Exploración de la Química Industrial: Polímeros, Procesos y Productos

Clasificación de Polímeros y sus Usos

Clasificación de Polímeros

• Polímeros Naturales: Caucho natural, Proteínas, Polisacáridos.
• Polímeros Artificiales: Polinitrilo, Poliamidas, Poliéster, Polietileno, Polistireno.

Nota: Buna, baquelita y neopreno son polímeros sintéticos, no naturales. La baquelita es un polímero termoestable, mientras que el buna y el neopreno son elastómeros sintéticos.

Usos de Polímeros Importantes

• Proteínas: Constituyentes esenciales de los seres vivos, con funciones estructurales, enzimáticas, hormonales, etc.
• Caucho natural: Neumáticos, sellos, aislamientos.
• Polietileno: Bolsas, envases, tuberías.
• Polisacáridos: Almidón (energía), celulosa (estructura vegetal), quitina (exoesqueletos).
• Poliamidas: Fibras textiles (nylon), piezas de ingeniería.

Obtención de Sustancias del Agua de Mar

Sodio: Se obtiene por evaporación del agua de mar, proceso que concentra las sales disueltas. La sal marina, principalmente cloruro de sodio, cristaliza y puede ser recolectada. El decrepitar observado al calentar la sal se debe a la rápida evaporación del agua atrapada entre los cristales.

Magnesio: Se obtiene del agua de mar mediante un proceso químico que implica la precipitación del hidróxido de magnesio [Mg(OH)₂] y su posterior conversión a cloruro de magnesio (MgCl₂). Finalmente, se obtiene magnesio metálico por electrólisis del MgCl₂ fundido.

Cloro: Se produce por electrólisis del agua de mar o de salmueras concentradas. En este proceso, el cloro gaseoso (Cl₂) se genera en el ánodo.

Bromo: Se obtiene de las salmueras por oxidación del ion bromuro (Br^-) con cloro (Cl₂): 2Br^- + Cl₂ → Br₂ + 2Cl^-. Posteriormente, se separa el bromo molecular (Br₂) del cloro mediante destilación.

Hidróxido de sodio: Se produce mediante la electrólisis de salmueras (cloruro de sodio en agua). Este proceso genera hidróxido de sodio (NaOH) en el cátodo, cloro gaseoso (Cl₂) en el ánodo e hidrógeno gaseoso (H₂).

Procesos Unitarios y Eutrofización

Eutrofización:

• El agua se carga de bacterias saprofitas que consumen restos orgánicos en descomposición. (Biológico)
• El agua de los ríos, lagos y mares contiene microorganismos patógenos. (Biológico)
• Los derrames de petróleo o mareas negras. (Químico)
• Los relaves de las minas en los ríos. (Físico y Químico)
• La sobrepoblación de algas y plantas acuáticas en los ríos, lagos y mares. (Biológico)

Justificación: La eutrofización es un proceso principalmente biológico impulsado por el exceso de nutrientes, que provoca un crecimiento descontrolado de algas y plantas acuáticas. Los derrames de petróleo introducen sustancias químicas al ecosistema, mientras que los relaves mineros alteran físicamente el entorno y pueden liberar compuestos químicos tóxicos. La presencia de microorganismos, tanto saprofitos como patógenos, es un componente natural de los ecosistemas acuáticos, pero su proliferación puede estar relacionada con la eutrofización.

Prospección del Petróleo

La etapa de búsqueda de yacimientos de petróleo en cuencas sedimentarias ricas en materia orgánica se denomina prospección.

Contaminación Industrial

¿Puede afirmarse que una industria que emite a la atmósfera una sustancia inerte es una industria contaminante?

Sí, aunque una sustancia sea inerte por sí misma, su emisión a la atmósfera puede considerarse contaminante. La acumulación de sustancias, incluso inertes, puede alterar las propiedades físicas y químicas del aire, afectando la calidad del mismo y pudiendo generar problemas a largo plazo. Además, la interacción de una sustancia inerte con otros compuestos presentes en la atmósfera puede dar lugar a la formación de contaminantes secundarios.

Costos en Procesos Químicos

Procesos con predominancia del costo de energía: Producción de aluminio por electrólisis, fabricación de amoníaco (proceso Haber-Bosch).

Procesos con predominancia de la mano de obra: Ensamblaje de dispositivos electrónicos, fabricación de productos farmacéuticos especializados.

Relación de la Industria del Plástico

• Dracon: Poliéster
• Lexan: Policarbonato
• Bakelita: Polímero de fenol-formaldehído
• Relleno para cojines: Poliuretano
• Celulosa: Polímero natural

El Metano en la Industria Química

El metano no se suele incluir en las listas de los 50 productos químicos industriales más importantes, a pesar de su relevancia, porque se considera una materia prima derivada del gas natural, más que un producto químico manufacturado en grandes cantidades por la industria química. Se utiliza principalmente como combustible y como materia prima para la producción de otros productos químicos.

Diferencias entre Experimentos a Diferentes Escalas

• Laboratorio: Se utilizan pequeñas cantidades de reactivos y equipos sencillos. El objetivo principal es la investigación y el desarrollo.
• Planta piloto: Se trabaja con cantidades intermedias de materiales y equipos a escala reducida. Se busca optimizar las condiciones del proceso antes de la producción industrial.
• Nivel industrial: Se opera a gran escala, con grandes cantidades de reactivos, equipos complejos y procesos automatizados. El objetivo es la producción masiva.

Fuentes de Energía y sus Ventajas

Productos Químicos Industriales

Características de los 50 productos químicos industriales más importantes:

• El ácido sulfúrico (H₂SO₄) suele ocupar el primer lugar debido a su amplio uso en la fabricación de fertilizantes, polímeros, fármacos, pinturas, papel, detergentes y refinado de petróleo.
• La lista se divide en categorías: productos químicos inorgánicos (generalmente los 10 primeros) y productos químicos orgánicos.
• La posición del oxígeno en la lista se relaciona directamente con la producción anual de acero, ya que se utiliza en grandes cantidades en la industria siderúrgica.

Productos Relacionados con la Industria Química

• Productos químicos orgánicos e inorgánicos
• Petróleo y productos derivados del carbón
• Fertilizantes
• Vidrio
• Polímeros
• Jabones y detergentes
• Pinturas
• Papel
• Fármacos
• Alimentos
• Productos para la industria textil
• Productos fotográficos
• Dispositivos eléctricos y electrónicos
• Productos para la industria nuclear
• Productos para el arreglo personal