Aplicacion quimica
- 1. IMPACTO ECONÓMICO Y AMBIENTAL DE ALGUNOS ELEMENTOS Los elementos químicos normalmente no se hallan libres en la naturaleza, si no que más bien, bajo la forma de combinaciones. Entre los que se encuentran libres podemos citar: El oxígeno, azufre, carbono, gases raros del aire y otros pocos más .La mayor parte de ellos tienen que obtenerse de sus compuestos, y estos se encuentran en la naturaleza al estado de mezclas más o menos complejas. Los elementos bajo cualquier forma que se presenten, están naturalmente distribuidos, ya sea en los minerales o en los organismos vegetales y animales; encontrándose algunos en pequeñas cantidades y otros en proporciones mayores. Sustancias químicas comercialmente importantes La producción de sustancias químicas clave, usualmente requiere una instalación industrial grande, costosa y compleja. En una etapa inicial antes de su construcción, se construye una planta piloto que puede usarse para probar el proceso. El número de sustancias químicas que se conocen es alrededor de 5 millones. De este gran número, varios cientos de miles son comercialmente importantes, pero sólo un número pequeño se producen en grandes cantidades, medidas en millones de toneladas, a las que se les llama productos químicos. Se emplean para sintetizar otras sustancias químicas y para producir materiales importantes para la sociedad moderna. Estos productos químicos se derivan de un pequeño número de materiales básicos esenciales, como aire, agua, limadura de hierro, sal, azufre, roca fosfatada, carbón, petróleo y gas natural. Por ejemplo, el nitrógeno y el oxígeno se obtienen del aire; el ácido sulfúrico de azufre, aire y agua; el amonio del aire y el gas natural. Las sustancias químicas derivadas de fuentes minerales inanimadas se llaman químicos inorgánicos. Los compuestos derivados del carbón, petróleo y gas natural, que fueron materiales vivientes alguna vez y que son compuestos de carbón e hidrógeno, se llaman químicos orgánicos. El uso de los productos químicos está dado por lo que contienen, es decir, por su composición química. Así el amonio y la urea se usan como fertilizantes por su alto contenido de
- 2. nitrógeno un nutriente esencial de las plantas. Otra categoría de productos químicos comercialmente importantes, son aquellos valorados por lo que pueden hacer, es decir, por sus propiedades particulares más que por su composición química. A estos se les llama químicos de aplicaciones específicas. Aunque generalmente se les produce en menores cantidades que los productos químicos, tienen un papel esencial en la sociedad moderna, por ejemplo, como: pesticidas, aditivos del petróleo, aditivos plásticos, aditivos de los alimentos, químicos de automóviles, químicos fotográficos y catalizadores. La industria química produce sustancias químicas y productos de estas sustancias. Ciertos otros sectores de la industria se encargan de materiales que no se ven como sustancias químicas, pero que lo son, tales como la gasolina y los gases de petróleo hechos liquido (LPG) en la industria del petróleo, hierro y acero, aluminio, magnesio, cobre y otros metales en la industria metalúrgica. ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA NATURALEZA Hoy sabemos aproximadamente la abundancia de elementos químicos en el Universo, este valor mide la abundancia o escasez de los elementos. La abundancia es una proporción de masa o una proporción de moléculas presentes en un entorno dado en relación a los otros elementos. La mayoría de las abundancias expresadas son las relaciones de masa. Por ejemplo, la abundancia masiva de oxígeno en agua es de aproximadamente 89%, que es la fracción de la masa de agua que se compone de oxígeno. En el universo observable, la abundancia de masas de hidrógeno es 74%. Análisis del cielo por el satélite WMAP, indican que el universo es viejo 13820000000 años (con una precisión del 1%), que se compone de 73% de energía oscura, 23% la materia oscura fría, y sólo 4% de átomos (elementos químicos). Los elementos son la materia bariónica habitual, hecha de protones, neutrones y electrones, aunque a veces en algunas regiones del Universo tales como estrellas de neutrones, la materia está en la forma de iones. En la imagen de la derecha, el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, seguido por el helio, oxígeno, carbono, neón, nitrógeno, magnesio, ... La abundancia de hidrógeno y helio, es decir, de los elementos más ligeros, de número atómico 1 y 2, dominan los otros elementos que son raras en comparación con ellos. Estos dos elementos hubieron producido poco después del Big Bang, durante el núcleo síntesis primordial. El resto de los elementos más pesados hubieron producido más tarde, en las estrellas durante la nucleosíntesis estelar. Aunque el hidrógeno y el helio constituyen, respectivamente, ≈ 92 y ≈ 7% de la materia bariónica en el universo, los otros elementos, es decir el 1% restante es de enormes masas que han llevado a la aparición la vida. La abundancia de elementos disminuye exponencial mente con el número atómico (Z). Litio, berilio, boro son excepciones que muestran el agotamiento a pesar de su bajo número atómico. Hay un pico pronunciado en abundancia en las proximidades de hierro (Fe). Los Z pares son más abundantes que sus vecinos impares, esto es lo que produce en la curva, el efecto de diente de sierra (efecto par-impar).
- 3. Comúnmente se agrupan los elementos en Metales y No-Metales. Los metales son elementos que tienen generalmente brillo metálico, son maleables, dúctiles, buenos conductores del calor y de la electricidad; la propiedadfundamental que justifica la clasificación, es que sus óxidos al combinarse con el agua forman hidróxidos. Los no-metales son elementos químicos que con el oxígeno forman óxidos, que se combinan con el agua para constituir ácidos; estos óxidos se conocen con el nombre de anhídridos. La tabla periódica nos muestra que los elementos están agrupados de modo tal que parece indicar su distribución en la naturaleza. En la parte superior están los gases que constituyen la atmósfera como en nitrógeno y el oxígeno. En el centro están las sales y el agua, si se toma en cuenta que los extremos de la tabla se cierran y se unen los metales alcalinos con los halógenos. En la parte inferior están los metales que en forma de minerales se encuentran en el interior de la tierra. Los elementos químicos existentes en la naturaleza son 92 y pueden presentarse en estado gaseoso, líquido o sólido. De su unión está formada toda la materia que observamos en el Universo. A continuación, se nombrarán los elementos más abundantes en la naturaleza: Carbonó, CHidrógeno, HOxígeno, ONitrógeno, NFósforo, PPotasio, KCalcio CaMagnesio, MgFlúor, FZinc, ZnHierro, FeYodo, ICloro, ClGermanio, GeGalio GaTitanio, TiCadmio Cd. ELEMENTOS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA Hidrógeno (H) Los principales usos del hidrógeno son: a) Para la producción de amoniaco (N3H) por el proceso (Haber). b) En la producción del ácido clorhídrico al combinarse con cloro, en la síntesis del alcohol etílico (CH3OH) al combinar con monóxido de carbono. c) Refinación de petróleo. d) Hidrógeno de aceite. Boro (B): Este no metal se utiliza como fertilizante foliar y edáfico.
- 4. Carbono (C): Este metal es importante ya que forma parte de numerosos compuestos y son importantes para la vida cotidiana del ser humano. También forma parte de las estructuras de las grasas o límpidos de la cual la parte estructural está formada por el glicerol y glicerina el cual es un alcohol. El carbono también forma parte de las estructuras de ácidos nucleicos, vitaminas. Nitrógeno (N): La mayor parte del nitrógeno se encuentra en el aire de la atmósfera y se usa para fabricar amoniaco al combinarse con el hidrógeno en su forma líquida, el nitrógeno se utiliza como congelante. Oxigeno (O): Este elemento también se encuentra en el aire de la atmósfera y es muy importante en la vida del ser humano ya que el depende de su respiración. También se utiliza ampliamente en la industria y también se utiliza en la soldadura autógena o acetilénica. Flúor (F): Los usos de los fluoruros principalmente el fluoruro de sodio se utiliza en la fluoración del agua potable y en las pastas dentales para prevenir las caries. USO: Con el flúor se obtienen ciertos compuestos orgánicos halogenados como el teflón, nombre comercial del poli tetrafluoretileno, este compuesto es un plástico muy resistente a las temperaturas elevadas, a los ácidos y a la acción de los disolventes, se emplea para recubrir: sartenes, tuberías, aviones, etc. Cloro (Cl): Se utiliza para la elaboración de plástico disolvente, pesticidas, producto farmacéutico, refrigerante y colorante. También se utiliza en la desinfección y para blaquiar textiles. Bromo (Br): Los compuestos orgánicos que contienen bromo se utilizan como intermediarios en las síntesis industriales de colorantes. Los bromuros inorgánicos se utilizan como medicina en el blanqueo de tejidos y en fotografías bromuro de plata.
- 5. Yodo: Sus compuestos no se usan tan extensamente como las de otros halógenos del grupo 7ª y sus principales usos: productos farmacéuticos, pinturas, para fotografía en su forma de yoduro de plata y también como desinfectantes. Combustibles y carburantes: Los combustibles son cuerpos capaces de combinarse con él oxigeno con desprendimiento de calor. Los productos de la combustión son generalmente gaseosos. Por razones prácticas, la combustión no debe ser ni muy rápida ni demasiado lenta. Carbones naturales: Los carbones naturales proceden de la transformación lenta, fuera del contacto con el aire, de grandes masas vegetales acumuladas en ciertas regiones durante las épocas geológicas. Madera: La madera se utiliza sobre todo en la calefacción doméstica. En los hogares industriales, salvo en los países en que es muy abundante, no suele emplearse. Combustibles líquidos Petróleo: Se encuentra en yacimientos subterráneos, se extrae haciendo perforaciones que pueden alcanzar los 7000 m de profundidad. él petróleo bruto, que contiene agua y arena, es llevado a unos recipientes de decantación; El petróleo bruto, líquido de aspecto muy variable, es una mezcla extremadamente compleja de numerosos hidrocarburos, con pequeñas cantidades de otras sustancias. Combustibles gaseosos. Gas natural: En el interior de la corteza terrestre existen bolsas que contienen cantidades importantes de gases combustibles cuyo origen es probablemente análogo al de los petróleos. La presión de estos gases suele ser elevada, lo cual permite su distribución económica a regiones extensas. Están constituidos principalmente por metano, con pequeñas cantidades de butano, y aun por hidrocarburos líquidos. Estos, una vez extraídos, constituyen un buen manantial de gasolina. ELEMENTOS DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL Aluminio: Es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por los que se emplea en la construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos. Se extrae de la bauxita por reducción electrolítica. Cobalto: Se emplea en la elaboración de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. Se emplea en herramienta mecánica de alta velocidad,
- 6. imanes y motores. En forma de polvo, se emplea como pigmento azul para el vidrio. Su isotopo radiactivo se emplea en el Instituto Nacional de Investigación Nuclear (ININ) de México, por que produce radiaciones gamma. Mercurio: Es resistente a la corrosión y un bueno conductor eléctrico. Se usa en la fabricación de instrumentos de presión, baterías, termómetro, barómetro, amalgamas dentales, sosa cáustica, medicamentos e insecticidas. USO: Se le emplea en la fabricación de instrumentos de precisión, baterías, termómetros, barómetros, amalgamas dentales, armas para preparar cloro, sosa caustica, medicamentos insecticidas, fungicidas y bactericidas. Antimonio: Se utiliza, metal de imprenta, baterías y textiles. Plata: Se emplea en la acuñación de monedas y manufacturas de vajillas y joyas, en fotografías, aparatos eléctricos, aleaciones y soldaduras. USO: La producción de plata en México se obtiene como subproducto del beneficio de sulfuros de plomo, cobre y zinc que la contienen. Recientemente se ha substituido su uso en monedas por la aleación cobre-níquel. Cobre: Usado principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración de monedas y aleaciones como el latón y bronce. Plomo: Se emplea para la fabricación de barias y acumuladores, de pinturas, soldaduras e investigaciones nucleares. USO: El plomo se usa en la manufactura de acumuladores; en la fabricación de metales para chumaceras; en la copelación de la plata, en la fabricación de tubos y de soldaduras, en la elaboración de tipos de imprenta, en la fabricación del litargirio y del minio.
- 7. Hierro: Se utiliza en la industria, el arte y la medicina. Para fabricar acero, cemento, fundiciones de metales ferrosos, además es un componente importante de la sangre contenido en la hemoglobina. Oro: Es el patrón monetario internacional, sus aleaciones se emplean en joyerías, y ornamentos, piezas dentales y equipo científicos de elaboración. En la actualidad se ha reemplazado por iridio y rutenio en la joyera, y en piezas dentales, por platino y paladio. USOS: El oro se emplea en gran escala para la acuñación de monedas y para la fabricación de joyas. En odontología se usa porque es un metal inalterable, es atacado únicamente por el agua regia. ELEMENTOS DE IMPORTANCIA AMBIENTAL Bromo: Sus vapores contaminan el aire, además sus compuestos derivados solo lacrimógenos y venenosos. Azufre: Sus óxidos (SO2 Y SO3) contaminan el aire y mezclados con agua producen la lluvia ácida. Algunas sustancias como los derivados clorados, sulfatos y ácidos son corrosivos, el gas H2S es sumamente toxico y contamina el aire. Cadmio: Contamina el agua y el aire es constituyente de algunos fertilizantes que contaminan el suelo. Mercurio: Contamina el agua, el aire y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y como el hombre los ingiere, lo incorpora a sus tejidos. También puede absorberse por la piel. Antimonio: El envenenamiento por antimonio se produce por ingestión, inhalación de vapor y principalmente por un gas llamado estibina.
- 8. Arsénico: En general, todos sus compuestos y derivados son altamente tóxicos. Fósforo: Debido a que se emplea en la síntesis de pinturas, plaguicidas y fertilizantes, contaminan el aire, el suelo y el agua. Plomo: Contaminan el aire, el agua y el suelo (produce graves daños a la agricultura), y cuando se inhala o se ingiere como alimento, se acumula en el cuerpo y produce una enfermedad conocida como saturnismo. Cloro: Sus vapores contaminan el aire y son corrosivo. En forma de clorato, contamina el agua, además de forma mezcla explosiva con compuestos orgánicos que dañan el hígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan al sistema nervioso. Cromo: En su forma de cromado soluble contamina el agua. Sus compuestos son perjudiciales para el organismo, pues destruyen todas las células. Manganeso: Los polvos y humos que contienen manganeso causan envenenamientos y atrofian el cerebro, cuando se inhala, además de contaminar el agua. ELEMENTOS CONTAMINANTES La Tierra se empezó a contaminar a partir de la invención del fuego, pero fue con la revolución industrial que el ser humano empezó a incorporar al ambiente un sinnúmero de sustancias y elementos químicos que han deteriorado la calidad del ambiente de forma impresionante. Esto ha dado origen a una serie de enfermedades de todo tipo, predominando las enfermedades alérgicas, pero también producen enfermedades crónicas, anomalías congénitas y trastornos en la reproducción, envenenamientos, dermatitis, problemas en el crecimiento y desarrollo integral y en el aprendizaje, entre otros. Entre los principales contaminantes están gases tóxicos como el ozono o el monóxido de carbono, los hidrocarburos, las partículas de metales, los aerosoles.
- 9. Antimonio. El antimonio se emplea en aleaciones, metal de imprenta, baterías, cerámica y textiles. El envenenamiento se produce por ingestión, inhalación de vapores y principalmente por un gas llamado estibina. Arsénico. Se emplea en venenos para hormigas, insecticidas, pinturas, medicamentos y vidrio. Es uno de los elementos más venenosos que hay, así como sus compuestos, todos sin excepción. Azufre. Principalmente sus óxidos SO2 Y SO3 contaminan el aire y con agua producen la lluvia ácida. Substancias tales como derivados clorados de azufre, sulfatos, ácidos, son corrosivos. El gas H2S es sumamente tóxico y contaminan el aire. El azufre es empleado en algunos medicamentos para la piel. Bromo. Sus vapores contaminan el aire, además sus compuestos derivados son lacrimógenos y venenosos. Cadmio. Metal tóxico que se origina en la refinación del zinc; también proviene de operaciones de electro deposición y por tanto contamina agua y aire. Contenido en algunos fertilizantes y contamina el suelo. Cloro. Sus vapores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea en forma de cloratos para blanquear la ropa, para lavados bucales, para cerillos. Los cloratos son solubles en agua y la contaminan además de formar mezclas explosivas con compuestos orgánicos. Cromo. El cromo y sus compuestos son perjudiciales al organismo, pues destruyen todas las células. Se le emplea en síntesis orgánicas y en la industria del acero. Un cromato soluble contamina el agua. Fósforo. El fósforo blanco o amarillo es muy venenoso. El fósforo rojo no lo es, pero se encuentra contaminado por el blanco. Se emplea fósforo, en síntesis, pinturas, fertilizantes, plaguicidas, ocasionando contaminación de aire, suelo y agua. El gas PH3 es muy venenoso y los vapores de compuestos orgánicos fosforados contaminan el aire.
- 10. Manganeso. Se emplea en la manufactura del acero y de pilas secas. La inhalación de polvos y humos conteniendo manganeso causa envenenamiento. También contamina el agua y atrofia el cerebro. Mercurio. Metal de gran utilidad por ser líquido, pero contamina el agua, aire y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y finalmente el hombre los come. Plomo. El plomo se acumula en el cuerpo conforme se inhala del aire o se ingiere con los alimentos y el agua. La mayor parte del plomo que contamina el aire proviene de las gasolinas para automóviles, pues se requiere para proporcionarle propiedades antidetonantes. También se le emplea en pinturas, como metal de imprenta, soldaduras y acumuladores. Por su uso el organismo se ve afectado de saturnismo. Sus sales son venenosas como el acetato.