TEMA 8

Química, sociedad y medio ambiente

sociedad construida sobre la industria química

La quimica adquiere pleno apogeo bien entrado el siglo XIX y puede hablarse de una verdadera industria química.

En los procesos indstriales los productos industriales siguen tres etapas, desde las fuentes primarias al consumidor.

Los productos de la industria química afectan a toda la sociedad:

En el siglo XIX surgieron grandes complejos industriales de enorme poder económico.

Se planteó una dura competencia y se generaron fuertes dependencias.

Las industrias generan nuevos tipós de trabajo y de relaciones laborales.

Los nuevos productos cambian los modos de vida y las costumbre.

química y revoluciones industriales

A finales del siglo XVIII Europa se encontraba a las puertas de una profunda crisis: la población aumentaba y la producción agrícola no era capaz de satisfacer a la población. Esta crisis fue superada gracias al empleo del carbón y a la maquina de vapor, dando paso a un desarrollo industrial basado en el carbón y el ierro. A partir del carbón surgieron las coquerías, que suponian una fuente de materias primas para la industria química.

Los productos de las coquerías sirvieron de materia prima para:

El gas de coquerías, que empezó a usarse como gas de alumbrado.

Del alquitran de ulla se obtenia anilina y otros productos orgánicos.

Ademas se desarrollo una industria de colorantes de fuerte repercusión social y se descubrió el púrpura de anilina, con el que podían teñirse sedas y lanas, y más tarde surgieron otros colorantes sintéticos

química del petróleo

El petróleo es la principal fuente que ha necesitado muchos siglos para formarse. Es un líqido pardonegruzco de olor pentrante, formado por una mezcla compleja de hidrocarburos.

El petoleo crudo tiene pocas aplicaciones y no arde con facilidad, así que se tiene que someter en las refinerías a una destilación fraccionada para separarlo en sus compónentes.

La petroquímica es una rama de la industria química que estudia todos los procesos relacionados con las fracciones de petróleo.

Unas veces, se parte de los productos directamente obtenidos en la refinería.

Otras veces, se realiza un craqueo especial para obtener materias primas.

En algunos casos, la fuente directa de materias primas es el propio gas natural

Las industrias que se nutren de estos productos para elaborar otros de consumo inmediato son innumerables y muchos productos orgánicos se obtienen a partir del petroleo. Muchas sustancias naturales han sido desplazadas por moléculas de sitesis obtenidas del petróleo, como por ejemplo, el caucho natural, que es sometido por los químicos a volcanizaciones.

Se denominan combustibles fósiles los que proceden de restos vegetales y de otros organismos vivos que hace millones de años fueron sepultados y experimentaron reacciones anaerobias y de descomposición. Según las condiciones de presion temperatura y tiempo se forman:

Combustibles sólidos

Combustibles líquidos

Combustibles gaseosos

Han supuesto enormes avances para la industria química y para la sociedad, pero tienen fuertes repercusiones sobre el medio ambiente. La lluvia acida se produce cuando se queman combustibles fósiles y se arrojan a la atmósfera emisiones que reaccionan con el vapor de agua. Estos ácidos mezclados con vapor de agua precipitan en forma de lluvia y provocan serios daños en la naturaleza.

El efecto invernadero se produce:

Un tercio de la energía del Sol es reflejada directamente por la atmósfera y las nubes. Otra parte de la energía del Sol es captada por continentes y océanos y posteriormente radiada al espacio. Una parte de esta energía radiada es absorbida por la atmósfera y se produce un equilibrio térmico que reside en el efecto invernadero.

El dióxido de carbono, el vapor de agua, el metano son los gases del efecto invernadero y retienen parte de la radiación.

energía nuclear

Las transformaciones químicas ordinarias son debidas a cambios que afectan a la corteza de los átomos. La energía nuclear es la que procede de transformaciones que afectan al núcleo del átomo.

Las reacciones de fisión se producen cuando se lanzan neutrones sobre un núcleo pesado y grande y se produce una rotura o fusión nuclear de la que surgen núcleos iniciando una reacción en cadena. Esta división supone el desprendimiento de gran cantidad de energía.

Las reacciones de fusión son el proceso contrario: los núcleos pequeños se unen o fusionan y da lugar a un núcleo más pesado y desprenden más energía.

La energía obtenida de la reacción puede emplearse para producir vapor y mover una turbina. Las partes del reactor de las centrales nucleares son:

Un edificio de almacenamiento en el que se almacenan también los residuos del combustible.

Tubos de acero inoxidable en los que se introduce el combustible nuclear.

Barras de control encargadas de absorber una parte de los neutrones producidos.

química y materiales

La construcción ha utilizado fundamentalmente dos materiales: hierro y cemento.

Materias primas

El hierro es, después del aluminio, el metal más abundante de la corteza terrestre

El alto horno

Se carga por capas sucesivas de mineral, coque y fundente y se inyecta aire caliente.

Acero

Si al hierro fundido se le eliminan las impurezas y se obtiene el acero. Para este proceso químico se usa un convertidor.

El aluminio se obtiene por electrólisis de la alúmina siguiendo estos pasos:

La materia prima es la bauxita que se disuelve en sosa cáustica y vapor a presión.

Se calcina el producto resultante para obtener alúmina.

La alúmina se introduce en la cuba electrolítica y se funde.

La electrólisis de la alumina fundida hace que el aluminio se deposite en el cátodo y el oxígeno en el ánodo.

Se denomina cemento a todo un conjunto de sustancias capaces de fraguar con el agua y formar un bloque a partir de piedra caliza y arcilla que se muele y se introduce en un horno rotatorio. En el horno sufre una serie de procesos químicos de los que emerge el klinker. El klinker se muele añadiendo una pequeña cantidad de yeso y de constituyentes secundarios que sirven para ajustar la velocidad de fraguado.

química de la materia viva

Los químicos creyeron que las moléculas orgánicas no podían explicarse mediante las sencillas leyes de la química. El químico Friedich Wöhler calentó en el laboratorio el cinato amonico. El carbono es el elemento central alrededor del cuál ha evolucionado la química de la vida. Los biólogos cifran en 120000 el número de especies vivas.

El agua es el compuesto más abundante de los seres vivos. Fue el medio donde y se cree que surgió la vida, sino que sus extraordinarias propiedades físicas y químicas la convierten en el soporte de toda la materia biológica. Su acción es su propiedad más decisiva para favorecer la vida. Las sales minerales disueltas en agua controlan muchas funciones del organismo.

Los principios inmediatos son sustancias químicas que constituyen la base química de los seres vivos:

Glúcidos: son escasos en el reino animal y abundantes en el reino vegetal.

Lípidos: muchos productos animales y vegetales contienen grandes cantidades.

Proteínas: están formadas por aminoácidos y su masa molecular oscila desde los 10000 u hasta muchos millones de u.

Ácidos nucleicos.

Los oligoelementos esenciales son elementos que se encuentran en muy pequeña cantidad pero que son esenciales para la vida.

Industria farmaceutica

A medida que avanzaba la química se realizaron las primeras síntesis de alcaloides y se vio que tenían idénticas propiedades terapéuticas. Actualmente, la química ha permitido la obtención sintética o semisintética de algunas vitaminas y hormonas. La síntesis de medicamentos en el laboratorio, muchos de ellos a partir de productos derivados del petróleo, permite aumentar la producción y abaratar los costes.

Los principales grupos de medicamentos son:

Antibióticos: inhiben el crecimiento de ciertos microorganismos y se obtienen a partir de cepas de microorganismos.

Analgésicos y antipiréticos: calman el dolor y bajan la fiebre.

Vitaminas: son imprescindibles para el buen funcionamiento del organismo.

Hormonas: son sustancias producidas por ciertas glándulas de secreción interna.

TEMA 9

La energía

energía y los cambios

Los cambios en la naturaleza necesitan energía, como por ejemplo para mover un automóvil, cambiar la posición de un cuerpo, etc. Ningún proceso físico, químico o biológico es posible sin energía. La energía es una propiedad de los cuerpos que les permite experimentar cambios.

La energía se presenta en diversas formas:

Cinética

Potencial

Química

Eléctrica

Nuclear

Luminosa

Todos los procesos de cambio llevan asociada la transformación de una forma de energía en otra.

Transferencia de la energía entre sistemas físicos

Los sistemas físicos son cualquier parte del universo que puede ser objeto de estudio de forma individualizada. Todos los sistemas tienen energía, aunque no este produciéndose ninguna transformación. Siempre que dos cuerpos o dos sistemas interactúan, se producen cambios, debido a que la energía se transfiere de un sistema al otro. La energía transferida hace cambios y transformaciones en ellos. Los sistemas fisicos pueden transferirse energía mediante el trabajo o mediante el calor.

El termino trabajo está asociado a esfuerzo muscular y al consiguiente cansancio y hay trabajo cuando se desplaza una distancia el punto de aplicación de una fuerza. Un sistema puede transferir energía a otro realizando trabajo.

El calor se transfiere cuando dos sistemas están a diferente temperatura, y se transfiere energía del sistema caliente al sistema frío. Se denomina calor a esta forma de transferencia de energía de un sistema a otro como consecuencia únicamente de la diferencia de temperatura.

Conservación y degradación de la energía

En cualquier cambio la cantidad total de energia se conserva. Este principio físico se denomina principio de conservación de energía: la energía ni se crea ni se destruye solo se transforma.

A pesar de que en cualquier proceso de transformación se conserva porque tiende a transformarse en forma de energía menos útiles y va perdiendo la capacidad de ser usada de nuevo y una parte de la energía inicial de la transformación se disipa como calor.

En cualquier transformación energética, la energía inicial es igual a la suma de la energía útil o aprovechable.

El rendimiento energético al cociente entre la energía útil y la energía suministrada:

Fuentes no renovables de energía

Las fuentes no renovables de energía son aquellas cuyas reservas son consumidas a un ritmo mucho mayor del que son renovadas.

El carbón es una roca sedimentaria formada a lo largo de millones de años a partir de residuos vegetales.

El petróleo es un aceite mineral producido por la naturaleza a lo largo de millones de años a partir de residuos de organismos vivos. Su destilación permite obtener combustibles y es la base de la industria petroquímica.

El gas natural es una mezcla de metano y otros gases y tiene un elevado poder energético y es poco contaminante.

Hay tipos de energía nuclear:

En los reactores nucleares de fisión en funcionamiento el material utilizado es el uranio-235. El uranio natural no puede usarse directamente, con lo cual, se necesitan ocho kilogramos de uranio empobrecido para obtener un kilogramo de uranio enriquecido.

La fusión nuclear proporciona mayor energía para una misma masa de combustible, pero se necesitan millones de grados para que los núcleos atómicos se fusionen.

Las ventajas son que la energía es relativamente barata y fácil de extraer, pero las reservas son limitadas y muy contaminantes.

Fuentes renovables de energía

Las fuentes renovables de energía son aquellas cuyas reservas son consumidas a un ritmo mucho menor del que son renovadas por la naturaleza.

La energia de la biomasa es la energía contenida en la materia orgánica de origen vegetal o animal. Hay modos de aprovecharla:

El uso directo como combustible de los residuos naturales

La transformación de los residuos animales en biogás

El establecimiento de cultivos de plantas de las que se obtienen biocarburantes

El aprovechamiento termico de residuos urbanos en incineradoras

La energía solar es la energía contenida en la radiación solar. Es dificil de aprovechar porque es continua y dispersa. Hay varios tipos:

Energía solar térmica de baja temperatura.

Energía solar térmica de alta temperatura.

Energía solar fotovoltaica.

Energía hidroeléctrica es la energía potencial gravitatoria de una masa de agua embalsada y se utiliza para mover las ruedas hidráulicas de molinos y forjas.

La energía eólica es la energía cinética del viento y se aprovecha para mover los aerogeneradores.

La energía geotérmica aprovecha la energia acumulada en el subsuelo.

La energía mareomotriz es la energía potencial del agua marina al subir su nivel por efecto de las mareas.

Sus ventajas son que son inagotables y su impacto sobre el medio ambiente es más reducido y su uso favorece al desarrollo de la tecnología necesaria para su aprovechamiento, pero su contribución actual al consumo total de energía aún es reducida.

Energía y desarrollo económico

La sociedad necesita la energía para todas sus actividades. Un mayor consumo energético repercute en la mejora de la calidad de vida. El consumo de energía ha ido aumentando a lo largo de la historia y tiende a seguir aumentando, ya que la energía es necesaria para el desarrollo economico.

El actual desarrollo económico se basa en el uso de combustibles fósiles y de la energía nuclear y por eso aparecieron los movimientos ecologistas.

Las reservas de combustibles fósiles son limitadas: el petroleo y el gas se agotarán en pocas décadas al ritmo actual de consumo, y el carbón, en pocos siglos. La disminución de la dependencia energética se logra mediante el ahorro energético y la diversificación de las fuentes de energía.