del tequesquite al adn algunas facetas de la quimica

DEL TEQUESQUITE AL ADN. ALGUNAS FACETAS DE LA QUMICA EN MXICO

DEL TEQUESQUITE AL ADN. ALGUNAS FACETAS DE LA QUMICA EN MXICO

Autores: ANDONI GARRITZ RUIZ / JOS ANTONIO CHAMIZO

COMIT DE SELECCIN EDICIONES DEDICATORIA INTRODUCCIN I. LA QUMICA EN MXICO. UN POCO DE

...LA HISTORIA CIENTFICA MEXICANA II. EL PETRLEO Y SUS QUIMIDERIVADOS III. MACROMOLCULAS CONTRAPORTADA

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/delteque.htm15/08/2012 09:10:19 p.m.

COMIT DE SELECCIN

COMIT DE SELECCIN

Dr. Antonio Alonso

Dr. Gerardo Cabaas

Dr. Juan Ramn de la Fuente

Dr. Jorge Flores Valds

Dr. Leopoldo Garca-Coln Scherer

Dr. Toms Garza

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Dr. Ral Herrera

Dr. Jaime Martuscelli

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Dr. Juan Jos Rivaud

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Coordinadora:

Mara del Carmen Faras

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EDICIONES

EDICIONES

Primera edicin (La Ciencia para todos), 1989

Segunda edicin, 1995

Tercera edicin (La ciencia para Todos), 1997

Se prohibe la reproduccin total o parcial de esta obra

incluido el diseo tipogrfico y de portada,

sea cual fuere el medio, electrnico o mecnico,

sin el consentimiento por escrito del editor.

La ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Econmica, al que pertenecen tambin sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaria de Educacin Pblica y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa.

D.R. 1989 FONDO DE CULTURA ECONMICA, S.A. DE C. V.

D.R. 1995 y 1997 FONDO DE CULTURA ECONMICA

Carretera Picacho-Ajusco 227, 14200 Mxico, D.F.

ISBN 968-l6-5232-0 (3a. edicin)

ISBN 968-l6-4735-1 (2a. edicin)

ISBN 968-l6-3038-6 (la. edicin)

Impreso en Mxico


DEDICATORIA

DEDICATORIA

A nuestros padres:

JESS DE GARRITZ

JOS CHAMIZO


INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

QUMICA: LA CIENCIA CENTRAL

Podra decirse que la qumica es la ciencia de las transformaciones de la materia. Durante un cambio qumico, la apariencia de las cosas se modifica de manera radical. Por ejemplo, parece mentira que a partir de un metal muy activo (el sodio) y un gas txico verdoso (el cloro) se obtenga la sal con la que condimentamos los alimentos. Tampoco el leo que se mete a la hoguera en nada se parece a las cenizas que se recogen y a los gases que se producen durante su combustin.

Esa magia del cambio qumico ha fascinado a la especie humana durante siglos. Es suficiente imaginar la cara de los primeros humanoides al ver el oscilante e inexplicable fuego durante una combustin, o la de quien por primera vez logr transformar las piedras en lustrosos metales! Tambin debi ser espectacular el descubrimiento alqumico del mercurio. Basta calentar el mineral rojizo llamado cinabrio para ver cmo se empiezan a condensar las gotas de este bello metal lquido.

Aunque la explicacin cientifica del cambio qumico tard muchos siglos en llegar, el hombre aprendi a transformar los materiales desde sus primeras pocas. En el primer captulo de este libro citamos algunos casos notables logrados en el valle del Anhuac y zonas circunvecinas, antes y despus de la Colonia. Los dos captulos restantes estn dedicados a comentar otros tantos ejemplos de lo que la qumica puede hacer para transformar la materia. Es suficiente trastocar mnimamente la estructura de las moleculas para obtener nuevos productos, con propiedades totalmente diferentes. El primer ejemplo trata someramente la qumica del petrleo y el segundo la existencia y produccin de molculas gigantes, llamadas polmeros. En ambos comentaremos la situacin de Mxico.

Hoy, la qumica es considerada una ciencia bsica. Con justicia se le denomina la ciencia central, pues se nutre de los resultados de la fsica y proporciona a la biologa el fundamento molecular de los fenmenos en los seres vivientes.

Hace apenas 200 aos que los trabajos de pioneros dieron base slida y mtodo cientfico propio a la qumica. Se trata, sin duda, de una ciencia joven. Sin embargo, ese tiempo relativamente corto ha servido para orientar al hombre hacia la transformacin de la naturaleza. La qumica ha sido til para obtener nuevos materiales, de los que estamos rodeados, para interpretar multitud de fnomenos, incluida la vida misma. No obstante, no siempre estas transformaciones inducidas se han llevado a cabo con el respeto que la naturaleza merece. En el proceso de sanear nuestra contaminada biosfera, la qumica tambin habr de ser empleada como herramienta central.

El objetivo medular que se persigue es que el lector haga propios los alcances de esta ciencia y se percate de su presencia constante en la vida cotidiana del ser humano moderno, en este pas y en el mundo entero. Intentamos, pues, compaginar este trabajo justificando as el nombre de esta serie: La Ciencia desde Mxico.

Cuando se hace necesario empleamos palabras propias del vocabulario quimico, as como frmulas; no hacerlo sera equivalente a querer narrar un partido de futbol sin mencionar tiro de esquina, pena mxima o ni siquiera, gol! Sin embargo, hemos puesto cuidado de no inundar el texto de tecnicismos que lo vuelvan ilegible. Es ms, la incorporacin del lenguaje qumico se ha hecho paulatinamente. La densidad de conceptos y frmulas es mayor hacia el final.

A lo largo de la obra hemos utilizado recuadros para explicar ms detalladamente algunos trminos usuales en la qumica. Estos recuadros podrn ser evitados por el lector conocedor, pero representan un microcurso de qumica para el no familiarizado con esta ciencia, como un estudiante de secundaria, por ejemplo.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/072/htm/sec_4.htm (1 de 2)15/08/2012 09:10:22 p.m.

INTRODUCCIN

Resulta perentorio presentar al mexicano comn y corriente una imagen til y cotidiana de la qumica. Es indispensable modificar radicalmente los esquemas predominantes de la difusin y la enseanza de las ciencias. Para lograrlo se requiere incorporar tempranamente temas de la qumica orgnica, como los que se presentan en los captulos II y III de esta obra. En resumen, esperamos que la lectura de este libro proporcione una idea realista e interesante de la ciencia central, que motive al lector a la profundizacin y venza, en por lo menos algn estudiante, la fobia existente hacia el aprendizaje de las ciencias. Si ello ocurre, los autores estaremos satisfechos, pues estamos convencidos de que este pas no ir a ninguna parte sin ms y mejores cientficos e ingenieros.

Julio de 1988

Casi seis aos despus de haber escrito la primera introduccin, nuestro pensar no se ha transformado un pice respecto a los objetivos que guiaron la escritura de esta obra. No obstante, nuestro mundo s ha evolucionado a velocidad impensable. Los cambios en nuestro pas han sido fundamentales, por lo menos en los aspectos econmico y ambiental.

Del tequesquite al ADN se ha vuelto una lectura comn para muchos estudiantes del bachillerato, gracias a la estupenda acogida que le dieron un sinnmero de profesores. Nos ha tocado analizar el libro en una multitud de escuelas y gozar con el hecho de que reseas del mismo hayan sido premiadas en el concurso Para leer la Ciencia desde Mxico. En esas ocasiones, al conocer los puntos de vista de los lectores jvenes, se hizo transparente para nosotros la necesidad de actualizarlo. En los alumnos surgan nuevas preguntas que la primera edicin no alcanzaba a resolver: qu es la gasolina Magna Sin? Y el disel Sin? Y los convertidores catalticos de los autos? Todava no se hacen detergentes biodegradables en Mxico?

Las transformaciones ms importantes de esta revisin afectaron esencialmente al segundo captulo, aunque los otros dos tambin las sufrieron. El resultado nos vuelve a dejar satisfechos. Veremos cunto tiempo nos dura la satisfaccin. Suponemos que poco, pues cada da prospera una conciencia ambiental ms clara, ms equilibrada y ms profunda. La industria qumica realiza esfuerzos importantes dirigidos hacia el bienenestar de sus trabajadores, sus consumidores y el medio ambiente, as que su metamorfosis continuar. Y con ella la de Del Tequesquite al ADN.

ANDONI GARRITZ JOS ANTONIO CHAMIZO Enero de 1994


I. LA QUMICA EN MXICO. UN POCO DE LA HISTORIA CIENTFICA MEXICANA


CIERTO ES que la qumica, como parte de la ciencia, es un patrimonio universal. Cualquiera de sus leyes y teoras puede ser verificada en cualquier punto del planeta, siempre que se siga la experimentacin adecuada. No obstante, el desarrollo de la ciencia sigue modelos cambiantes de un lugar a otro. La actividad cientfica misma se desenvuelve en un medio local que influye sobre ella. Por esta razn, diversos pasajes de este captulo contienen citas, datos y ancdotas correspondientes al desarrollo de la qumica en Mxico.

Debido a diferentes razones, la investigacin cientfica ha prosperado muy lentamente en el pas. En particular, la investigacin qumica sufre un retraso adicional cuando se la compara con la que se realiza en otras ciencias bsicas, tales como la fsica o la biologa. Sin embargo, aqu se han dado diversos hallazgos sobresalientes, algunos de los cuales vale la pena relatar en este captulo.

LOS TOMOS EN ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Podra el lector levantar la vista del libro en este momento? Observe la solidez de las paredes de la casa, ese objeto metlico, aquel vistoso rbol, los colores de ese cuadro, el aire aparentemente inexistente, el caf que toma en esa taza de plstico, el papel y la tinta de este libro... Todo, todo cuanto existe est formado por una cantidad menor que cien elementos, del hidrgeno al uranio. Bastan 92 de esos "ladrillos" para construir cualquier cosa. Cmo es posible tal diversidad?

Figura 1. Dos tipos de agregados estables de tomos. a) Molcula del agua que muestra dos tomos de hidrgeno enlazados a un oxgeno. b) Red de cloruro de sodio. En este compuesto los tomos de cada elemento adquieren carga elctrica y forman lo que se conoce como iones. De aqu el nombre de slidos inicos.

Para los griegos, todas las cosas estaban hechas por diferentes proporciones de aire, agua, fuego y tierra. Esta visin cambi conforme pudieron separarse los componentes de las mezclas. As, los cientficos encontraron sustancias puras que no podan descomponerse en otras ms simples. Estas sustancias reciben el nombre de elementos qumicos. Por ejemplo, hace apenas dos siglos sabemos que ni el aire ni el agua son sustancias elementales.

Fue el ingls John Dalton, un profesor de escuela, quien hacia principios del siglo pasado



esboz la respuesta: Toda la materia est formada de pequesimas partculas, los tomos, de los cuales existen en forma natural menos de una centena.

De esta forma surgi la primera clasificacin de las sustancias puras. Los elementos estn formados por una multitud de tomos, pero todos equivalentes. Por su parte, los compuestos contienen tomos de dos o ms diferentes elementos. As, por ejemplo, el hierro es un elemento; slo contiene un tipo de tomo, el de hierro. Sin embargo, la herrumbre es hierro oxidado, por lo tanto, un compuesto con tomos de hierro y oxgeno, al que pomposamente los qumicos denominamos xido de hierro (III).

SMBOLOS Y FRMULAS QUMICAS

Desde el siglo pasado, los qumicos usan letras maysculas, seguidas en ocasiones por una minscula, para dar smbolo a un tomo o un elemento. As, H significa un tomo de hidrgeno, o tambin el elemento hidrgeno.

C carbono

H hidrgeno

O oxgeno

N nitrgeno

P fsforo

S azufre

Los anteriores son los smbolos de los seis elementos constituyentes de todos los seres vivos.

Los smbolos qumicos provienen de palabras del latn. Por ejemplo, Fe viene de ferrum, la palabra latina para designar al hierro. El extrao smbolo del sodio, Na, viene del latn natrium.



Figura 2. Cuadro cronolgico del descubrimiento de los elementos qumicos. Se citan tambin las tcnicas que llevaron a los hallazgos. (Tomado de Cruz, Chamizo y Garritz, Estructura atmica. Un

enfoque qumico, Addison Wesley Iberoamericana Wilmington, 1986.)

Los tomos pueden formar agregados estables que caracterizan a todo material puro. Un tipo de agregado, las molculas, contiene unos pocos tomos reunidos. Otros, por el contrario, estn formados por enormes bloques de elementos repetidos que se encuentran enlazados, los llamados slidos inicos.

El nmero de combinaciones que pueden alcanzarse a partir de 92 elementos es impensable, de all la diversidad de ellas en la naturaleza.

Para abreviar y referir a las sustancias puras con propiedad, el qumico hace uso de frmulas, expresando los elementos presentes y la proporcin que existe en aquellas de cada uno de los tomos.

Cuando escribe "NaCl", el qumico habla de una sustancia que slo contiene sodio y cloro, y que por cada tomo de sodio contiene uno de cloro. Slo hay un compuesto con estas caractersticas: la sal comn. Por otro lado, el bicarbonato de sodio que se empleaba para



combatir las agruras tiene por frmula NaHCO3, por lo cual debe entenderse que cada tomo de sodio viene acompaado de uno de hidrgeno, uno de carbono y tres de oxgeno.

EN EL MEXICO PREHISPNICO

Desde antes de la Conquista, los pobladores del valle de Mxico saban de la existencia y el aprovechamiento de las sales alcalinas. En tiempo de secas, estas sales afloraban a la superficie y formaban costras, que recibieron el nombre de tequixquitl o tequesquite. Sahagn cita que: "La tierra salitrosa se llama tequixquitlalli, que quiere decir tierra donde se hace el salitre." El lago de Texcoco contiene 81% de sales, entre las que sobresale el carbonato de sodio, Na2CO3, con 45%, y el cloruro de sodio, NaCl, con 34 por ciento.

El comercio del tequesquite se haca en Iztapalapa, nombre que significa "pueblo donde se recoge la sal" o ixtail. As, en el nombre Ixtapan de la Sal se hace un uso redundante de dos lenguas.

Al aadir el tequesquite a la comida se condimentaba con sal y se facilitaba la coccin de las legumbres. Tambin se lo emple como detergente alcalinizante ligero.

Figura 3. El caracol. Las aguas del lago de Texcoco siguen siendo aprovechadas hoy para obtener carbonato de sodio. Como primer paso, la industria Sosa Texcoco emplea un enorme evaporador solar, de 800 hectreas!, Que concentra en sales las aguas extradas del subsuelo. (foto tomada del artculo "un caracol gigante permanece activo", ICYT, nm. 136, enero de 1988, p.47. cortesa del ingeniero

Alberto Urbina del Razo.)

LOS CIDOS, LAS BASES Y LAS SALES

En qumica, como en todas las ciencias, se acostumbra efectuar clasificaciones. En este caso, lo que se clasifica son los tipos de sustancias puras conocidas. Existen unas los cidos con sabor agrio, que cuando se disuelven en agua liberan partculas llamadas iones hidrgeno (H+). Un ejemplo es el vinagre, que es una disolucin de cido actico en agua. Otras sustancias las bases, tambin llamadas lcalis tienen un sabor amargo y se sienten resbalosas al tacto. Al disolver una base en agua se reduce la proporcin de iones hidrgeno. La leche de magnesia que tomamos contra la acidez estomacal es una base.

Se puede decidir si un compuesto es cido o base gracias a sustancias especiales, llamadas indicadores,que cambian de color en funcin de la concentracin de los iones hidrgeno presentes. Por ejemplo, el papel tornasol adquiere color rojo en presencia de un cido, y azul frente a una base. Hasta un t negro cambia de color al aadirle unas gotas de limn, verdad?

cidos y bases desempean un papel esencial en la qumica de nuestra vida diaria. Son ampliamente utilizados en diversos procesos de manufactura y de ellos depende, entre otras cosas, el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo y el de todos los seres vivientes. Por ejemplo, la acidosis o la alcalosis de la sangre pueden provocar la muerte. Igualmente, la



mayora de las cosechas crecen sanamente en suelos ligeramente cidos. De esta forma, del anlisis que lleve a cabo y de las medidas que tome el qumico agrcola, depende la productividad del suelo y, por lo tanto, la existencia de suficiente alimento.

Ambos tipos de compuestos se combinan, aniquilando uno al otro sus propiedades originales. El resultado es la formacin de una sal. La sal comn NaCl, cloruro de sodio se obtiene al combinar un cido que contiene cloro (HCl, cido clorhdrico) con una base que posee sodio (NaOH, hidrxido de sodio o sosa custica, que, por cierto, es comn para las amas de casa, pues es buena para destapar caos obstruidos!).

En el cuadro 1 se muestran los nombres de algunas sales con sus aplicaciones.

CUADRO 1. Algunas sales y sus aplicaciones.

Nombre Aplicaciones

Bicarbonato de sodio (polvo para hornear) Anticido

Bromuro de plata Emulsiones fotogrficasCarbonato de sodio deshidratado (sosa de lavar)

Manufactura del vidrio; ablandador de agua

Cloruro de calcio Para deshielo de calles y aceras en pases friosCloruro de potasio Sustituto de la sal, libre de sodio

Cloruro de sodio (sal de mesa) Electrlito corporal; manufactura de cloro y sosa castica

Fluoruro de sodio (fluorita)Para obtener de derivados fluorados (el tefln de las sartenes, por ejemplo)

Ioduro de sodio Se mezcla con la sal comn para prevenir el bocioNitrato de plata Agente cauterizantePermanganato de potasio Desinfectante y fungicidaSulfato de aluminio y potasio (alumbre)

Industria del vidrio; pigmentos y tintorera

Sulfato de amonio Fertilizante

Sulfato de bario Estudios gastrointestinales; pigmento blancoSulfato de calcio dihidratado Yeso para construccinSulfato de cobre pentahidratado (azul de vitriolo) Tintura; fungicida

Sulfato de magnesio heptahidratado (sal de Epsom) Purgante

Sulfato de sodio decahidratado (sal de Glauber) Purgante

Tiosulfato de sodio Agente fijador en el proceso fotogrfico

Es caracterstico de todas las sales formar cristales, que son la manifestacin macroscpica del arreglo interno ordenado de sus tomos.



OTRAS SUSTANCIAS CONOCIDAS ANTES DE LA CONQUISTA

La sal comn era apreciada por los antiguos mexicanos. Se dice que su carencia fue motivo de guerra entre aztecas y tlaxcaltecas.

Entre otras sales conocieron tambin el alumbre, la mica, el yeso y la calcita, con las que fabricaron colorantes, recubrieron muros y labraron columnas. Respecto a las piedras preciosas, trabajaron la turquesa, el jade, el azabache, el ojo de gato, el rub y el mbar. Los dignatarios aztecas usaban, en forma exclusiva, piedras preciosas verdes de fluorita (fluoruro de calcio), mineral del que Mxico sigue siendo primer productor mundial.

El cristal de roca (cuarzo) fue bellamente trabajado en el Mxico antiguo. En Monte Albn, Oaxaca, se encontraron copas, orejeras y cuentas de este material. Se piensa tambin que son mixtecas las calaveras de cristal de roca del Museo del Hombre en Pars y del Britnico de Londres.

Su cermica era poco tcnica, pero muy artstica. Los olleros de Tlaxcala, a juicio de Gmara, hacan tan buena loza como la que haba en Espaa. Un buen nmero de minerales serva para la elaboracin de colores para pintura, especialmente los xidos de hierro, el negro de humo y las arcillas mineralizadas. El color rojo que obtenan de la cochinilla (nocheztli), o sangre de tunas, fue exportado a todo el mundo por los espaoles y utilizado durante siglos.

El barro y el adobe fueron materiales comunes de edificacin en las ms antiguas construcciones del valle de Mxico (el cerro del Tepalcate y la pirmide de Cuicuilco). Los aztecas obtenan una especie de cemento al mezclar la cal con una arcilla negra. Por otra parte, los muros de las casas de Moctezuma estaban revestidos con jaspe, una variedad cristalina del cuarzo, de muy diversos colores.

CUADRO 2. Los metales en el Mxico antiguo.

Metal Smbolo Aplicaciones

Oro

Au

Los mexicanos llamaban a este elemento teocuitlat (excremento de los dioses).

Por su color y belleza era considerado el smbolo del Sol. Se extraa, por ejemplo, de los ros de Oaxaca y Veracruz

Plata

Ag

Fue utilizada para hacer adornos, tanto sagrados como para los nobles. Se la encontraba en estado nativo en las arenas de los ros. No obstante, se explotaba en yacimientos de Pachuca, Taxco y Zumpango. Los objetos de plata abundaban en el mercado de la gran Tenochtitlan.



Cobre

Cu

Tuvo mltiples usos. Los zapotecas lo incluan en monedas y hachas. Los mayas en cascabeles, como ornamento dedicado al dios de la muerte. Se han hallado palas de cobre de los agricultores aztecas.

Estao

Sn

Se obtena y trabajaba en Taxco y se venda en el mercado de Tenochtitlan. Del cenote sagrado de Chichn Itz se extrajeron objetos de metal.

Mercurio

Hg

Varios gramos de mercurio nativo se hallaron en una tumba maya en Copn (Honduras). Este metal fue conocido por los indgenas de Chilapa y, tal vez, por los de Temascaltepec (Estado de Mxico).

Plomo

Pb

A pesar de su poco uso, se le ha encontrado como parte de aleaciones. Se vendi en Tenochtitlan con el nombre de tenetztli (piedra de luna).

Hierro

Fe

Lo conocieron por formar parte de meteoritos, y aparentemente no se utilizaba.

Para construir armas emplearon el vidrio volcnico (obsidiana) y extraan diversas resinas (incluido el hule) que empleaban como pegamentos en la pintura y la medicina.

Los aztecas producan varios tipos de tejidos. El ms comn era el hequen, fabricado con las fibras de magueyes y agaves. La clase alta empleaba vestidos de algodn blanco. Hacan papel con la corteza del rbol amatl.

El azcar, que obtenan por evaporacin del aguamiel, la usaban en su alimentacin, lo cual era un lujo en la Europa de aquella poca. Tambin conocan la fermentacin, por medio de la cual fabricaban el pulque.

Respecto a los metales, los aztecas conocan los siete elementos de los alquimistas (oro, plata, cobre, estao, mercurio, plomo y hierro; vase el cuadro 2). Se ha insistido en que slo trabajaban los metales nativos, o sea que nunca alcanzaron la edad del hierro, ya que este metal lo encontraron nicamente en meteoritos. Sin embargo, segn Humberto Estrada, un



hacha hallada en Monte Albn, con 18% de hierro, prueba lo contrario.

La herbolaria se desarroll enormemente en el Mxico precortesiano. Los aztecas curaban sus males con plantas medicinales. En 1555, un mdico indgena de Xochimilco, Martn de la Cruz, recopil en un libro los medicamentos empleados por los mexicas (vase la figura 4). Este libro, con material grfico excepcional, apareci en 1925 en la Biblioteca del Vaticano, despus de siglos de aparente prdida.

Figura 4. El libro sobre herbolaria medicinal mexicana de Martn de la Cruz es un importante legado para la botnica y la medicina tradicionales. Todava en aos recientes, su estudio permiti al grupo del

doctor Jos Luis Mateos, en el IMSS, encontrar el principio activo del cihuapahtli o zoapatle. De la Cruz cita que este vegetal se empleaba para facilitar el parto. Las investigaciones ratificaron que el zoapatle contiene un poderoso ocitsico (provoca la contraccin del tero). Toda la sabidura contenida en este

libro fue heredada por los qumicos orgnicos mexicanos de este siglo, que han sobresalido en el terreno internacional con sus investigaciones sobre productos naturales. (Ilustracin tomada de Elas Trabulse,

Historia de la ciencia en Mxico. Siglo XVI, FCE, 1983.)

LA QUMICA EN LA COLONIA

Cierto es que la llegada de los espaoles alent la produccin en beneficio de la metrpoli, pero tambin rigi la formacin y desarrollo de la Nueva Espaa. Por muchos aos se asent aqu el liderazgo en diversas ramas de la mineraloga.

La primera industria original de nuestro pas se cre en Pachuca en 1555, gracias al genio de Bartolom de Medina. Su proceso de recuperacin de la plata por amalgamacin con mercurio ha sido calificado por Bargall como "el mejor legado de Hispanoamrica a la metalurgia universal". La formacin de la amalgama de los metales preciosos con el mercurio permite su extraccin en fro, proceso mucho ms barato que el de la fundicin. Posteriormente, hacia 1758, este proceso metalrgico fue modificado por el clrigo minero Juan Ordez y Montalvo, a partir de un mtodo de amalgamacin en caliente, desarrollado en Per. Irnicamente, una misin alemana intent introducir esta tcnica en 1786 a Mxico, indicando que acababa de ser descubierta en Austria por el barn De Born.

Un vasco, Fausto de Elhuyar, se encarg del Real Cuerpo de Minera de la Nueva Espaa en 1792. Diez aos antes haba descubierto el elemento qumico llamado hoy tungsteno, al que bautiz como wolframio (por eso su smbolo qumico es W). Elhuyar fue el primer profesor de qumica en Mxico. El libro de texto que empleaba era el Tratado elemental de qumica, (1789) de Antoine Laurent Lavoisier; el creador de la qumica moderna. Esta obra fue traducida al espaol, en Mxico en 1797, un ao antes que en Espaa.

Dentro del Real Cuerpo de Minera, Andrs Manuel del Ro destac por su trabajo de anlisis qumico de minerales mexicanos. En 1801, como resultado del estudio de un mineral de Zimapn, Del Ro descubri un elemento qumico ms, al que llam eritronio. Posteriormente lo



convencieron de que haba confundido al eritronio con el cromo (Cr), lo que result falso. El metal fue redescubierto en 1830 por Sefstrom, quien lo denomin vanadio (V), como lo conocemos hoy.

En realidad, la primera aportacin americana a la tabla de los elementos fue el platino (Pt), que era conocido por los indgenas de Sudamrica y fue presentado al mundo cientfico en 1748. Salvo esta contribucin prehispnica, el eritronio (vanadio) fue el primer elemento qumico descubierto en Amrica. Habran de pasar 125 aos para descubrir el siguiente, en un laboratorio de Estados Unidos.

METALES Y NO-METALES

Hacia mediados del siglo XIX, gracias al hallazgo de un buen nmero de elementos y a la aceptacin que haba logrado la teora atmica de Dalton, surgi la llamada clasificacin peridica de los elementos, realizada por Mendeleiev en 1869.

Figura 5. Tabla peridica corta. Los cuadros en blanco corresponden a los metales. El mexicano Del Ro descubri el metal de transicin llamado hoy vanadio. Los no-metales se presentan con pantalla oscura.

En la zona fronteriza (pantalla clara) estn los elementos que presentan propiedades de ambos conjuntos: los elementos anfotricos.

De acuerdo con la similitud de sus propiedades, los 92 elementos se arreglan en filas y columnas de la tabla peridica. En la parte izquierda e inferior de la tabla se encuentran los metales y en la superior derecha los no-metales. Sus propiedades pueden consultarse en el cuadro 3.

CUADRO 3. Caractersticas de metales y no-metales.

Propiedades Metales No-metales

Propiedades qumicas: Al reaccionar con agua, sus xidos forman Bases cidos

Sus iones son generalmente Positivos Negativos



Propiedades fsicas: Apariencia Brillantes OpacosConduccin del calor y la electricidad

Buenos conductores Malos conductores

Deformaciones y rupturas de los slidos

Pueden desformarse sin romperse

Quebradizos, se rompen fcilmente

EL SIGLO XIX EN NUESTRO PAS

Antes del movimiento de independencia, para ser precisos en 1803, recorri Mxico el ilustre barn alemn Alejandro de Humboldt, quien describi con lujo de detalle la vida y costumbres del Mxico de aquella poca. Respecto al comercio del jabn, que fuera introducido al pas con la llegada de los espaoles, menciona: En Puebla, Mxico y Guadalajara, la fabricacin de jabn slido es objeto de comercio considerable. La primera de estas fbricas produce cerca de 200 000 arrobas al ao [ms de 17 000 kilogramos]. En la intendencia de Guadalajara se cuentan por el valor de 260 000 pesos. Favorece mucho a esta fabricacin la abundancia de sosa, que se encuentra casi por todas partes en la meseta interior de Mxico, a 2 000 o 2 500 metros. El tequesquite cubre la superficie del terreno sobre todo en el mes de octubre, en el valle de Mxico, en las orillas de los lagos de Texcoco, de Zumpango y de San Cristbal; en los llanos que rodean a la ciudad de Puebla; en los que se extienden desde Celaya hasta Guadalajara... Ignoramos si se debe su origen a la descomposicin de las rocas volcnicas o a la accin lenta de la cal sobre la sal. En Mxico, por 62 pesos se compran 1 500 arrobas de tierra tequesquitosa, una tierra arcillosa impregnada de mucho carbonato y de un poco de sal. Estas 1 500 arrobas, purificadas en las fbricas de jabn, dan 500 arrobas [43 kg.] de carbonato de sodio puro.

Despus de que Iturbide asumiera el poder, se cre la Seccin de Farmacia dentro del Establecimiento de Ciencias Mdicas. En ella labor Leopoldo Ro de la Loza, un mexicano ilustre que naci en la capital de la Repblica en 1807. All obtuvo los ttulos de cirujano y farmacutico, y el diploma de mdico. Es autor del primer tratado mexicano de qumica; que lleva el titulo de Introduccin al estudio de la qumica (1849-1862).

Ro de la Loza fue, por muchos aos, profesor de qumica y estudi los productos naturales existentes en diversos vegetales mexicanos. En uno de ellos hall el cido pipitzahoico, descubrimiento que lo hizo merecedor de un importante premio internacional. Fund la Sociedad Farmacutica, cuyo principal objetivo fue la edicin de la Farmacopea Mexicana, que consta de multitud de sustancias y preparaciones curativas utilizadas en el pas.

En esa misma poca, cuando la qumica orgnica daba sus primeros balbuceos como ciencia, un mexicano llamado Vicente Ortigosa trabaj en Europa, donde aisl y analiz el alcaloide del tabaco, la nicotina, al que le dio la frmula C10 H16 N2, a partir de los resultados del porcentaje presente de cada elemento: C= 73.355%, H= 9.6% y N= 17.1%. Los anlisis ms modernos informan la siguiente composicin: C= 74%, H= 8.7% y N= 17.3%. Vemos que los resultados de Ortigosa son sumamente buenos para su poca.



Frmula 1. Frmula desarrollada de la nicotina, el alcaloide del tabaco.

A su regreso a Mxico, Ortigosa no continu con su trabajo, lo cual quiz se debi a una ausencia total de infraestructura para realizar investigacin.

Gracias a la fundacin del Instituto Mdico Nacional, en 1888, se ampli la investigacin de las plantas mexicanas y se analiz la posibilidad de fabricar medicamentos en gran escala.

QUMICA ORGNICA E INORGNICA

De forma muy general, se acepta que la qumica es el estudio de las sustancias, su estructura, su composicin y las transformaciones en las que intervienen. Ahora bien, por razones histricas se acostumbra dividir las sustancias en dos grandes grupos: las orgnicas y las inorgnicas. De esta manera, tradicionalmente se ha hablado de la existencia de dos qumicas, la orgnica y la inorgnica.

Aunque muchas sustancias orgnicas, como el azcar, el vinagre o el alcohol, han sido conocidas desde la Antigedad, fueron aisladas por primera vez en el siglo XVIII. En esa poca, este tipo de compuestos se obtena por la accin de los seres vivos. Por ejemplo, el cido lctico fue aislado de la leche por Scheele (1742-1786), quien demostr que su presencia es la causa de que la leche se agrie. Juan Jacobo Berzelius propuso que los compuestos orgnicos slo podan obtenerse por la accin de la fuerza vital y que por lo tanto existan dos tipos de compuestos en la naturaleza: los materiales inorgnicos, presentes aun en ausencia de vida, y los orgnicos, reservados para la materia animada.

Poco le iba a durar el gusto a Berzelius, pues en 1828 el qumico alemn Federico Whler prepar urea (que se saba era un producto de desperdicio de los seres vivos) a partir de una sal inorgnica llamada cianato de amonio.

Frmula 2. Reaccin de Whler. Primera muestra de que no slo dentro de los organismos vivos pueden realizar transformaciones de substancias inorgnicas en orgnicas.

A pesar de lo arbitrario de la clasificacin, sta persiste hasta nuestros das. Hoy se llama qumica orgnica a la relacionada con los compuestos que contienen carbono (salvo algunas excepciones, como los xidos de carbono o los carbonatos). Como veremos en el siguiente capptulo, el carbono es un elemento peculiar. Existen tantos compuestos de carbono que conviene estudiarlos en paquete. No obstante, hay que subrayar que la qumica es nica. Los compuestos orgnicos e inorgnicos tambin reaccionan entre s. Una rama moderna de la qumica, la organometlica, se encarga del estudio de un tipo de compuestos que no podramos clasificar dentro de ninguna de las dos qumicas tradicionales.



LA CREACIN DE LA PRIMERA ESCUELA DE QUMICA

Durante este siglo, la ciencia central ha prosperado notablemente en Mxico. Sin embargo, su desarrollo no ha sido espectacular, sino ms bien moderado. Tal vez sea la ms rezagada de las ciencias bsicas.

A principios de siglo, la incipiente industria se reduca a la produccin cervecera, minera, de azcar, de hilados y tejidos, as como de algunos productos farmacuticos. El pavoroso dato de un 80% de analfabetismo en el pas reflejaba el atraso cultural e intelectual generalizado. La fuga de tcnicos extranjeros, debida al inicio del movimiento revolucionario y a la primera Guerra Mundial, marcaba la urgente necesidad de formacin de personal especializado.

Desde luego, poco puede prosperar una ciencia sin la existencia de un semillero de cientficos y tcnicos. Para la qumica, esta fecha lleg en septiembre de 1916. Por iniciativa de don Juan Salvador Agraz, a la mitad del movimiento revolucionario se cre la Escuela Nacional de Qumica Industrial (hoy Facultad de Qumica), que en febrero de 1917 se incorpor a la UNAM.

La idea de Agraz era "instalar los cursos de peritos qumicos industriales [...] obreros qumicos y pequeos industriales, y a los ingenieros qumicos y doctores en qumica". Este ltimo programa no pudo arrancar sino dcadas despus, pero hay que destacar que Agraz fue un gran visionario que apreci la necesidad de complementar la formacin de profesionales con la de investigadores qumicos. sta es la manera correcta de formar personal tcnico que vaya ms all de la simple actitud imitativa y dependiente. Fue una desdicha que, por falta de fondos, el doctorado no haya podido iniciarse entonces.

Hacia 1919 se anexa a la Escuela la carrera de farmacia, que hasta entonces se realizaba en la Escuela Nacional de Medicina. Pronto se crearon los laboratorios de anlisis y el de preparacin de productos qumicos orgnicos e inorgnicos. Adems, se instal una planta de ter y se levantaron nuevos edificios destinados a las industrias orgnicas de fermentacin, azcares y almidones, tanantes y curtientes, y farmacutica.

LOS PRIMEROS BECARIOS

Cuando Jos Vasconcelos ocup la Secretara de Educacin Pblica surgi la iniciativa de becar a los mejores alumnos para realizar estudios complementarios en Europa. As, por acuerdo de la Presidencia, en 1921 se otorgaron las primeras diez becas para estudiar en diferentes universidades alemanas.

Durante la estancia de estos primeros becarios mexicanos de la qumica ocurri en Alemania un hecho sin precedentes: la gran inflacin. Mientras que en febrero de 1922 un dlar se cambiaba por 300 marcos, hacia mediados de 1923 el dlar lleg a valer cuatro billones de marcos. Y resulta que las becas se pagaban en dlares! Antes de esta inflacin, con menos de la dcima parte de la beca se cubran todos los gastos de estancia. Se cuenta que uno de aquellos becarios, Fernando Orozco (luego director de la Escuela y del Instituto de Qumica), viva en un ala de un elegantsimo castillo alemn. Qu contraste con los becarios de dcadas ms tarde!

Hacia 1924 estudiaban becados en Europa un total de 22 estudiantes mexicanos de qumica. Al ao siguiente, casi todos regresaron al pas en busca de un lugar donde aplicar los conocimientos adquiridos. Se encontraron con una ausencia total de la infraestructura necesaria para realizar investigacin. Algunos se colocaron en industrias, a las que dieron una importante renovacin; otros participaron de cerca en el desarrollo de la Escuela que llevaba entonces el nombre de Escuela Nacional de Ciencias Qumicas y habran de desempear un papel importante en su consolidacin. Tal vez quien ms sobresali entre ellos fue el mismo Fernando Orozco que residi durante sus estudios en aquel castillo. Orozco, doctorado en la Universidad de Hamburgo en anlisis inorgnico de metales, promovi la actualizacin de los planes de estudio y fue de los asesores de PEMEX que hicieron posible la produccin del antidetonante de las gasolinas inmediatamente despus de la expropiacin, tema en el que profundizamos en el segundo captulo.

Casi veinte aos despus de que se fund la Escuela de Qumica se cre el Instituto Politcnico



Nacional, y en l la Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas.

En 1941 se cre en la UNAM el Instituto de Qumica, con fondos provenientes de la Casa de Espaa y del Banco de Mxico. El Instituto vino a llenar el vaco de investigacin qumica que existi durante muchos aos e hizo realidad el inicio de la formacin de cientficos de esta rea en Mxico. Su primer director fue don Antonio Madinaveitia, uno de los refugiados espaoles que Mxico acogi despus de la guerra civil. Don Antonio particip tambin en el diseo del proceso que hizo factible el aprovechamiento de las aguas del lago de Texcoco para la fabricacin de sosa custica y carbonato de sodio. Esta moderna tecnologa del tequesquite se implant en la empresa Sosa Texcoco en 1942.

Como relatamos ms adelante, la especialidad del Instituto fue la qumica orgnica. En el ao de 1947 se gradu all el primer doctor formado en el Instituto. Se trataba de Alberto Sandoval Landzuri, quien luego lo dirigira por dieciocho aos. Otro egresado conspicuo de esos aos fue Jos F. Herrn Arellano, quien fund y fue primer director de la Divisin de Estudios Superiores, hecho por el que la Escuela Nacional de Ciencias Qumicas se transform en la hoy Facultad de Qumica de la UNAM

Aunque han sido diversas y muy amplias las aportaciones de la qumica mexicana en este siglo, a manera de ejemplo relatamos a continuacin cuatro de ellas.

LOS ANTICONCEPTIVOS ORALES Y LA CORTISONA

En la misma dcada de su fundacin, el Instituto de Qumica habra de coparticipar en uno de los descubrimientos modernos ms sobresalientes: la pldora anticonceptiva.

La historia empieza en 1943, cuando el estadounidense Marker descubre en Mxico un vegetal, llamado "cabeza de negro", con alto contenido de diosgenina, una sustancia que Marker saba transformar en progesterona (compuesto de la familia de los esteroides). Esta hormona es segregada por las mujeres durante el embarazo, lo cual inhibe la menstruacin. Para industrializar su descubrimiento, Marker se asoci con dos mexicanos, Somlo y Lehmann, y cre la empresa Syntex.

Figura 6. "La cabeza de negro" es un vegetal mexicano de raz tuberosa que sirvi de materia prima para fabricar progesterona en los aos cuarenta. Anteriormente, un gramo de esta sustancia costaba unos doscientos dlares. Cinco aos ms tarde, por los trabajos desarrollados en Mxico, costaba slo dos

dlares. (Tomada del libro Una corporacin, una molcula, Syntex, Mxico, 1964.)

El xito acadmico y comercial que tuvo la produccin de hormonas en Mxico fue espectacular. Hacia 1959, los cientficos de Syntex haban publicado ms artculos sobre esteroides que cualquier otra institucin acadmica o industrial en el mundo. En cuestin de diez aos, nuestro pas, del que no constaba previamente ninguna contribucin notable en qumica bsica, se haba transformado en uno de los centros mundiales de una rama especializada de la qumica orgnica.

Nos visitaron los ms renombrados investigadores del mundo y se formaron en Mxico



importantes grupos de cientficos.

Tal vez la labor ms sobresaliente fue la del hidroclido Jess Romo Armera, investigador del Instituto de Qumica y de Syntex, quien particip en diversos proyectos de sntesis a partir de progesterona, los que culminaron en 1951 con la sntesis de la cortisona, que contiene tres tomos de oxgeno ms, en posiciones cruciales, que la convierten en un eficaz antiinflamatorio y antiartrtico.

Frmula 3. Si la posicin de uno o ms tomos difiere de una molcula a otra, las propiedades de las sustancias pueden variar enormemente. Las frmulas estn escritas en una especie de taquigrafa qumica en la que se sobrentiende que en cada vrtice existe un tomo de carbono con los hidrgenos necesarios. A) Frmula molecular de la progesterona, la hormona del embarazo. B) Frmula molecular de la cortisona, un potente antiinflamatorio.

Pocos aos ms tarde se produjeron en Mxico los primeros antiovulatorios orales, que impiden que el vulo abandone el ovario e interfieren por lo tanto en la gestacin. Cinco aos despus, millones de mujeres en todo el mundo los estaban utilizando. Actualmente hay muy diversos tipos de antiovulatorios y sigue estudindose cmo establecer la inocuidad de su empleo prolongado.

Por otra parte, Syntex fue vendida a una compaa estadounidense y se transform en una corporacin internacional. Hoy alcanza ventas anuales por ms de mil millones de dlares. El centro de sus operaciones administrativas, de mercado y de investigacin se ubic en Palo Alto, California. En Mxico continu la fabricacin de productos esteroidales intermedios, mientras que la de productos terminados se desplaz a Puerto Rico y las Bahamas.

EL INSTITUTO MEXICANO DEL PETRLEO

A raz de la nacionalizacin del petrleo en 1938, las compaas extranjeras negaron la venta de tetraetilo de plomo (antidetonante de la gasolina, vase el captulo II).

Pb (C2H5)4



Frmula 4. Tetraetilo de plomo. Aunque mejora el desempeo de las gasolinas, la presencia de plomo en este compuesto es un agente grave de contaminacin. La mayora de los metales pesados son txicos para los humanos.

Despus de un primer intento fallido, los ingenieros qumicos mexicanos lograron, con la tenacidad que inspiran los bloqueos, echar a andar una planta de tetraetilo que se instal en el mismo lugar donde 27 aos ms tarde (1966) se creara el IMP.

Mxico no slo es el quinto productor de petrleo crudo en el mundo, sino tambin el decimosegundo de productos petroqumicos. Hacia 1982 se encontraba entre los primeros cinco por el nmero de plantas en desarrollo, situacin que empeor debido a la escasa inversin de los aos crticos posteriores.

En el Instituto se han diseado cerca de 100 plantas petroqumicas y de refinacin de petrleo. Sin embargo, no todo ha sido diseo. El IMP cuenta con ms de 150 patentes con registro internacional, entre las que destacan las de procesos de hidrodesulfuracin (eliminacin del contaminante azufre de las gasolinas y el diesel) y de desmetalizacin selectiva de residuos pesados (conocido como proceso DEMEX), con plantas que trabajan en el pas y el extranjero.

El aporte del Instituto al desarrollo nacional ha sido muy importante. En fecha reciente concluy, por ejemplo, el estudio global de la calidad del aire en la zona metropolitana de la ciudad de Mxico, que permite simular y valorar el efecto que sobre la contaminacin por azufre, hidrocarburos, xidos de nitrgeno y ozono, tendra la aplicacin de diversas medidas de control tales como algunos cambios en la composicin de gasolinas y disel, el efecto de las fuentes mviles y fijas, la eliminacin de la refinera de Azcapotzalco, etctera.

EL HIERRO ESPONJA

Tal vez la tecnologa mexicana ms conocida en el extranjero sea la que desarroll la compaa Hojalata y Lmina (HYLSA) de Monterrey, respecto al llamado hierro esponja. Sobre dicha tecnologa se informa en la Encyclopedia of Chemical Technology.

En 1957, un efecto de la guerra de Corea fue la elevacin de los precios de la chatarra. HYLSA, que produca aeroplanos a partir de chatarra, hubo de iniciar un programa de investigacin cuyo resultado fue el proceso de reduccin directa del mineral de hierro. Una tecnologa tercermundista de primera lnea.

Treinta aos ms tarde, cuando la produccin mundial de hierro alcanza los mil millones de toneladas, la tecnologa de HYLSA sigue siendo lder en el campo de obtencin de hierro por reduccin directa.

Figura 7. Aspecto del hierro esponja, mineral de hierro despus de ser sometido al tratamiento de reduccin directa (cortesa del doctor Gabriel Gojon, UANL.)



REDUCCIN Y OXIDACIN, PILARES DE LA QUMICA

El trmino oxidacin se aplic originalmente a la ganancia de oxgeno en un cambio qumico. La formacin de herrumbre a partir de hierro es una oxidacin, lo mismo que cualquier combustin. Al proceso inverso, la prdida de oxgeno, se lo llam reduccin.

Posteriormente, ambos trminos fueron ampliados para incluir la ganancia o prdida de hidrgeno o electrones (vase el cuadro 4).

CUADRO 4. Significado de oxidacin y reduccin

Se oxida la sustancia o el tomo que

Se reduce la sustancia o el tomo que

Gana oxgeno o pierde hidrgeno o pierde electrones

Pierde oxgeno o gana hidrgeno o gana electrones

En el proceso del hierro esponja, la proporcin de oxgeno que se encuentra combinada qumicamente con el hierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la accin de una mezcla de hidrgeno (H2) y monxido de carbono (CO), que se alimenta a 800 C. Ambas sustancias toman tomos de oxgeno del mineral (se oxidan) para formar H2O y CO2. De esta manera, el xido de hierro del mineral, Fe2 O3 se convierte en Fe3 O4, luego en FeO y finalmente en el elemento Fe. Es decir, el mineral de hierro se reduce (pierde oxgeno). El resultado es un hierro poroso, esencialmente con la misma forma y tamao que la partcula del mineral, que es una magnfica carga para la elaboracin de acero en un horno elctrico, pues est libre de impurezas metlicas, es fcil de manejar y transportar y posee una composicin qumica uniforme y precisa.

LA REVOLUCIN VERDE

En Mxico se inici y desarroll el proceso conocido como revolucin verde, el cual permiti a Norman Borlaug ganar el Premio Nobel de la Paz de 1970, por sus descubrimientos en el campo de la agricultura.

Este proyecto, con influencia poltica pero esencialmente biolgico y bioqumico, revolucion la produccin agrcola e influy en la consolidacin de importantes grupos mexicanos de investigacin, como el del Centro Internacional para el Mejoramiento del Maz y del Trigo (CIMMYT), el del Instituto Nacional de Investigaciones Agrcolas (INIA) y el del Colegio de Posgraduados de Chapingo.

En veinte aos, la productividad de maz por hectrea pas de 975 a 1 770 kilogramos y la de trigo, de 1 417 a 3 480 kilogramos, lo cual constituy un aporte que alivi en parte los problemas de escasez de alimentos y la desnutricin. Debemos tener presente que se hace necesario un importante apoyo financiero y tecnolgico para lograr la generalizacin de este sistema en todo el pas, dado que los problemas del campo siguen siendo muy graves.

Adems de las citadas, son varias las instituciones nacionales que realizan investigacin de carcter biolgico y bioqumico, orientada al reino vegetal: la Facultad de Qumica de la UNAM, el Centro de Investigacin y Estudios Avanzados del IPN de Irapuato y el Centro de Investigacin Cientfica de Yucatn. Parte de la investigacin se orienta hacia el mejoramiento de las poblaciones vegetales para obtener mayor resistencia gentica a las enfermedades y a las plagas, as como hacia el desarrollo de una mayor tolerancia a la sequa y el almacenamiento. Todo esto es de gran importancia en un pas en el que el maz y el frijol son



la base de la alimentacin, y donde 80% de la superficie cultivada depende de la lluvia como nica fuente de humedad.

UN PROBLEMA GRAVE Y UNA ENORME POTENCIALIDAD

Despus de presentar este panorama de la qumica mexicana, vale la pena resaltar las razones por las que el desarrollo de la ciencia central ha sido tan moderado.

Desde luego, la qumica comparte con otras ciencias una problemtica comn de financiamiento y ausencia de tradicin, heredadas de nuestra condicin de pas tercermundista. De aqu se deriva la tragedia de la ciencia mexicana. Sin embargo, esta ciencia presenta una caracterstica muy peculiar, ya que de ella ha derivado una de las industrias ms dinmicas de la economa: la industria qumica. Esto representa una gran ventaja y potencialidad, pero tambin un grave problema.

Las aplicaciones de la qumica empezaron a darse aun antes de que sta se estableciera como ciencia. Por ejemplo, la edad de hierro slo pudo ocurrir mediante el aprendizaje de la transformacin de los minerales en metales, pero ello tuvo lugar milenios antes del nacimiento de Lavoisier y Dalton. As, el conocimiento emprico se adelant grandemente al conocimiento cientfico, el cual es muy reciente. Con ello, mucha gente se content con el saber hacer sin importar mucho el saber por qu. Fueron pocos los pases donde se utiliz la qumica para comprender todos esos hechos y tcnicas producto de la experiencia acumulada. Muy pronto esos mismos pases pudieron acoplar la investigacin fundamental con la produccin de nuevos bienes. Nosotros importamos la manera de hacerlos, pero no cultivamos ni trasladamos la forma de conocer cmo desarrollar otros.

As, cuando en Mxico se present el fenmeno de la industrializacin, la qumica particip como una actividad tcnica (ms que cientfica) modelada por nuestro carcter dependiente. De esta manera, el ejercicio creativo de la qumica y la ingeniera qumica se restringi a los espacios acadmicos universitarios, en franca desconexin con la produccin, ya que sta no necesitaba de creatividad, pues surgi como una actividad refleja.

Este es el gran reto de la qumica en Mxico: lograr que se realicen nuevos descubrimientos que luego transiten, en el tiempo necesario, de la mesa de laboratorio a la instalacin industrial o al campo y de all se conviertan en beneficio para la poblacin. Es urgente que se deje de concebir a la qumica como una ciencia "para hacer cosas" y que se piense en ella "para conocer ms cosas", que luego nos beneficien ms.

Los pocos ejemplos citados deben repetirse con ms frecuencia. Pero ello slo se lograr cuando se adquiera total conciencia de la importancia capital que tiene para un pas el desarrollo de la ciencia y de sus aplicaciones originales. Otro ser el estado de este pas cuando tengamos menos cosas que aprender y ms que ensear. Por ahora, seguimos aprendiendo...

BIBLIOGRAFA RECOMENDADA

Bargall, M., La qumica inorgnica y el beneficio de los metales en el Mxico prehispnico y colonial, UNAM, Mxico, 1966.

De Gortari, E., La ciencia en la historia de Mxico, Fondo de Cultura Econmica, Mxico, 1963.

Garca Fernndez, H., Historia de una Facultad, UNAM, Mxico, 1985.

Garritz, A. y J. A. Chamizo, Qumica, Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1994.

Hernndez B., E. R., Desarrollo de la qumica inorgnica en Mxico y la contribucin de la Facultad de Qumica en esa rea, trabajo monogrfico, Facultad de Qumica, UNAM, 1986.

Siguiura. Y, "La ciencia y la tecnologa en el Mxico antiguo", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, nm. 43, marzo-abril de 1982, pp. 113-141.

Syntex, Una corporacin y una molcula, Mxico, 1967.



Trabulse, E., Historia de la ciencia en Mxico, Fondo de Cultura Econmica, Mxico, 1983.

Waissbluth, M. et al, "El desarrollo de la ciencia y la tecnologa en Mxico", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, nm. 45, julio-agosto de 1982, pp. 27-83.


II. EL PETRLEO Y SUS QUIMIDERIVADOS


LA VALENTA DE LA EXPROPIACIN

HACIA 1935 operaban en Mxico alrededor de veinte compaas petroleras, todas ellas extranjeras salvo alguna excepcin. Los primeros lugares en la produccin eran ocupados por subsidiarias de la Royal Dutch Shell, la Standard Oil y la Sinclair.

El primer conflicto laboral de los trabajadores con las compaas extranjeras se present con la huelga de 1937, una vez que se haba constituido el Sindicato de Trabajadores Petroleros de la Repblica Mexicana. Durante esos das, en que dej de surtirse combustible a todo el pas, la poblacin adquiri conciencia plena de la importancia del petrleo. Las fbricas sin suficientes reservas comenzaron a detener actividades. Las mquinas agrcolas no tenan forma de trabajar. Las calles de la ciudad de Mxico empezaron a verse semidesiertas. La fuerza y necesidad del energtico se hicieron sentir en toda su magnitud.

Don Eduardo Surez, quien participara en la solucin del conflicto y fuera firmante del decreto expropiatorio como Secretario de Hacienda y Crdito Pblico, cita un dato que revela el provecho injusto que esas compaas sacaban de sus operaciones en Mxico:

... mientras el precio en Nueva York de un barril de petrleo, en promedio, en el ao de 1936, era de 3.19 dlares, la compaa mexicana de petrleo El Aguila se lo entregaba a su filial a 1.96 dlares. Con qu objeto?, se preguntarn algunos. Sencillamente con el propsito de ocultar aqu las utilidades para reducir el pago del Impuesto sobre la Renta y trasladar parte de la contribucin sobre utilidades a otro pas. As, revisando la contabilidad encontramos numerosas triquiuelas.

El dictamen de la Junta Federal de Conciliacin y Arbitraje en diciembre de 1937, confirmado el 1 de marzo de 1938 por la Suprema Corte, obligaba a las empresas a cubrir 26 millones de pesos a los trabajadores. Las compaas se negaron a pagar y adoptaron una posicin soberbia, intransigente y retadora frente a la mxima autoridad legislativa de la nacin y ante el mismo Presidente, general Lzaro Crdenas.

A pesar de las continuas y graves amenazas, y de las presiones econmicas que las empresas impusieron sobre la paridad del peso con el dlar; que entonces se mantena en 3.60 pesos, la expropiacin se anunci por todas las estaciones radiofnicas el 18 de marzo de 1938. En el decreto, el gobierno se obligaba a pagar una indemnizacin a las empresas.

El hondo impacto que caus sobre la opinin pblica no ha tenido repeticin en los aos subsecuentes. Puede decirse que todo Mxico estuvo con el gobierno frente a las compaas petroleras. Cita Eduardo Surez: .

.. el 12 de abril hubo una manifestacin de mujeres frente al Palacio de Bellas Artes. Miles de mujeres de todas las clases sociales, desde la ms humilde hasta las aristocratizantes, fueron a entregar su contribucin para pagar la deuda petrolera. Algunas entregaron joyas valiosas, y otras objetos de valor escaso. Hubo una viejecita de la clase humilde que llev una gallina, la cual seguramente representaba una buena parte de su exiguo patrimonio. Actos ingenuos y conmovedores, pero de todos modos dan idea de lo que en momentos difciles somos capaces de realizar los mexicanos.

EL PROBLEMA TCNICO DESPUS DE LA EXPROPIACIN

El 19 de marzo se present un problema esperado, pero no por ello menos pavoroso. Todos los tcnicos de las compaas expropiadas haban abandonado el pas y no exista un solo buque-tanque en nuestros puertos. En realidad, apenas se haba iniciado la batalla de las empresas



contra Mxico.

El boicot establecido por las empresas extranjeras expropiadas fue de una magnitud enorme, pues pesaba una amenaza sobre todas las compaas que hubieran podido comprarnos petrleo o vendernos maquinaria, refacciones o materia prima (como el tetraetilo de plomo, que ya citamos en el captulo anterior), indispensables para la industria petrolera.

Fue necesario un esfuerzo titnico para no dejar al pas sin combustible. Los actos heroicos se dieron tanto en las fbricas como en la distribucin de los productos. Afortunadamente, las dificultades tcnicas fueron vencidas con gran oportunidad. Mucho tuvieron que ver en ello los profesionales de la qumica que haban empezado a formarse en el pas desde 1916. A los 22 aos de su creacin, la Escuela Nacional de Ciencias Qumicas empezaba a cubrir con eficiencia la necesidad de qumicos e ingenieros qumicos que la nueva industria nacionalizada requera.

FORMAS ALOTRPICAS DEL CARBONO

Un mismo elemento puede presentarse de diversas formas en la naturaleza, y no nos referimos precisamente a que pueda encontrrselo gaseoso, lquido o slido, sino a las diferentes formas que adquiere un elemento aun en un mismo estado de agregacin por lo general el slido. A stas se las denomina formas alotrpicas y este fenmeno se conoce como alotropa.

De nuestro formador de cadenas, el carbono, existen dos altropos ampliamente conocidos: el diamante y el grafito. La existencia de ambos demuestra que las propiedades de las sustancias no dependen slo de los tomos que las constituyen, sino tambin de cmo se encuentran arreglados.

El grafito de un lpiz y el diamante de una joya slo contienen tomos de carbono, pero qu diferentes son ambos slidos! El grafito es negruzco, brillante, quebradizo y buen conductor de la electricidad, mientras que el diamante es transparente, aislante elctrico y tan duro que permite cortar vidrio o bloques de granito. A pesar de las diferencias tan notables, si se calienta un diamante hasta 1 800C, lentamente se convierte en grafito, que es el altropo ms estable. A la inversa, al aplicar presiones enormes, pequesimas muestras de grafito han podido transformarse en diamante.

Recientemente se han detectado otras dos formas alotrpicas del carbono, no tan conocidas como las anteriores: el carbn VI y los fullerenos. El primero est constituido por una larga cadena de tomos de carbono en los que se alternan triples enlaces y se lo ha encontrado en meteoritos y en almacenamientos terrestres de grafito. Por su parte, los fullerenos han sido la novedad cientfica de la segunda mitad de los aos ochenta; su sntesis se logr en 1985 mediante la evaporacin del grafito por medio de un rayo lser. Uno de los fragmentos formados tena 60 tomos de carbono y se encontr que posea una estructura simtrica cuasiesfrica, muy parecida al baln de ftbol, con pentgonos y hexgonos alternados. Ms tarde aparecieron otras molculas con 28, 32, 50, 70, 76 y 84 carbonos. Al altropo ms abundante, el C60, se lo conoce de manera informal como futboleno, aunque formalmente todas estas formas llevan el nombre de fullerenos en honor a Buckminsterfuller, arquitecto inventor del domo geodsico, que tiene una estructura similar.

EL DILEMA SOBRE LA TRANSFORMACIN QUMICA DEL PETRLEO O SU EMPLEO COMO ENERGTICO

Desde que Mxico tuvo en sus manos las decisiones sobre la industria petrolera fue factible aprovechar esta materia prima en forma ms racional y eficaz. No obstante, parece que an se debate cmo hacerlo con el mayor provecho para la nacin. Leopoldo Garca-Coln, uno de los cientficos ms destacados de nuestro pas; ha dicho que "la tragedia ms grande que le puede ocurrir a un pas productor de petrleo es pensar que ste debe destinarse esencialmente a satisfacer sus demandas energticas".

En efecto, resulta un desperdicio no transformar los componentes del petrleo para generar otros materiales, con mucho ms valor agregado. La venta masiva de petrleo crudo sin procesar sigue el esquema que caracteriza a los pases subdesarrollados: exportar materia



prima e importar productos elaborados. En un libro de esta misma coleccin, Petroqumica y sociedad, Susana Chow compara elocuentemente el aprovechamiento energtico del petrleo con el de la madera: Qu pensaran si se les propusiera talar todos los bosques del mundo, para transformar slo el 7% de la madera en muebles y papel, y el resto convertirlo en lea y carbn? Pues esto es lo que se est haciendo actualmente con el petrleo y el gas natural!

Ya veremos que este problema no es privativo de Mxico. En esencia, la utilizacin del petrleo es de orientacin energtica. Este mundo nuestro es un consumidor empedernido de energa. En este sentido, urge desarrollar fuentes alternas energticas de consumo generalizado y guardar el petrleo para emplearlo en mejores fines, ya que pronto ser escaso.

A pesar de los esfuerzos ya realizados, algunos de los cuales comentamos a lo largo de este captulo, nuestro pas debera adoptar un programa ms enrgico de desarrollo e investigacin de la petroqumica, la ciencia de las transformaciones qumicas del petrleo.

Frmula 5. Cuatro altropos del carbono y sus estructuras cristalinas: a) diamante; b) grafito; c) carbono VI, y d) futboleno, C60.

PEMEX, FRUTO DE LA EXPROPIACIN

PEMEX, la industria estatal del petrleo desde 1940, orienta actualmente sus recursos a cuatro zonas prioritarias: a) Chiapas-Tabasco. b) Sonda de Campeche c) Paleocan de Chicontepec d) Cuenca de Sabinas

En la actualidad, ms de la mitad de la extraccin se logra en la Sonda de Campeche, en la que los pozos estn montados en ms de cien plataformas sobre la superficie marina. Como dato curioso, el descubrimiento de esa enorme riqueza petrolfera tuvo lugar cuando un pescador, Rudecindo Cantarell, mientras pescaba camarn, vio unas manchas aceitosas en la superficie, que provenan de una chapopotera que liberaba petrleo en el mar, a cincuenta metros de profundidad.

Las reservas probadas del petrleo mexicano ascienden a cerca de 65 mil millones de barriles, segn se inform en marzo de 1993, a 55 aos de la expropiacin.

PEMEX es la industria ms importante del pas, pues su contribucin a la economa es esencial. Sus autoridades han informado que el petrleo surte 90% de la energa, ms de 40% de las divisas que se captan del extranjero, y aporta alrededor de 30% de los ingresos fiscales. A 55 aos del decreto expropiatorio, su mayor ingreso sigue siendo, con mucho, la venta de petrleo crudo. La produccin en 1992 fue de casi 2 700 000 barriles diarios (un barril equivale



a 159 litros), de los cuales export casi 1 400 000. De dicha exportacin ms la de gas y productos petroqumicos, PEMEX gener ingresos por 11 700 millones de dlares, y egresos por 4 900, de tal manera que su balanza de divisas fue positiva por un total de 6 800 millones de dlares.

Desde 1992, PEMEX es un corporativo que se compone de cuatro organismos descentralizados: PEMEX-Exploracin y Produccin PEMEX-Refinacin PEMEX-Gas y Petroqumica Bsica PEMEX-Petroqumica

PEMEX cubre buena parte de la produccin petroqumica mexicana. Actualmente produce 45 petroqumicos, de los cuales comercializa 35, que obtiene en 19 centros productivos. En 1992, la produccin de PEMEX-Petroqumica fue de 13 700 000 toneladas, o sea, unos 170 kilogramos por habitante!

LOS PRODUCTOS PETROQUMICOS, COMO SI FUERAN JOYAS

Imagine el lector que el carbn pudiera transformarse a bajo costo en diamante, lo cual es factible desde el punto de vista tcnico, pues ambos estn constituidos exclusivamente por tomos de carbono. E imagine tambin que ello no alterara el valor del diamante, y que Mxico se dedicara sistemticamente a exportar carbn para que fuera procesado por otros pases para fabricar diamantes y obtener estratosfricas ganancias. Habra algn argumento para hacerlo y no montar aqu inmediatamente plantas productoras de diamantes?

Algo as sucede con el petrleo. Su transformacin qumica permite obtener una enorme diversidad de productos muy valiosos: los petroqumicos. No obstante, por diversas razones econmicas, casi 1 500 000 barriles de petrleo crudo salen diariamente de nuestros puertos. Puede el amable lector imaginar el dimetro de una tubera y el flujo volumtrico que son necesarios para que circulen diariamente a travs de ella 240 millones de litros? Tal vez baste decir que se requerira llenar unas 6 000 pipas! para contener todo este lquido. Si ste fuera el mecanismo de transporte del petrleo de exportacin, estas 6 000 pipas se tendran que llenar diario con el crudo del subsuelo, formar una fila india de 60 kilmetros de largo, y ser vertidas en los buque-tanques que viajan hacia otros pases.

Resultado de la crisis econmica de los aos ochenta fue tambin la disminucin de las inversiones productivas. Sin embargo, en aos recientes PEMEX ha vuelto a invertir, principalmente en la instalacin de plantas para reducir problemas ecolgicos. Por ejemplo, PEMEX-Refinacin estuvo desarrollando en 1993, 17 nuevas plantas con una inversin cercana a los 1 100 millones de dlares.

Si bien es cierto que en 1982 Mxico lleg a depender en 77.6% de las exportaciones de crudo (que resultaba una cifra escandalosa), no obstante, debido a la cada de los precios del barril y al crecimiento de las exportaciones manufactureras, esa relacin se ha modificado (71.8% en 1983, 68.6% en 1984, 68.2% en 1985, 39.3% en 1986 al entrar Mxico al GATT y en la actualidad se encuentra por debajo del 30%). Afortunadamente, las exportaciones se han diversificado. Los ingresos por concepto de petrleo crudo se redujeron drsticamente de 16 600 millones de dlares en 1984, a 6 300 en 1986 y fueron de 7 400 en 1992. Tal vez ahora que se reduce la tendencia a la monoexportacin sea un buen momento para procesar el crudo que somos capaces de extraer.

A continuacin, como este libro pretende informar y divulgar la ciencia central y crear conciencia de su necesidad, iniciamos un somero relato sobre cmo se obtienen y para qu son tiles los materiales petroqumicos.

ORGENES

La palabra petrleo es una castellanizacin del latn petroleum (de petra piedra y oleum aceite). Nuestros antepasados aztecas y chichimecas lo conocieron y lo denominaron chappotli o chapopoctli (del nhuatl chiahuatl = grasa y poctli humo).

La formacin del petrleo se entiende hoy como una serie compleja de procesos geoqumicos ocurridos a lo largo de una centena o dos de millones de aos. Su origen se debe a la lenta



descomposicin de la materia orgnica acumulada en cuencas marinas y lacustres, en un pasado remoto. El proceso de sedimentacin y enterramiento propici los procesos qumicos a altas presiones y temperaturas que dieron como resultado el aceite crudo y el gas natural, dentro de un ambiente rocoso. En ocasiones, estas acumulaciones profundas de petrleo adquieren altsimas presiones y encuentran fracturas o grietas por las cuales el aceite emigra hacia la superficie.

Originalmente, en Mxico se encontr petrleo a flor de tierra, en las llamadas chapopoteras naturales u ojos de aceite. Los usos que los nativos dieron al aceite crudo son bien conocidos. Sin embargo, es hacia fines del siglo XVII cuando la humanidad se percata de su valor real y se inicia su explotacin en formas diversas y rudimentarias. El primer pozo petrolero del mundo se perfor en Estados Unidos en 1859.

A partir de esa fecha se inicia la etapa de la exploracin en Mxico. Los pioneros desarrollaron sus esfuerzos basndose en la presencia de chapopoteras, pero les falt el equipo necesario para seguir adelante. Los ojos de aceite volvieron a llamar la atencin desde el inicio del siglo XX, cuando la primera compaa extranjera compr un terreno de 118 000 hectreas que abarcaba parte de los estados de San Luis Potos, Tamaulipas y Veracruz. El dueo de la hacienda quera venderla "porque esos ojos de petrleo resultan un problema para la ganadera". Curiosamente, por la venta le ofrecieron el triple de la suma que peda (300 000 pesos), por lo que accedi inmediatamente a ese "buen negocio". Desde luego, una fuerte compaa era la que haba hecho esta oferta, la Huasteca Petroleum Company. En abril de 1904, despus de una perforacin de poco ms de 500 metros, el pozo La Pez Nm. 1 lanz el primer gran chorro de petrleo y empez a producir unos 1 500 barriles diarios.

HIDROCARBUROS

Los componentes esenciales del petrleo son los hidrocarburos. Reciben el nombre genrico de hidrocarburos las sustancias qumicas compuestas solamente por dos tipos de tomos: carbono e hidrgeno. A pesar de esta limitante, el nmero de los hidrocarburos existentes es enorme. Son los compuestos orgnicos ms sencillos.

Debido a que estn constituidos por esos dos elementos, su frmula general puede escribirse como:

CnHm

donde los nmeros enteros n y m representan el nmero de tomos de cada elemento que contiene la molcula de un hidrocarburo dado.

Los qumicos pioneros del siglo pasado, basados en el anlisis qumico que permite conocer los elementos presentes en un compuesto, as como la proporcin en que se encuentran fueron capaces de reconocer que el carbono tena una capacidad de combinacin de cuatro. Es decir, que en muchos compuestos de carbono este tomo se enlaza qumicamente con otros cuatro tomos vecinos. En la jerga qumica se dice que el carbono es tetravalente, o que su valencia es cuatro.

La razn por la que existen tantos hidrocarburos es la facilidad que tienen los tomos de carbono para enlazarse entre s, formando cadenas moleculares. De esta manera, por lo menos uno de los cuatro enlaces de cada carbono se establece con otro tomo de carbono vecino. En los hidrocarburos, el resto de los enlaces corresponde a uniones carbono-hidrgeno.

Por tratarse de un elemento excepcional que fcilmente se enlaza consigo mismo, la qumica del carbono merece estudio aparte: la qumica orgnica. El nmero de compuestos orgnicos conocidos es enorme (vase el cuadro 5).

CUADRO 5. Crecimiento del nmero de compuestos orgnicos conocidos.



Ao Nmero

aproximado de compuestos

1880 12 000 1910 150 000 1940 500 000 1960 1 000 000 1970 2 000 000 1980 5 500 000

(Tomado de M. Freemantle, Chemistry in Action, Macmillan, 1987.)

LA EXTRACCIN DEL PETRLEO CRUDO

El petrleo es una endemoniada mezcla de multitud de hidrocarburos gaseosos, lquidos y slidos. Aunque en menor proporcin, puede contener tambin otros compuestos con elementos diferentes del carbono e hidrgeno, tales como oxigeno (O), azufre (S), nitrgeno (N) y hasta algunos metales, como vanadio (V), nquel (Ni) o hierro (Fe).

Frmula 6. a) Tetravalencia del carbono. Este tomo se liga con otros cuatro por medio de enlaces que apuntan hacia los vrtices de un tetraedro. Se acostumbra colocar una cua al enlace que apunta hacia fuera del plano del papel y una lnea punteada para el que sale hacia atrs.

El petrleo no existe en el interior de la corteza terrestre como en una alberca, sino que llena los poros de ciertas rocas.

Debido a la presin a la que se encuentra sometido el petrleo, en cuanto la perforacin del pozo llega al manto petrolfero fluye a travs de los poros de las rocas y sube por la tubera. Conforme se extrae el petrleo, la presin disminuye en el interior y, al cabo de los aos, deja de fluir.

En ese momento el pozo se tapa o se intentan otros procedimientos de recuperacin del petrleo, el cual an moja todo el interior rocoso del pozo. Por ejemplo, al inyectar vapor



dentro de un pozo aparentemente agotado se logra volver a levantar la presin y, como el petrleo es menos denso que el agua que se condensa, ste vuelve a fluir por la boca del pozo. En 1992, casi 30% de la produccin nacional de crudo se obtuvo mediante esta tcnica. Actualmente se realiza mucha investigacin en esta direccin de recuperacin secundaria o terciaria, como se la ha llamado.

Frecuentemente, la parte superior del entrampamiento est ocupada por los hidrocarburos gaseosos ms ligeros, el denominado gas natural. La composicin del gas natural es variable, pero el componente ms abundante siempre es el metano (entre 70 y 90%), seguido del etano (entre 5 y 20%) y del propano (entre 5 y 1%) vanse sus estructuras moleculares en la frmula 6.

El aceite lquido por debajo del gas natural est formado por hidrocarburos que tienen entre 5 y 20 o ms tomos de carbono. En l estn disueltos otros hidrocarburos slidos con mayor nmero de tomos de carbono, as como parte de los hidrocarburos gaseosos, que se disuelven debido a la alta presin del pozo. El aceite crudo tiene un color que vara entre caf oscuro o verde hasta casi incoloro.

CUADRO 6. Los primeros productores mundiales de crudo en 1986.

Pas Porcentaje del total mundial

URSS 21.3 Arabia Saudita 17.1 Estados Unidos 16.7 Mxico 4.2 Venezuela 4.0

REFINACIN

Tal cual es, el petrleo crudo tiene poco uso. Tiene que ser refinado para obtener de l productos tiles. Como toda mezcla, sus propiedades varan de pozo en pozo. Es ms preciado el petrleo que contiene una mayor proporcin de hidrocarburos con pocos tomos de carbono, o crudo ligero, ya que permite obtener mayor cantidad de gasolina y de productos petroqumicos.



Figura 8. Esquema de un pozo de petrleo.

Su precio siempre es mayor que el del crudo pesado, el cual es un poco ms difcil de procesar. En Mxico contamos con ambos tipos de crudo, y aqu reciben el nombre de crudo istmo, el ligero, y crudo maya, el pesado. Desde 1988 se han encontrado yacimientos de crudo super ligero, al que se ha denominado crudo olmeca. En 1992, las exportaciones de crudo alcanzaron los 7400 millones de dlares, 25% correspondi al tipo istmo, 60% al maya y 15% al olmeca. Los principales pases de destino fueron Estados Unidos (58.3%), Espaa (17.5%), Japn (6.6%) y Canad (2.3%).

ENLACES DOBLES Y TRIPLES. LA SERPIENTE DE KEKUL

Cuando en una frmula el qumico coloca una raya entre dos tomos enlazados, est diciendo que una pareja de electrones los mantiene unidos. En los hidrocarburos de la frmula 6 se presenta este tipo de unin, llamada enlace sencillo. A los hidrocarburos de cadena abierta como stos se los llama alcanos. Sin embargo, ocurre tambin que cuatro o seis electrones sirvan de lazo de unin entre dos tomos de carbono, en cuyo caso hablamos de enlaces dobles o enlaces triples. A los hidrocarburos con estos enlaces reforzados se los llama alquenos y alquinos, respectivamente. La frmula 7 muestra algunos ejemplos.

Frmula 7. Los alquenos ms simples son la base de productos polimricos ampliamente utilizados: a) etileno, b) propileno, c) acetileno, el alquino con dos tomos de carbono. A este ltimo se lo emple para el alumbrado pblico antes de la aplicacin de la electricidad.

Como seis electrones enlazan mejor que cuatro y stos mejor que dos, la distancia entre tomos de carbono es menor en un triple enlace que en uno doble y que en uno sencillo (vase la frmula 8).

Frmula 8. Distancia carbono-carbono en los enlaces sencillo, doble y triple. Un picmetro (pm) es la billonsima parte de un metro.

Los hidrocarburos forman ciclos, de una manera parecida a como un perro se muerde la cola. Es cosa de que el ltimo carbono de una cadena abierta se enlace con el primero. Un par de compuestos cclicos de utilidad se muestran en la frmula 9.

Un hidrocarburo muy especial es el benceno, que tiene la frmula C6H6. Se dice que Friedrich August Kekul, un notable qumico alemn del siglo pasado, resolvi el problema de su estructura en 1866, cuando so a una serpiente que se coma su propia cola. En efecto, el benceno es un hidrocarburo cclico, aunque su reducido nmero de hidrgenos habla de la presencia de enlaces mltiples.



Frmula 9. Hidrocarburos cclicos. a) Ciclopropano, un potente anestsico empleado en ciruga. b) Mentol. El principio activo de la menta cuenta con un anillo de seis carbonos (ciclohexano).

Frmula 10. a) Estructuras del benceno segn Kekul. b) Concepcin actual del benceno. Los electrones de los dobles enlaces propuestos por Kekul no se hallan entre pares especficos de tomos de carbono. En realidad se encuentran deslocalizados alrededor de todos los tomos del ciclo, lo cual se representa por el crculo punteado.

TAQUIGRAFA QUMICA

En qumica orgnica es comn representar las frmulas de los compuestos en forma de una grfica que condensa la informacin. Las reglas son: a) eliminar la escritura de los smbolos de carbono e hidrgeno, b) cada trazo lineal representar una unin carbono-carbono, y c) evitar la escritura de los enlaces carbono-hidrgeno.

Se han colocado tres ejemplos de esta taquigrafa en la frmula 11.



Frmula 11. Frmulas desarrolladas y grficas de tres compuestos: a) Butadieno. B) Ciclopropano. C) Benceno.

Esta simplificacin de las frmulas, como se ver, es de mucha utilidad para ahorrar tinta y tiempo. Convierte adems al qumico en un experto trazador de figuras geomtricas.

UTILIZACIN GLOBAL DEL PETRLEO

Del petrleo se aprovecha tanto el gas natural como el aceite crudo. En la figura 9 se presenta, a partir de datos de la ONUDI (Organizacin de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial), el destino mundial anual (1980) de los 1 100 millones de toneladas producidas de gas natural y de los 3 000 millones de toneladas de aceite crudo.



Figura 9. Destino de los hidrocarburos del petrleo en el mbito mundial (en toneladas por ao). (Fuente: ONUDI, The Petrochemical Industry in Developing Countries, 1985.)

Podemos observar que una proporcin alta del destino final del petrleo es su combustin como energtico. Unicamente alrededor de 7% se utiliza para la obtencin de productos petroqumicos. Por lo visto, el mercado mundial no da para ms.

Por lo pronto, vale la pena detenernos un poco en el cuadro de refinacin. Ms adelante nos ocuparemos tanto de la petroqumica que se deriva del gas natural (120 millones de toneladas al ao, de acuerdo con la figura 9) como del aceite crudo (210 toneladas anuales). Pero antes de empezar veamos uno de los peligros existentes detrs de los hidrocarburos.

CNCER Y PRODUCTOS AROMTICOS

Con la industrializacin de Europa en el siglo pasado se descubri que los trabajadores del carbn y los deshollinadores de chimeneas desarrollaban cncer en la piel. Hacia 1915, en el Japn, se demostr que bastaba pintar a un conejo con alquitrn (un derivado de la pirlisis del carbn de hulla) para que se le indujera cncer.

Se estima que ms de 50% del cncer humano es producido por sustancias carcinognicas que se hallan en el medio ambiente. Los ejemplos del prrafo anterior han ratificado que algunos hidrocarburos aromticos policclicos producen cncer (vase la frmula 12). Parece que el benceno tambin causa cncer.

El benzopireno es uno de los carcingenos ms poderosos y se lo considera una de las principales causas del cncer pulmonar. Se produce en la combustin de diversos productos orgnicos, como la gasolina, el disel y, desde luego, los cigarros. Se lo ha encontrado incluso en alimentos preparados por combustin directa, como los famosos tacos al carbn.

No son del todo bien conocidas las razones por las que algunos hidrocarburos producen cncer y otros no. Se manejan hiptesis relativas a la distribucin de los electrones y otras relacionadas con el tamao de las molculas (para que se intercalen apropiadamente en el ADN).



Frmula 12. Reciben el nombre de aromticos todos los compuestos derivados del benceno (vase la frmula 10). Los aqu mostrados renen varios ciclos bencnicos en la misma molcula. Algunos de estos compuestos inducen cncer por el contacto prolongado con ellos. a) Antraceno (no es carcingeno). b) Benzo [a] antraceno (es carcingeno). c) Pireno (no es carcingeno) . d) Benzo [a] pireno (es un carcingeno muy potente).

DESTILACIN PRIMARIA

Como ya mencionamos, el petrleo crudo es una mezcla de miles de hidrocarburos y otros compuestos. La forma elemental de aumentar su valor es separar de l distintas fracciones de compuestos semejantes.

Para empezar, se eliminan los slidos trreos suspendidos en el crudo y de inmediato se enva ste a la refinera. All el primer paso es la destilacin del crudo. En este proceso se aprovecha que cada compuesto tiene una temperatura caracterstica de ebullicin. En el laboratorio bastan un mechero, un matraz y un refrigerante para separar una mezcla por destilacin. Sin embargo, en la industria se requieren enormes equipos que se denominan torres de destilacin. El diagrama de una torre de destilacin primaria se muestra en la figura 10.

Antes de su ingreso a la torre, el petrleo crudo es precalentado en hornos que queman gas natural. Por motivos de ahorro energtico, las mismsimas corrientes que salen de la torre, desde la menos hasta la ms caliente, tambin se utilizan en el precalentamiento del aceite crudo, antes de entrar al horno. Ello implica un ahorro de gas natural. As, en ocasiones el crudo se aprovecha para condensar el gas que sale por la parte superior de la torre (vase la figura 10) y para enfriar el resto de las corrientes de salida. En este trayecto el crudo se precalienta y est listo para entrar al horno, y finalmente a la torre.



Figura 10. Torre de destilacin primaria y tren de calentamiento de crudo. En el interior de la torre existen dos corrientes que fluyen en direcciones opuestas. Hacia arriba marcha la fase gaseosa,

impulsada por el rehervidor de la parte inferior. Hacia abajo cae por gravedad la fase lquida, alimentada por el condensador de la parte superior. En cada plato de la torre el gas y el lquido entran en contacto ntimo. El resultado es que los compuestos ms voltiles y ligeros pasan a la fase gasosa, con lo que continan su ascenso hacia el plato superior, mientras que los menos voltiles se condensan como

lquidos y acompaan esta fase hacia el plato inferior.

Para el ingeniero qumico, el diseo de una torre de stas es un problema clsico de su profesin. Qu dimetro proponer para la torre? Cuntos platos de contacto lquido-vapor hacen falta? En qu plato alimentar el crudo? A qu temperatura debe introducirse? Cunto vapor alimentar al rehervidor?

El arranque de la planta de destilacin es otro bello problema: cmo lograr que las corrientes destiladas, que antes constituan el crudo, sean las que lo precalienten? Pruebe el lector su ingenio para sugerir un procedimiento de arranque.

FRACCIONES DEL PETRLEO

La temperatura cambia a lo largo de la torre. En la parte superior se tiene la ms baja, donde se encuentran en equilibrio los componentes ms ligeros (y de menor punto de ebullicin). Por el contrario, en la parte inferior la temperatura es mucho ms alta y lo es tambin la proporcin de los componentes pesados y menos voltiles.

Como se colocan diversas salidas laterales en la torre, el petrleo crudo logra separarse en varias fracciones, cada una con un diferente intervalo de temperaturas de ebullicin e hidrocarburos de diferente nmero de carbonos en su cadena (vase el cuadro 7).

CUADRO 7. Fracciones del petrleo que abandonan la torre de destilacin.

Nombre Intervalo de

temperatura de ebullicin (C)

Nmero de carbonos Uso

Gas incondensable menor de 20 1 a 4 combustible

ter de petrleo 20 - 80 5 a 7 disolvente

Gasolina 35 - 220 5 a 12 combustible de autos

Querosina 200 - 315 12 a 16 combustible de aviones

Aceite ligero 250 - 375 15 a 18 combustible disel Aceite lubricante

y grasas mayor de 350 16 a 20 lubricante

Cera slido que funde entre 50 y 60 20 a 30 velas

Asfalto slido viscoso ----- pavimento Residuo slido ----- combustible

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del tequesquite al adn algunas facetas de la quimica

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