarar algunos aspectos conceptuales relacionados con el equilibrio químico, para luego proponer una estrategia de enseñanza que busca poner en marcha las aclaraciones planteadas y visualizar -por medio de la modelación- el momento en el cual un sistema ha alcanzado el equilibrio químico y bajo qué condiciones puede ser perturbado. (Texto tomado de la fuente) Undoubtedly, chemical equilibrium is one of the chemical phenomena that is most difficult to define, since, being a molecular process, it is difficult to perceive at a sensory level. This is a challenge for the chemistry teacher, who must devise strategies to explain to their students how a reaction system reaches this state. However, the challenge does not only address didactic issues, but also conceptual ones, since this phenomenon is explained from two perspectives (kinetic and thermodynamic) whose level of detail can generate confusion at times. For this reason, this monograph seeks to clarify some conceptual aspects related to chemical equilibrium, in order to then propose a teaching strategy that seeks to implement the proposed clarifications and visualize -through modeling- the moment in which a system has chemical equilibrium has been reached and under what conditions it can be disturbed. Maestría Magíster en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Orientador: Pedro Faria dos Santos Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: A pesquisa em Ensino de Química é uma área que tem crescido com o passar dos anos, apesar de ainda existirem poucos grupos no país que desenvolvam pesquisas na linha de Produção de Material Didático. Dos tipos de material didático, o livro didático é recurso mais amplamente utilizado por professores de todos os níveis de ensino. Apesar disso, o que vemos é que esses materiais ainda não conseguem atender as necessidades de ensino dos professores e de aprendizagem dos alunos, o que deixa evidente a urgência em reformular o paradigma do livro didático no Brasil. Além de atuar como recurso de ensino, o livro também é um forte aliado na continuação da formação do docente, pois exigirá do professor reflexões sobre o saber científico e o saber pedagógico. Com o intuito de contribuir para o processo de mudança no modelo dos livros didáticos, mas também na formação do professor por meio do desenvolvimento de novas habilidades de ensino, produzimos materiais didáticos alternativos aos convencionais, sob a forma de texto, que têm como temática central A Química na Boca. Enquanto pesquisa, buscamos investigar a aceitação dos alunos por esses materiais, que implica em uma nova forma de abordagem dos conceitos químicos em sala de aula, bem como de avaliar os ganhos conceituais dos alunos submetidos a esse tipo de abordagem. Para isso, produzimos três unidades didáticas e aplicamos as duas primeiras: O Sabor Doce e as Interações Intermoleculares, A Química das Cáries: Introdução ao Conceito de Equilíbrio Químico e Polímeros nos Dentes: A Química da Restauração Dentária. As duas primeiras foram aplicadas no Ensino Superior. Para análise da aceitação, utilizamos um questionário fechado, e para analisar a aprendizagem dos alunos, questionários abertos foram aplicados. Tanto na aplicação da primeira unidade didática, quanto da segunda, os resultados são bastante positivos quanto à aceitação dos alunos, sendo que a primeira unidade mostra-se mais aceitável. De forma geral, para as duas unidades, os alunos indicaram que uma abordagem baseada em experiências pode facilitar a aprendizagem, conseguiram perceber a inserção no cotidiano do assunto abordado e manifestaram interesse na relação estabelecida entre conteúdo e cotidiano, sentiram-se estimulados a continuar a estudar o assunto e demonstraram ter aprendido algum conteúdo para além da mera informação. Quanto à aprendizagem dos conceitos, a unidade 1 apresentou resultados satisfatórios: os alunos compreenderam o conceito de interações intermoleculares para além da forma como este assunto é apresentado nos livros de graduação, além de conseguirem explicar o fenômeno de recepção do sabor doce pela perspectiva da Química. Quanto à unidade 2, os resultados são positivos, contudo, indicam que a unidade precisa de alguns ajustes. Os alunos demonstraram compreender os aspectos que inviabilizam a existência de equilíbrio químico na boca, contudo, não souberam identificar corretamente outros fenômenos que envolvem, efetivamente, o conceito químico. A unidade 3 não pode ser aplicada, contudo, os resultados esperados são indicados nesse trabalho. A aplicação desse material e seus resultados é de suma importância para a continuação dessa e de outras pesquisas na área Abstract: Research in Teaching Chemistry is an area that has grown over the years, although there are still few groups in the country that develop research in the Production of Didactic Material line. The textbooks are the resource most widely used by the teacher at all levels of education. Despite this, what we realize is that these materials still fail to meet the teaching needs of teachers and students' learning, which makes evident the urgency to reformulate the textbook paradigm in Brazil. In addition to acting as a teaching resource, the book is also a strong ally in continuing teacher education, as it will require reflections on scientific and pedagogical knowledge from the teacher. We produce alternative teaching materials to conventional ones to contribute to the process of changing the model of textbooks. But also in the teacher training through the development of new teaching skills. These materials are textual and have the theme of Mouth Chemistry as central. We investigated students' acceptance of these materials as evaluated the conceptual gains of students submitted to this type of approach. These materials imply a new way of approaching chemical concepts in the classroom. For this, we produced three teaching units and applied the first two: The Sweet Flavor and Intermolecular Interactions, The Chemistry of Caries: Introduction of Chemical Equilibrium and Polymers in Teeth: The Chemistry of Dental Restoration. We implemented the first two in Higher Education. We applied a closed questionnaire for acceptance testing and opened questionnaires to investigate students' learning. Both in the application of the first teaching unit and the second, the results are very positive in terms of student acceptance, with the first unit proving to be more acceptable. In general, for both of them, the students indicated that an experience-based approach could facilitate, they were able to perceive the insertion of the subject addressed in their daily lives and expressed interest in the relationship established between content and routine life, they felt encouraged to continue studying the content and shown to learned some content beyond the mere information. Unit 1 presented satisfactory results: students understood the concept of intermolecular interactions beyond the way this content is presented in undergraduate textbooks and were able to explain the phenomenon of reception of sweet flavor from the perspective of Chemistry. As for unit 2, the results are positive, however, the unit needs some adjustments. The students demonstrated to understand the aspects that make the existence of chemical balance in the mouth unfeasible though they did not know how to identify other phenomena that effectively involve the chemical concept. Unit 3 cannot be applied, but we indicate the expected results in this work and suggestions about how to use it. The application of this material and knowledge of its results is of paramount importance for the continuation of this and other research in the area Doutorado Química Inorgânica Doutora em Ciências CAPES 001

Como resultado de una revisión histórica realizada sobre la evolución del concepto de equilibrio químico se han identificado tres modelos históricos y discutido sus implicaciones educativas. El estudio histórico contribuye a comprender aspectos que hacen a la naturaleza de las ciencias y aporta elementos para el diseño de secuencias didácticas en la enseñanza de este tema. También se reflexiona sobre los paralelismos entre la evolución histórica del concepto de equilibrio químico y la construcción del mismo por parte de los estudiantes. Following a historical review of the evolution of the concept of chemical equilibrium, three historical models have been identifi ed, and their pedagogical implications have been discussed. The historical study contributes to an understanding of certain aspects of the nature of science and furnishes elements for the design of didactic sequences for the teaching of this subject. Furthermore, parallels are considered between the historical evolution of the concept of chemical equilibrium and the construction of this concept on the part of students.

In this work was made a study, about Methane Tri-reforming process by thermodynamic analysis of operating variables and conditions of loading to the reactor, in order to favour the conversion to synthesis gas and hydrogen, to dimension a functional catalytic reactor from a thermal and mechanical viewpoint. In addition to contextualizing chemical concepts used to carry out the project, the simulation software DWSIM was used, to demonstrate the potential of computational simulation and obtain reliable results in stable and dynamics conditions, with practical research applicable to industry, thus encourage the implementation of these technologies. En este trabajo se realizó un estudio, sobre el proceso de Tri-reformación de Metano mediante el análisis termodinámico de las variables de operación y condiciones de carga al reactor, con el fin de favorecer la conversión a gas de síntesis, para dimensionar un reactor catalítico funcional desde el punto de vista térmico y mecánico. Además de contextualizar los conceptos químicos utilizados para llevar a cabo el proyecto, se utilizó el software de simulación DWSIM, para demostrar el potencial de la simulación computacional y obtener resultados confiables en condiciones estables y dinámicas, con investigaciones prácticas aplicables a la industria, fomentando así la implementación de estas tecnologías. Lista de tablas 7 Lista de figuras 8 Lista de símbolos 9 Glosario 10 Resumen 12 Abstract 12 Introducción 13 Definición del problema 15 Justificación 15 Antecedentes del Problema 17 Objetivos de la investigación 17 Objetivo general 17 Objetivos específicos 17 Definición del problema y pregunta de investigación 18 Delimitaciones del problema 18 Alcances y limitación 18 Marco de referencia 19 Marco Conceptual 19 Marco Legal 27 Marco Histórico 29 Marco teórico 30 Tipo de investigación 32 Materiales y Métodos 32 Fuentes Primarias 32 Fuentes Secundarias 33 Recursos humanos 33 Recursos Físicos. 33 Recursos Financieros 34 Metodología 35 Simbología utilizada por el simulador DWSIM 37 Modelos termodinámicos 38 Estudio de equilibrio 40 Modelamiento de un reactor ideal de Gibbs mediante ecuaciones de equilibrio. 42 Cargas de entrada 43 Modelamiento de un reactor PFR mediante ecuaciones cinéticas. 46 Cargas de entrada 47 Resultados y Discusión 51 Análisis preliminar del comportamiento termodinámico del proceso 51 Resultados de simulación en DWSIM 56 Reactor Ideal de Gibbs utilizando la Primera carga 56 Reactor ideal de Gibbs utilizando la segunda carga 61 Reactor ideal de Gibbs utilizando la tercera carga 66 Análisis del reactor PFR en estado Dinámico utilizando el simulador DWSIM 74 Carga ideal para el proceso de tri reformado de metano en el reactor PFR 88 Diseño del reactor utilizando herramientas de diseño CAD y modelado 91 Conclusiones 94 Referencias 95 Anexos 99 Planos de catalizador y reactor 99 Pregrado Ingeniero en Mecánica Ingeniería Mecánica

[EN] In the present work, the advantages of combining the use of the freeware Spana to plot equilibrium diagrams with different laboratory analytical techniques have been investigated. The software Spana has been used to plot speciation diagrams of different solutions of phosphoric acid and its salts. The resulting diagrams have been correlated with the results obtained by conductimetric titration and colorimetry under the framework of the realization of a Master Thesis by a student of Chemical Engineering. The results achieved demonstrate that the combined use of experimental techniques and user-friendly software aid in the comprehension of the relevance that shifts in the chemical equilibrium could have on different engineering processes by students of Chemical Engineering. The proposed methodology reduces the time that students need to understand problems related to chemical equilibria and could be implemented, not only during the completion of Master Thesis¿, but also in laboratory courses related with subjects of Chemical Analysis., [ES] En el presente trabajo se han investigado las ventajas resultantes del uso combinado del software libre Spana para la realización de diagramas de equilibrio junto con diferentes técnicas experimentales de análisis químico. El software Spana se ha utilizado para representar diagramas de distribución de especies de diferentes disoluciones de ácido fosfórico y sus sales. Los diagramas resultantes se han relacionado con los resultados obtenidos mediante conductimetría y colorimetría, bajo el contexto de la realización de un trabajo fin de Máster por parte de un alumno de Ingeniería Química. Los resultados alcanzados demuestran que el uso de técnicas experimentales junto con un software fácil de usar contribuye a mejorar la comprensión de los alumnos de la relevancia que tienen los desplazamientos del equilibrio químico sobre diferentes procesos ingenieriles. La metodología propuesta reduce el tiempo del proceso de aprendizaje por parte de los alumnos y puede resultar de utilidad, no solamente para la realización de trabajos fin de máster, sino también en la realización de prácticas de laboratorio en asignaturas relacionadas con el análisis químico.

Resumen Los investigadores de la educación en Química han considerado que una de las metas clave del currículo de esta disciplina es la alfabetización científica en el sentido fundamental (hablar, leer y escribir) y derivado (comprender los productos y proceso de la química). Si bien este propósito ha sido un elemento clave de las actuales reformas curriculares de esta disciplina, en la práctica docente ha resultado difícil de lograr; dado que los profesores se han centrado en asistir a los estudiantes en la comprensión de los modelos teóricos, descuidando el desarrollo de las competencias lingüísticas de la oralidad, la lectura y la escritura como elementos constitutivos de la Química. En esta investigación se aplicó una metodología cualitativa por estudio de casos, la cual requirió para la recolección de los datos de fuentes documentales como: vídeos, notas de campo, relatos narrativos y trabajos de los estudiantes. Los resultados permiten ver que para lograr la anhelada alfabetización en el aula de Química, se requiere que el profesor asista de manera consciente a sus estudiantes en el desarrollo integrado de las competencias lingüísticas de hablar, leer y escribir de y sobre la Química dentro de un contexto sociocultural. Abstract The researchers of the education in chemistry have considered that one of the key goals of the curriculum of this discipline, is the scientific literacy in the fundamental sense (to speak, to read and to write) and derivative (to understand the products and process of chemistry). Although, this purpose has been a key element of the current curricular reforms of this discipline, in the teaching practice it has been difficult to achieve; given that teachers have focused on assisting students in the understanding of theoretical models, neglecting the development of linguistic competences of orality, reading and writing as constitutive elements of chemistry. A qualitative methodology was used for case studies, which required the collection of data from documentary sources such as: videos, field notes, narrative stories and student work. The results allowed us to see that to achieve the desired literacy in the chemistry classroom, the teacher is required to consciously assist his students in the integrated development of the speaking, reading and writing language skills of and about chemistry, within a sociocultural context. Resumo Os investigadores da educação em Química consideraram que um dos objetivos do currículo desta disciplina é a alfabetização científica no sentido fundamental (hablar, ler e escrever) e derivar (incluir os produtos e o processo da química). Se este propósito tiver sido um elemento básico das reformas curriculares desta disciplina, na prática docente terá resultado difícil de lograr; dado que os professores estão centrados em ajudar os alunos na compreensão dos modelos teóricos, descobrindo o desenvolvimento das competências linguísticas da oralidade, a aula e a escrita como elementos constitutivos da química. Nesta investigação, é aplicada uma metodologia qualificada pelo estúdio de casos, o requerido para a recuperação de dados de documentos documentais como: vídeos, notas de campo, relatos narrativos e trabalhos dos estudantes. Os resultados permitidos para lograr a alfabetização anhelada na aula de Química, se necessário, para o professor assistente de gestão consciente de seus alunos e para o projeto integrado de competências lingüísticas de hablar, ler e escrever sobre a química dentro de um contexto sociocultural.