Y yo quiero ser...Químico y Trabajar en la Industria Química
(Por
José Antonio Martínez Pons)
Escucha música mientras lees, vete al final.
Un poco de historia
Intentar
definir la química no es fácil. Incluso su nombre es misterioso, por ejemplo, hay
quien piensa que “química” deriva de “khemeia” que a su vez deriva de “Kham”, nombre antiguo de Egipto. Por tanto,
la química sería el “arte de los egipcios”.
También podría significar “arte negro” en
el sentido de arte oculto ya que los “químicos”
guardaban secreto sobre sus artes. Otros sin embargo creen “khemeia” deriva del griego “khumos”, jugo, por tanto, la química
sería el “arte de extraer jugos”. Ninguna
de estas definiciones es del todo exacta. Realmente como ciencia en el sentido moderno,
la química es una ciencia joven, pero el ser humano hizo química, sin saberlo
desde los albores de la civilización, por ejemplo, cuando descubrió y utilizó
los efectos que producía el fuego sobre muchos objetos como cocer la comida o
convertir el barro en cerámica. También descubrió los tintes y las pinturas y
hace uno milenios aprendió a dominar y a obtener los metales. Tanto es así que en
muchas partes del mundo los forjadores eran sagrados y tenían paso libre en todas
las fronteras. Era obvio que el pueblo que contaba con los mejores herreros
tenía las mejores herramientas y las mejores armas. La Biblia narra que los
filisteos, muy posiblemente griegos, dominaron a los israelitas hasta que Saúl
fue capaz de conseguir armas de hierro y se pudo enfrentar a ellos en igualdad
de condiciones. Resumiendo, desde los albores de la cultura el ser humano ha hecho
química sin saber que la hacía.
Alquimia, alquimistas y otros personajes
La primera
“química” fue lo que conocemos por alquimia. Realmente el alquimista no
indagaba en el porqué ocurrían los fenómenos que estudiaba, el buscaba por un lado
obtener el medio de convertir metales “corrientes” en oro y por otro encontrar algo,
el elixir de la vida, que le garantizara la salud. Naturalmente en este camino
envuelto en misterios (arte hermético) y solo para iniciados descubrió técnicas
y sustancias químicas muy interesantes, pero este no era su objetivo final sino
un camino hacia la gran obra. Los alquimistas chinos descubrieron la pólvora buscando
la panacea ideal, y en occidente la invención de esta mezcla se atribuye al
mítico monje alemán Bertold Schwartz. Otros o ellos mismos buscaban medicinas destilando
y volviendo a destilar, es una etapa de la química llamada iatro química.
Fig. 1. Los cuatro elementos
griegos y sus símbolos. Aristóteles añadió la quinta esencia.
Los
alquimistas no se consideraban “científicos” sino “artistas”. Sus ideas básicas
eran muy simples, aceptaba ya fuera la teoría griega de los cuatro elementos (aire
agua tierra y fuego) y las cuatro cualidades (frio, caliente, seco y húmedo), o
bien la del mercurio, azufre y sal, como constitutivos de la materia. Aceptaban
siete metales que asociaban a los “siete” planetas. Cuando se fueron
descubriendo nuevos metales no hubo problemas los nuevos metales se
consideraban variedades de los existentes del mismo modo que “existen distintas
variedades de manzanas”. Pensaban que los metales se “criaban” como los
árboles, partían de una semilla que había que regar con el elixir adecuado. La transmutación
por supuesto era posible.
¿Cómo permanecen ciertas ideas?
Estas ideas
perduraron por más de mil años. Se puede decir que la química actual nació a finales del siglo XVIII y
principios del XIX, cuando Lavoisier, Dalton, Proust y Richter establecieron
las cuatro leyes ponderales de la
química y Dalton propuso el modelo
atómico molecular de la materia. Por ejemplo todavía en 1637 se publicó el
libro “El arte de los metales”
escrito por el Licenciado Álvaro Alonso Barba, natural de Lepe y sacerdote en
la parroquia de San Bernardo en La imperial Potosí,( hoy en Bolivia).
Fig. 2. Facsímile del libro
“El arte de los metales”.
Donde describe
todo lo que se sabía sobre mineralogía y metalurgia de su tiempo, incluidos los
métodos extracción de los metales preciosos sobre todo la plata, sin embargo,
don Álvaro era creyente en las teoría de los cuatro elementos y en la
transmutación de los metales, es decir que con bases teóricas erróneas,
consiguió procesos efectivos y prácticos es de destacar su método de los
“cajones” para purificar plata. Entre otras “pruebas” propone que si se sumerge
una lámina de hierro en una disolución de caparrosa azul (Fig. 3) el hierro se convierte
en “cobre fino” En la figura se aprecia la disolución de caparrosa (sulfato de cobre)
y una disolución análoga en la que se introdujo un clavo, trascurridas unas
horas. Efectivamente el clavo desapareció y se recogió cobre, pero obsérvese el
cambio de la disolución de azul a verde, lo que ocurrió fue simplemente una
reacción red-ox. El cobre precipitó y el hierro pasó a la disolución. Estas dos reacciones lo explican Cu2+aq
+ 2e- -> Cu | ; Fe -> Fe2+aq + 2e-, es decir, que en resumen no ha habido transmutación
sino un simple intercambio de electrones.
Fig. 3. Reproducción actual
del experimento de Alonso.
Hoy la química
para “hacer algo” se resume bajo los nombres de química técnica o química industrial.
También “hacen algo” los farmacéuticos y mucho de lo que diremos es aplicable a
ellos, pero se consideran como campos aparte. Lo cual no es obstáculo para que un
químico desarrolle su profesión en un laboratorio farmacéutico.
¿Qué aspectos particulares tiene la química industrial?
Obviamente las
leyes de la química y la termodinámica son las mismas sin embargo hay diferencias
sustanciales:
Fig. 4. Planta petroquímica.
Modelo de industria química pesada.
-La escala y los órdenes de magnitud,
en el laboratorio en general se trabaja con cantidades pequeñas, del orden de los
gramos, en la industria se trabaja con grandes cantidades, del orden de los centenares
de kilogramos, incluso de toneladas de reactivos y productos.
-La calidad de reactivos, en el
laboratorio normalmente se trabaja con sustancias puras o casi puras, en la
industria se trabaja con materias primas.
-Lo mismo cabe decir de los
productos, además muchas veces la pureza que se exige en estos puede no ser muy
rigurosa, así por ejemplo no es lo mismo preparar un ácido clorhídrico para uso
de laboratorio que para preparar un “sal fuman” como desatascador.
-Las variables, en la industria al
revés que en el laboratorio las variables económicas tienen la misma categoría o
mayor que las variables fisicoquímicas.
Estas diferencias
desembocan en otras por ejemplo el almacenamiento y transporte de productos y
reactivos.
Diseño de reactores y sus elementos
periféricos
Precisamente
tanto el transporte de reactivos y productos como el propio diseño de los
reactores y los diversos sistemas de calentamiento o evacuación del calor
requieren un dominio de las leyes físicas correspondientes.
Productos y
reactivos suelen presentarse en forma fluida, líquidos y gases, o pulverulenta y
para su manejo se utilizan las leyes de la mecánica de fluidos que el ingeniero
químico debe dominar. Concretando en la química propiamente dicha:
-Hay que tener en cuenta que procedimientos
que funcionan muy bien en el laboratorio para un determinado objetivo, pueden no
ser válidos en la industria y viceversa.
-Se debe controlar muy bien la
cinética química, es decir la velocidad con que se producen las reacciones, así
como las condiciones termodinámicas que pueden modificarlas.
-Tiene gran importancia los
residuos y vertidos. En laboratorio son fáciles de controlar y de eliminar
mediante campanas de gases, contenedores para llevar los residuos a un punto
limpio, sin embargo, en la industria:
.-Las cantidades de residuos son
muy grandes.
.-Pueden contener todavía
productos de interés que deberían recuperarse.
.-Pueden ser peligrosos para el
medio.
.-Su eliminación correcta en el
mejor de los casos cuesta dinero.
-La ingeniería química es también
una actividad económica y debe sacarse a los procesos el máximo rendimiento por
tanto la economía de los procesos debe cuidarse al máximo y evaluar los costes
de todo el proceso incluido transporte, almacenamiento, eliminación de residuos
además tener en cuenta que estos pueden contener productos valiosos que no
deben desaprovecharse.
¿Cómo se trabaja en la industria química?
Cada industria
tiene su metodología, aquí se dan unas normas generales. Que más o menos son
aplicables en términos generales.
Tenidos en
cuenta todos los puntos que se han tratado antes, el procedimiento suele
empezar por el diseño de la reacción o reacciones que interesan. Luego se hacen
las pruebas necesarias a escala de laboratorio. A la vista de los resultados se
estudia si la extrapolación a mayor escala, considerados todos los aspectos, es
posible y rentable. Entonces lo normal es iniciar las pruebas en planta piloto.
Si los resultados son los esperados, se
produce el paso a escala industrial y se inicia la producción definitiva.
¿Cómo trabajan los grandes reactores?
En química
industrial se opera en general de dos maneras:
-Por cargas. Los reactivos se
introducen en un gran reactor y se espera a que se produzca la reacción, se vacía
el reactor se separan productos y restos y se recarga de nuevo el reactor.
-En proceso continuo. Se trata de reactores en los cuales por una
parte entran los reactivos y avanzan a lo largo del reactor mientras transcurre
la reacción. Estos reactores no se paran nunca y en ellos es más fácil por
ejemplo establecer recirculaciones.
Fig. 5. Un viejo horno alto que transforma el mineral
de hierro en hierro. Es uno de los más antiguos reactores industriales de
régimen continuo.
En resumen
La química
industrial es un mundo impresionante en el que confluyen la química, la física y
la economía. A partir de materias primas producen sustancias transformadas que luego se utilizaran, ya
sea directamente, ya como materia prima, en otras industrias. Realmente sin
darnos cuenta todos los días usamos decenas de artículos que han requerido la
existencia de uno o varios procesos de química industrial. Por ejemplo, usamos
jabón y perfumes, nos vestimos con tejidos sintéticos que posiblemente no hace
mucho fueron petróleo, y que han sido teñidos con tintes sintéticos. Los
artículos metálicos que usamos salvo unos pocos metales proceden de minerales
de los que se han obtenido los metales, muchos de los artículos que utilizamos
son de plástico. El agua ha sido tratada con productos químicos para garantizar
su salubridad, el cuero de nuestros zapatos ha sido curtido con productos “químicos”…
y todavía no hemos salido de casa. Así de importante es la industria química.
José Antonio Martínez Pons
Doctor
en Química
Licenciado en Física
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