Traducción opción c química : (Págs. 302-305)
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| TRADUCCIÓN OPCIÓN C QUÍMICA : (Págs. 302-305) LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO Es probable que la producción de petróleo esté actualmente en, o muy cerca de su cumbre. En el capítulo 5 discutimos el problema del calentamiento global causado por la combustión de los combustibles fósiles, y en el capítulo 10 miramos el coste del petróleo crudo, y discutimos si es mejor utilizarlo como fuente energético o como materia prima. Hemos visto que es una materia prima química importante, no sólo para los alcanos sino también para los alquenos, que pueden ser obtenidos por craqueo. Hay muchos tipos de craqueo, cada uno con diferentes productos:
POLÍMEROS DE ADICIÓN El uso principal de los alquenos obtenidos del craqueo de fracciones de petróleo crudo es fabricar polímeros de adición semejantes al polieteno y el polifenileteno, como se describe en el capítulo 10. La sociedad moderna depende fuertemente en muchos tipos diferentes de polímeros de adición. Sus propiedades dependen no solo de qué grupos funcionales están unidos por doble enlace en los monómeros, sino también en la cantidad de ramas que tenga, y en la forma en la que los grupos adicionales están ordenados en el polímero. Las propiedades pueden ser modificadas utilizando plastificantes, y a través de la inyección de hidrocarburos volátiles durante la producción. Ramificación Dependiendo de las condiciones de la reacción, el eteno puede formar polieteno de alta densidad, HDPE, y polieteno de baja densidad, LDPE. En HDPE hay una pequeña ramificación. Esto proporciona a las largas cadenas que puedan permanecer juntas, haciendo al polímero más fuerte, más denso y más rígido que LDPE. La presencia de cadenas laterales en el LDPE resulta en una estructura más resistente y flexible, lo que lo hace ideal para la producción de productos de película como los envoltorios de alimentos. Orientación de los grupos laterales En el polipropeno los grupos metil pueden tener todos la misma orientación a lo largo de la cadena del polímero: así decimos que el polímero es isotáctico. Debido a su estructura regular, los polímeros isotáctico son más cristalinos y duros. Pueden ser moldeados en objetos como en los parachoques de los coches, y dibujados en fibras en las ropas y alfombras. En el polipropeno atáctico las cadenas están sujetas con mayor libertad, por lo que el polímero es blando y flexible, haciéndolo conveniente para materiales de sellado y techumbres. Plastificantes Son pequeñas moléculas que pueden encajar entre las largas cadenas de polímeros. Ellos actúan como lubricantes y debilitan la atracción entre las cadenas, haciendo al plástico más flexible. Por medio de la variación en la cantidad de plastificante añadido, policloroeteno, PVC, pueden formar una completa variedad de polímeros cuyas propiedades varían desde rígido hasta completamente plegable. Hidrocarburos volátiles Si el pentano es añadido durante la formación del polifenileteno, también conocido como poliestireno, y el producto es calentado en vapor, el pentano se vaporiza, produciendo poliestireno expandido. Este material ligero es un buen aislante térmico, y es también utilizado como envase, que tiene buenas propiedades de absorción de choques. VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL USO DE LOS POLÍMEROS Los ejemplos de arriba ilustran cómo los polímeros pueden ser hechos a medida para llevar a cabo una variedad de funciones, basadas en propiedades como fuerza, densidad, aislamiento térmico y eléctrico, flexibilidad y carencia de reactividad. Hay, sin embargo, algunas desventajas.
CATALIZADORES Los catalizadores son utilizados en una amplia variedad de procesos industriales. En el capítulo 7 ya hemos discutido el uso del hierro en el proceso Haber, y el óxido de vanadio (V) en el proceso de contacto. Muchos catalizadores son metales de transición o sus compuestos, pues son capaces de mostrar estados de oxidación variables, aunque también existen muchos otros catalizadores, como el óxido de aluminio y el ácido sulfúrico. Como hemos visto en el capítulo 6, los catalizadores trabajan proporcionando un camino de reacción alternativo con una energía de activación más baja que en el camino sin catalizador. Los catalizadores pueden ser homogéneos ( el catalizador está en la misma fase que que los reactivos y los productos) o heterogéneo , donde el catalizador está en diferente fase que los reactivos y / o productos. El mecanismo para los dos tipos de catalizador, que involucra la adsorción en la superficie del catalizador o la formación de un compuesto intermedio, ha sido discutido en la sección AHL, en las propiedades de los catalizadores de los elementos del bloque d en el capítulo 3. En la industria los catalizadores se escogen para maximizar la producción y los beneficios. La ventaja de los catalizadores heterogéneos es que son facilmente extraídos de los productos. También tienden a ser menos específicos que los catalizadores homogéneos, y por eso pueden ser utilizados para otras reacciones. Sin embargo, debido a que sólo el área superficial es la zona activa, dependen mucho del tamaño de la partícula, y las partículas más pequeñas pueden unirse durante la reacción, haciendo al catalizador menos efectivo. Los catalizadores homogéneos tienden a ser más específicos para reacciones particulares, y son normalmente más difíciles de separar de los productos. Sin embargo, son más eficaces, porque todos el catalizador, no sólo la superficie, se expone a los reactivos. La elección de los catalizadores dependerá así de: ¿produce el catalizador gran cantidad de productos deseados?¿Cuál es la eficiencia, su impacto medioambiental, y su abilidad para trabajar bajo una variedad de condiciones de presión y temperatura? Muchos catalizadores pueden hacerse inútiles si se combinan irreversiblemente con otra sustancia que bloqea loas zonas activas. Estas sustancias se conocen como venenos. Estos incluyen el azufre (que es por lo que se extrae del petróleo crudo antes de ser refinado), monóxido de carbono e iones cianuro. Baterías recargables y células de combustible Batería es un término general para celdas electroquímicas o voltaicas en las que la energía química se convierte en energía eléctrica. Los electrones transferidos en la reacción espontánea redox que tiene lugar en la celda voltaica producen la electricidad. Las baterías son un modo útil para almacenar y transportar cantidades de energía relativamente pequeñas. Algunas baterías (celdas primarias) pueden ser usadas sólo una vez mientras que las celdas secundarias pueden ser recargadas. Batería de Plomo-Ácido La batería de Plomo-Ácido (Figura 7) se usa en los automóviles, y es un ejemplo de celda secundaria. Usualmente, consiste en 6 celdas conectadas en series, que producen un voltaje total de 12 V. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico. Los electrodos negativos están hechos de plomo, y los electrodos positivos están hechos de óxido de plomo (IV). Oxidación (electrodo -): Pb + SO42- → PbSO4 + 2e- Reducción (electrodo +): PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- → PbSO4 + 2H2O La reacción global que tiene lugar es, por lo tanto: Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- → 2PbSO4 + 2H2O La reacción inversa tiene lugar durante la carga. Esto se puede hacer usando un cargador de batería o a través del alternador, mientras que el automóvil está siendo conducido. Conforme el ácido sulfúrico es usado durante la descarga, la densidad del electrolito puede ser medida usando un hidrómetro que dé una indicación del estado de la batería. Los inconvenientes de las baterías de Plomo-Ácido son que son pesadas, y que tanto el plomo como el ácido sulfúrico son potencialmente contaminantes. Baterías de Níquel-Cadmio (NiCd) y de Ión-Litio Las baterías recargables de Níquel-Cadmio se usan en electrónica y en juguetes. Tiene un potencial de celda de 1,2 V. El electrodo positivo está hecho de hidróxido de níquel, que está separado del electrodo negativo hecho de hidróxido de cadmio. El electrolito es hidróxido de potasio. Durante la descarga ocurre la siguiente reacción: 2NiO (OH) + Cd + 2H2O → 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2 Este proceso se invierte durante la carga. Uno de los inconvenientes de las baterías de NiCd es que el cadmio es un metal pesado extremadamente tóxico, por lo que las baterías necesitan ser suprimidas de forma responsable. Los ordenadores portátiles, los móviles y otros dispositivos de mano usan frecuentemente baterías de Ión-Litio. Estos contienen átomos de litio complicados a otros iones, p.ej. LixCoO2, y son estos iones más que el litio en sí mismo los que sufren las reacciones redox. Son mucho más ligeras que las baterías de NiCd, y producen un voltaje mayor, 3,6 V, pero no tienen una vida útil tan larga. Química opción C. Traducción. (Págs. 306-308) Células de combustible. Una célula de combustible utiliza la reacción entre el oxígeno y el hidrógeno para producir agua. A diferencia de la combustión, la energía se libera no como calor sino como electricidad. A medida que los reactivos son usados se añaden más, por lo que una célula de combustible puede proporcionar alimentación continua de electricidad. El electrolito es hidróxido acuoso de sodio. La célula lo contiene mediante electrodos porosos, lo que permite el paso del agua, hidrógeno y oxígeno. Oxidación (electrodo -): H2 + 2OH- 2H2O + 2e- Reducción (electrodo +): O2 + 2H2O + 4e- 4OH- Las ventajas de una célula de combustible son que no necesita recargas y no contamina debido a que el agua es el único producto. Sin embargo, son muy caras de producir. Cristales líquidos (1) Los cristales líquidos son una fase o estado de la materia que está entre los estados sólido y liquido. Las moléculas en un cristal líquido tienden a retener su orientación como en un sólido, pero también pueden moverse a posiciones diferentes como en un líquido. Las propiedades físicas de los cristales líquidos (como conductividad eléctrica, actividad óptica y elasticidad) dependen de la orientación de las moléculas relativa a ciertos ejes fijos en el material. Ejemplos de sustancias que pueden comportarse como cristales líquidos bajo ciertas condiciones incluyen el ADN, la solución de jabón, el grafito y la celulosa, junto con algunas sustancias más especializadas como los nitrilos bifeniles. Los cristales líquidos son sensibles a la temperatura y la concentración, y muestran propiedades de cristal líquido solamente bajo ciertas condiciones. Esencialmente pueden dividirse en dos tipos. Los cristales líquidos Thermotropic son sustancias puras que muestran comportamiento de cristal líquido en un rango de temperatura entre los estados sólido y líquido, mientras que los cristales líquidos lyotropic son soluciones que muestran la fase de cristal líquido en ciertas concentraciones. Ejemplos de un cristal líquido thermotropic son los nitrilos bifeniles usados en displays de cristal líquido (LCDs), y ejemplos de cristales líquidos lyotropic son las soluciones de jabón. En baja disolución las moléculas polares de jabón se comportan aleatoriamente, pero en concentraciones mayores se agrupan en unidades mayores llamadas micelles, las cuales en la fase de cristal líquido son ordenadas en su orientación. Dentro de la fase de cristal líquido las moléculas con forma de barra, que típicamente tienen una longitud de alrededor de 2,5 x 10-9 m, existen en grupos o dominios. Las moléculas pueden fluir, y están distribuidas aleatoriamente como en un líquido, pero dentro de cada dominio todas apuntan en la misma dirección. Esto es conocido como la fase nematic. A medida que la temperatura se incrementa, la orientación se vuelve cada vez más perturbada, hasta que finalmente el orden direccional se pierde y se forma la fase líquido normal. La orientación de las moléculas de cristal líquido se puede controlar por un campo eléctrico aplicado debido a la polaridad de las moléculas. La orientación de las moléculas afecta a la capacidad de las moléculas de cristal líquido de transmitir luz. En las muestras de cristal líquido usadas en relojes digitales, calculadoras y ordenadores portátiles se aplica un pequeño voltaje a través de una película pequeña del material. Esto controla las áreas de la muestra que están iluminadas y oscuras, y de esa manera proporciona la característica lectura de la hora o las letras. La gran ventaja de los LCDs sobre otros tipos de muestras electrónicas es que usan corrientes eléctricas extremadamente pequeñas. La desventaja es que trabajan solamente dentro de un cierto rango de temperatura, lo que explica porqué una pantalla de un reloj digital o de un ordenador portátil puede dar una muestra extraña en temperaturas muy calientes o muy frías. Por lo tanto, para ser usado en un LCD un cristal líquido debería: · ser un compuesto químico estable · contener moléculas polares · permanecer estable en la fase de cristal líquido en un rango apropiado de temperatura · ser capaz de orientarse rápidamente (velocidad rápida de cambio) Nanotecnología En el capítulo 4 discutimos la existencia de fullerenes y nanotubos, y la forma en la que pueden ser “vistos” usando microscopía scanning tunnelling. La nanotecnología ha sido definida como la investigación y la tecnología de compuestos dentro del rango de 1 a 200 cientos de nanómetros ( 1,0 x 10-9 m a 1,0 x 10-7 m): es decir, en la escala atómica. Crea y usa estructuras que tienen propiedades novedosas basadas en su pequeño tamaño. La nanotecnología cubre muchas disciplinas científicas separadas. En un extremo puede ser vista como una extensión de las ciencias existentes a la escala nano; en el otro extremo puede ser vista como una disciplina de ciencia y tecnología completamente nueva. Hay dos aproximaciones principales. La aproximación bottom-up implica construir materiales y aparatos a partir de átomos individuales, moléculas o componentes. La aproximación top-down implica construir nano-objetos a partir de entidades mayores. A veces técnicas físicas son usadas lo que permite a los átomos ser manipulados y colocados en necesidades específicas. Por ejemplo, la imagen de IBM mostrada en el capítulo 2 fue producida usando un proceso conocido como dip pen nanolithography, en la que los átomos pueden ser depositados en posiciones específicas usando un microscopio de fuerza atómica. También es posible usar reacciones químicas, como en la nanotecnología del ADN, donde el emparejamiento de bases específico debido al enlace de hidrógeno se puede utilizar para construir moléculas y estructuras deseadas. Nanotubos Mucho del entusiasmo en nanoquímica ha sido en la manufactura y caracterización de nanotubos. Éstos están hechos esencialmente a partir de solamente átomos de carbono colocados en anillos hexagonales con anillos pentagonales para cerrar la estructura en los extremos. Se han formado tanto tubos de pared simple como de pared múltiple hechos a partir de nanotubos concéntricos. Un aspecto interesante de estos tubos es que tienen una relación de área superficial a volumen enormemente incrementada, lo que abre la posibilidad de que actúen como catalizadores extremadamente eficientes y altamente selectivos- particularmente porque una amplia variedad de materiales diferentes, incluyendo elementos, óxidos metálicos e incluso proteínas pequeñas, han sido insertados dentro de los tubos. Ellos también tienen una enorme fuerza de tensión: se estima que los paquetes de nanotubos deberían estar en la región de 50 veces más fuerte que el acero. A causa de su tamaño pequeño el efecto cuántico es apreciable, lo que resulta en una alteración de sus propiedades electrónicas y ópticas. Actualmente se está investigando para utilizar nanotubos de carbono para crear transistores y otros aparatos electrónicos mucho más pequeños que los que pueden ser creados usando chips de silicio. Insertando halides de plata en nanotubos de pared simple y descomponiéndolos después en plata, se han hecho nanocables metálicos de plata pura con un diámetro de 2,0 x 10-8 m, que son los “cables” eléctricos más finos que existen. En 2004, científicos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, EE UU, tubieron éxito en crecer nanotubos de carbono de pared simple de 4 cm de longitud descomponiendo etanol en un catalizador de hierro. Implicaciones de la nanotecnología La nanotecnología tiene el potencial de resolver muchos problemas, como el incremento de la producción de comida, prevención, monitorización y cura de enfermedades, y mejora de la tecnología de la información y comunicación, aunque la mayoría de estos beneficios todavía descansan probablemente en un lugar lejano en el futuro. El Task Force de Naciones Unidas del 2004 en Ciencia, Tecnología e Innovación notó que alguna de las ventajas de la nanotecnología incluyen: producción usando poca mano de obra manual, tierra, o mantenimiento; alta productividad; bajo coste; y necesidades modestas de materiales. Como consecuencia, muchos países en desarrollo están invirtiendo grandes cantidades de dinero en investigación y desarrollo. Sin embargo, se conoce poco acerca de los riesgos potenciales asociados con el desarrollo de esta tecnología. Los riesgos asociados con pequeñas partículas transportadas por el aire no son adecuadamente conocidos, o cubiertos por las regulaciones de toxicidad actuales. El sistema inmune humano puede estar indefenso contra nuevos productos de nanoescala. Puede haber problemas sociales, también, pues las sociedades más pobres pueden sufrir a medida que las tecnologías establecidas se hagan redundantes y las demandas de comodidades cambien rápidamente. |
