Compartir el artículo
La industrialización de la electroquímica.
Michael Faraday (1791-1867) Tuvo una educación modesta. Tenía 14 años cuando comenzó su aprendizaje de encuadernación. El joven Faraday leyó multitud de obras que recibió para encuadernar y así se educó tanto en las ciencias como en la literatura y el arte. Un cliente del taller de encuadernación notó al curioso aprendiz y se lo mencionó a su padre, quien luego llevó a Faraday con él a varias conferencias impartidas por el pionero de la electroquímica. Humphry Davy. Poco después, Faraday comenzó a trabajar para Davy.
Como su asistente, Faraday viajó con Davy por toda Europa, realizaron experimentos juntos y conocieron a numerosos científicos influyentes. De vuelta en Inglaterra, Faraday continuó formándose como químico y en 1833 se convirtió en profesor de química. Durante este tiempo, investigó las leyes básicas de la electrólisis. Estos formaron la base de la electroquímica y, en la segunda mitad del siglo, permitieron el desarrollo de una industria electroquímica que fabricaba productos como cloro, hidrógeno, aluminio, magnesio, sodio y potasio en sus plantas ubicadas en las centrales hidroeléctricas.
Ceniza de soda de Solvay
La producción industrial de carbonato de sodio (carbonato de sodio) había sido posible desde el desarrollo de la proceso leblanc a finales del siglo XVIII. Sin embargo, la síntesis requería materias primas caras y producía grandes cantidades de cloruro de hidrógeno como subproducto, que es tóxico para el medio ambiente en el que se introduce. El cloruro de hidrógeno producido se escapa de las chimeneas industriales y mata la vegetación circundante, y también es letal para la vida acuática cuando se agrega al agua.
Durante la segunda mitad del siglo XIX, los belgas Ernest Solvay (1838-1922) se ocupó del asunto. Solvay, que provenía de una familia industrial, tenía poca educación formal pero estaba familiarizado con los procedimientos químicos gracias a su trabajo en las fábricas de su tío y su padre. Desarrolló el proceso para fabricar carbonato de sodio, que lleva su nombre y solo tiene un subproducto: el inofensivo cloruro de calcio (CaCl2).
En 1861, Ernest Solvay y su hermano Alfred comenzaron la producción de carbonato de sodio en su propia pequeña fábrica en Bruselas. Al ajustar continuamente el proceso, se volvieron cada vez más exitosos y continuaron expandiéndose. Solvay, que se había vuelto muy rico, participó activamente en la promoción de la investigación científica y las causas benéficas. También mostró su sentido de la responsabilidad social en sus fábricas: estableció una jornada laboral de ocho horas, vacaciones pagadas, un sistema de seguridad social y una pensión para sus empleados, mucho antes de que fuera legalmente obligatorio.
La tabla periodica de los elementos
Ya se habían descubierto 64 elementos químicos en 1868. Sin embargo, hasta el momento no había un sistema claro para regular qué combinaciones particulares de átomos formaban nuevas moléculas. Ordenar los elementos en función de su masa atómica no había ofrecido una solución hasta este punto.
Dmitri Mendeleiev (1834-1907) reconoció un patrón aquí: cuando los elementos se clasifican por su masa atómica, ciertas propiedades elementales se repiten periódicamente, específicamente, después de cada ocho elementos. Por lo tanto, Mendeleev retuvo la disposición en orden ascendente de masa atómica, pero luego también ordenó los elementos que tenían las mismas propiedades uno debajo del otro. Cada vez que las propiedades se repetían después de menos de ocho elementos, dejaba huecos abiertos para llenarlos con elementos que aún no se habían descubierto. Mendeleev dispuso los elementos de transición, que no encajaban con su «regla del octeto», en su propia columna. Esto resultó en la primera tabla periódica de elementos en 1869..
De la anilina a la aspirina
La química orgánica, que ahora iba mucho más allá de la síntesis de urea artificial, se había convertido en una industria importante y de rápido crecimiento. Las empresas de tintes de alquitrán BASF, Bayer y Hoechst, todas ellas fundadas en la década de 1860, crecieron tan rápidamente que ya empleaban a miles de personas incluso antes del cambio de siglo. Desde finales del siglo XIX, la industria de tintes de alquitrán también desarrolló medicamentos orgánicos sintéticos. Bayer, por ejemplo, patentó la síntesis libre de subproductos del ácido acetilsalicílico en 1898 y comercializó el producto con el nombre de «Aspirina» desde principios del siglo XX.
En la investigación básica, los químicos comenzaron a dedicarse a moléculas orgánicas cada vez más complejas. Emilio Fisher (1852-1919) investigó moléculas biológicamente significativas como azúcares y aminoácidos. En 1890 utilizó la glicerina como base para sintetizar tres azúcares: glucosa, fructosa y manosa. Más tarde investigó las proteínas. Durante este período, descubrió nuevos aminoácidos y arrojó luz sobre el tipo de enlace que los une entre sí: un enlace amida al que denominó «enlace peptídico» [1].
Primera Guerra Mundial: Fertilizantes artificiales y agentes bélicos
El uso de fertilizantes ha sido una práctica común en toda la agricultura desde liebig demostró que mejoraría el rendimiento. El nitrógeno que necesitaban las plantas para crecer se añadía a los fertilizantes principalmente en forma de guano. Consiste en excrementos erosionados de aves marinas que forman capas de un metro de espesor durante muchos años, particularmente en las playas de América del Sur, donde los niveles de precipitación son bajos. Para satisfacer la gran demanda de alimentos y, por lo tanto, de fertilizantes, se importaban a Europa cargamentos enteros de guano.
Sin embargo, la importación de guano no pudo seguir el ritmo del rápido crecimiento de la población indefinidamente, por lo que a fines del siglo XIX, los investigadores comenzaron a buscar una forma de fijar el nitrógeno del aire. El químico alemán Fritz Haber (1868-1934) finalmente encontró una solución en 1909 y, con su síntesis de amoníaco, evitó la hambruna profetizada en el mundo occidental. Desafortunadamente, este desarrollo también permitió la producción de agentes de guerra de Alemania durante la Primera Guerra Mundial, ya que el amoníaco se podía usar para crear nitrato de amonio, que luego se usaba en municiones.
En el proceso Haber-Bosch, el amoníaco se produce como resultado de una reacción entre el hidrógeno y el nitrógeno. Fritz Haber logró la síntesis a alta temperatura y alta presión, y con la ayuda de un catalizador. Carlos Bosch (1874-1940) desarrolló la implementación industrial del proceso. Para ello, desarrolló equipos específicos fabricados con materiales de última generación que podían soportar tanto niveles de presión como de temperatura elevados.
En 1914, estalló la Primera Guerra Mundial. Las naciones involucradas, así como los estados neutrales, enfrentaron bloqueos en sus rutas comerciales y tuvieron que volverse en gran medida autosuficientes. Gracias a la estructuración y la ayuda gubernamentales, esto condujo a un auge de la investigación industrial en todo el mundo. Numerosos científicos de renombre participaron activamente en la guerra o la apoyaron, incluidos Fritz Haber, Walther Nernst y Emil Fischer. Además del proceso Haber-Bosch, la presión para crear innovaciones que prevaleció antes y durante la guerra también resultó en la primer caucho sintético así como también gas mostaza y el gas toxico fosgeno. Gas de cloro, que se produce durante la síntesis de amoníaco, también se utilizó como agente de guerra durante la Primera Guerra Mundial.
Y si . . .
. . . el proceso Haber-Bosch no existió? Sin el fertilizante nitrogenado producido mediante el proceso Haber-Bosch, probablemente habría mucha menos gente en la Tierra: el crecimiento de la población de alrededor de 1600 millones en 1900 a casi 8000 millones en la actualidad no habría sido posible sin las mejoras en el rendimiento provocadas por el nitrógeno artificial. fertilizantes La agricultura todavía depende de él hoy en día: sin este proceso, el planeta solo podría proporcionar alimentos suficientes para la mitad de la población [2].
Química desde la Primera Guerra Mundial
Tras el acuerdo de armisticio de 1918, la industria química alemana, que hasta entonces había sido líder mundial, perdió todas sus patentes y tuvo que revelar numerosos secretos de producción para satisfacer las demandas de reparación de las potencias aliadas victoriosas [3]. Esto significó que la industria química alemana tuvo que renunciar a su lugar en la cima. Aunque experimentó otro auge hacia el comienzo de la Segunda Guerra Mundial, los líderes actuales de la industria química son Estados Unidos y Francia. Durante el período de la posguerra, la química de polímeros y la química farmacéutica fueron los campos que experimentaron un avance particular y dieron lugar a innumerables productos que siguen siendo esenciales en la actualidad. Entre estos se encuentran los polímeros, incluidas las fibras sintéticas como el nailon y el poliéster, y las vitaminas y hormonas producidas artificialmente.
El tiempo alrededor de la vuelta del siglo 20 vio rápido avance en la química, tanto en la investigación fundamental como en la industria, y en gran medida, es la relación entre los dos lo que permitió este progreso. Numerosos procesos desarrollados durante este período de tiempo, incluidos los procesos de Haber-Bosch y Solvay, han seguido siendo los métodos de elección en la producción de productos químicos, en este caso, amoníaco y ceniza de sosa, respectivamente, hasta el día de hoy.
Referencias
[1] Los componentes de la vida: de los ácidos nucleicos a los carbohidratos; 1ª ed., Rogers, K., Ed.; Britannica Educational Publishing/Rosen Educational Services: Nueva York, 2011; pág. 59.
[2] Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z. y Winiwarter, W. (2008) Nacional. Geosci. 1, 636–639.
[3] Kricheldorf, H. R. Menschen und ihre Materialien: Von der Steinzeit bis heute; 1.ª ed., Wiley-VCH Verlag & Compañía KGaA: Weinheim, 2012; pág. 111.
