Este documento presenta información sobre la organización y producción del libro "Entre Moléculas" del Año Internacional de la Química 2011 por el CSIC. Incluye los nombres de los comisarios científicos, el equipo de coordinación técnica, la asesoría científica y didáctica, y los créditos de ilustraciones y diseño gráfico. También agradece a dos institutos del CSIC por su contribución.

1. Comisario Científico
Bernardo Herradón
Coordinación técnica
Laura Ferrando
Organización y producción
Vicepresidencia Adjunta
de Organización y Cultura
Científica del CSIC
Pilar Tigeras, Mercedes Alonso, Laura
Ferrando,LauraLlera,RafaelMartínez,
Ester Moreno, Violeta Vicente
ASESORÍA CIENTÍFICA
José Elguero, Pilar Goya, Rafael
Moliner, Pedro Serena
Asesoría didáctica
Covadonga Gutiérrez, Susana
Martínez, Benigno Palacios, José
Vicente
Ilustraciones
Raúl Gómez
Diseño Gráfico
underbau
AGRADECIMIENTOS
José Luis García, Instituto de
Catálisis y Petroleoquímica (CSIC),
Rosa Menéndez,Instituto Nacional
del Carbón (CSIC)
ENTRE
MOLÉCULAS
Año Internacional de la Química 2011. CSIC
más en www.quimica2011.es

2. La onu ha declarado 2011 como Año Internacional de
la Química, con el lema «Química: nuestra vida, nuestro
futuro».
Todo lo que nos rodea puede expresarse y explicarse
a través de la Química. La investigación científica
actual contribuye a la mejora de nuestra calidad de
vida, trabajando en los grandes retos alimentarios,
energéticos, medioambientales, sanitarios, sociales…
LA QUÍMICA:
NUESTRA VIDA,
NUESTRO FUTURO
El año 2011 coincide con el centenario de la concesión
del Premio Nobel de Química a Marie Curie, y constituye
una oportunidad para reconocer la contribución
de las mujeres a la ciencia. Además, se conmemora
el centenario de la fundación de la International
Association of Chemical Societies, precursora de la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada. Se celebra
también el 350º aniversario de la publicación del libro
The Sceptical Chymist de Robert Boyle, en 1661, que
marca el origen de la Química como ciencia moderna.
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3. Salud
H H
Si miramos a nuestro alrededor, ¿qué vemos?
La respuesta es: Química.
La Química está en todas partes: la ropa que llevamos, lo
que comemos, el aire que respiramos, nuestros cuerpos…
Todo está hecho de materia, y toda la materia está
formada por moléculas; por lo tanto, todo es Química.
ESTÁ
EN TODAS
PARTES
2

4. La Química es la ciencia de las moléculas, sus
componentes, estructuras, propiedades y transfor-
maciones químicas (reacciones). Las propiedades de
la materia están determinadas por las moléculas, las
cuales se forman por la unión de dos o más átomos.
EL LENGUAJE PECULIAR DE LA QUÍMICA
Los átomos se representan por símbolos y
las moléculas por fórmulas que indican su
composición. En algunas representaciones se
dibujan líneas para mostrar los enlaces químicos.
Sin embargo, las moléculas tienen forma
tridimensional y ocupan un lugar en el espacio.
Por esta razón se utilizan otras imágenes más
realistas que muestran su disposición espacial.
MOLÉCULA
Partícula con individualidad
propia formada por una
agrupación ordenada y denida
de átomos, que se unen a través
de enlaces químicos.
ÁTOMO
Unidad más pequeña de
un elemento químico que
mantiene su identidad.
ELEMENTO
Sustancia constituida por una
misma clase de átomos.
En la tabla periódica hay poco
más de un centenar de elementos
que se pueden combinar dando
lugar a los muchos millones de
moléculas que se conocen en la
actualidad y a las que se pueden
preparar en el futuro.
¿QUÉ ES LA
QUÍMICA?
La molécula de agua está
formada por dos átomos
de hidrógeno (H) y uno de
oxígeno (O).
El átomo se compone de protones y
neutrones situados en el núcleo, alrededor
del cual se mueven los electrones.
Las propiedades químicas están
relacionadas con la conguración
electrónica, mientras que las propiedades
físicas dependen principalmente del núcleo.
La molécula de la
sacarosa (C12
H22
O11
),
el azúcar común,
puede representarse
de varias maneras.
3

5. EN LOS
ORÍGENES
Los orígenes de la Química se remontan
a los de la humanidad. El primer químico,
sin saberlo, fue el ser humano primitivo al
controlar y usar el fuego, que se produce
por la reacción química de la combustión.
El fuego mejoró considerablemente la
calidad de vida, en cuestiones como la
cocción de alimentos, la fabricación de
herramientas, como fuente de calor…
Además, posibilitó el desarrollo posterior
de la cerámica y la metalurgia del cobre, del
bronce y del hierro.
Desde las primeras aproxima-
ciones conceptuales a la natura-
leza de la materia, la humanidad ha
avanzado mucho con descubrimientos que
han revolucionado nuestra vida cotidiana.
Hasta el siglo xvii, la química estuvo
dominada por la Alquimia, que signica
«arte de la transformación». En este periodo
se desarrollaron muchos procesos químicos,
se aislaron nuevas sustancias químicas y se
perfeccionaron los instrumentos de trabajo.
La Química
se convirtió en una
ciencia en el siglo xvii
gracias a Robert Boyle,
el primero en aplicar
el método cientíco en
este campo.
En los laboratorios
alquimistas se buscaba
la piedra losofal, un
método hipotético para
transformar cualquier
metal en oro. Los
alquimistas chinos
buscaban un elixir
que pudiera alargar la
vida e incluso conferir
inmortalidad.
4

6. DE BOYLE A
LAVOISIER
LA QUÍMICA SE ESTABLECE
COMO CIENCIA
La investigación de Robert Boyle (1627-
1691) y de sus discípulos proporcionó rigor
a la investigación química, al demostrar
la diferencia entre elemento y compuesto
(formado éste por dos o más elementos).
Estableció la relación entre el volumen y
la presión de un gas y que el aire es una
mezcla de gases en la que, al menos uno
de sus componentes, es responsable de las
reacciones de oxidación y de la respiración
en animales. No pudieron avanzar más en
estas hipótesis al no disponer de técnicas
experimentales adecuadas.
Sin embargo, la Química del si-
glo xviii siguió dominada por teo-
rías sin base cientíca, siendo necesarios
casi cien años para que se convirtiese en una
ciencia moderna. Antoine Laurent Lavoi-
sier (1743-1794) jugó un papel fundamental
y se le considera el padre de la Química mo-
derna. Con experimentos rigurosos, demos-
tró el papel del oxígeno en las reacciones de
combustión, comprobó la conservación de la
masa en una reacción química y estableció el
concepto de elemento químico, así como con-
tribuyó a jar un sistema de nomenclatura.
John Dalton
(1766-1844)
Propuso en 1808 la
primera teoría atómica con
fundamento cientíco, en la
que el átomo es la partícula
elemental indivisible.
La mejora instrumental
permitió a Lavoisier
formular su célebre ley de la
conservación de la masa.
5

7. Los progresos teóricos dieron lugar a la
comprensión de numerosas reacciones
químicas. Se obtuvieron numerosas sustancias
útiles previamente desconocidas, como
medicamentos, tintes, tejidos, detergentes, etc.
El siguiente gran avance fue, en 1869, la
publicación de la Tabla Periódica de los
Elementos Químicos, propuesta por Dimitri
Mendeleiev (1834-1907). Esta tabla ordena los
elementos en función de sus números atómicos
y valencias, y permite deducir sus propiedades
químicas. Es una de las mayores contribuciones
conceptuales de la historia de la Ciencia.
En el siglo xix se produjeron numerosos
avances en el campo de la Química,
especialmente gracias al nuevo enfoque
de la teoría atómica. La industria en este
campo alcanzó una gran relevancia. Durante
este periodo adquirió especial importancia
la producción de la sosa, el cloro, el ácido
sulfúrico, los colorantes, etc.
Una vez aceptado el concepto de átomo,
quedaba por resolver cómo se combinan.
El primer intento fue realizado por Amedeo
Avogadro (1776-1856), que postuló el
concepto de molécula y su relación con las
propiedades de la materia.
CONSOLIDACIÓN
Y MADUREZ
DE UNA CIENCIA
LA QUÍMICA DEL SIGLO XIX
Mendeleiev
Mendeleiev
La
tabla ayuda
a predecir las
propiedades de
todas las sustancias
químicas.
6
En 1869, Mendeleiev dedujo la
existencia de nuevos elementos
químicos desconocidos hasta
entonces, por lo que dejó huecos
vacantes en su tabla periódica. Por
ejemplo, el galio y el germanio.

8. PROTAGONISTAS
DEL SIGLO XX
Linus Pauling
(1901-1994)
Aplicó las teorías y métodos
de la Mecánica Cuántica
a la Química, y estableció
la base conceptual del
enlace químico.
Wallace Hume Carothers
(1896-1937)
Descubrió el neopreno y
el nylon, que se utilizan
ampliamente en la
industria textil.
Karl Ziegler (1898-1973)
Giulio Natta (1903-1979)
Obtuvieron polímeros
lineales, como el polietileno,
utilizando catalizadores
organometálicos.
Marie Curie
(1867-1934)
Descubrió dos elementos
químicos radioactivos, el
radio y el polonio, que fueron
cruciales para el desarrollo de la
Química. Realizó aportaciones
sobresalientes en
radioactividad.
Robert B. Woodward
(1917-1979)
Sintetizó y determinó la
estructura de moléculas
orgánicas muy complejas
como el colesterol.
Leo Hendrick Baekeland
(1863-1944)
Inventó la bakelita, un polímero
sintético con propiedades
excepcionales que supuso
una auténtica revolución en
el campo de los
materiales.
7
Hasta los años 30, el radio
se utilizó en numerosas
medicinas, entre ellas el
Radithor (agua destilada
con radio), considerado
una solución para todos
los males. Se usaba en
pinturas luminiscentes,
chicles, cremas, etc. En
aquellos tiempos, todo lo que
contenía radio signicaba
avance.
En el siglo xx, la Química se fundamenta en los
conceptos de átomo, enlace químico y molécula,
basados en la Mecánica Cuántica. El progreso científico
alcanzado es evidente en todo lo que nos rodea.
RADITHOR
Radioactive Water
C E R T I F I E D
Contains
*
Radioactive Water
C E R T I F I E D
Contains
Radioactive Water
Contains
Radioactive Water
Contains
Radioactive WaterRadioactive WaterRadioactive Water
C E R T I F I E D
Radioactive Water
C E R T I F I E D
Radioactive Water
C E R T I F I E D
Contains
Radioactive Water
C E R T I F I E D
Contains

9. La energía, el transporte, la producción y
distribución de alimentos, los productos
de consumo, el desarrollo tecnológico, etc.,
afectan al medio ambiente.
El uso masivo de productos químicos hace
que los residuos generados también sean
químicos. En este contexto, es habitual
encontrar el adjetivo «químico» ligado a
efectos negativos para el medio ambiente.
Actualmente la Química colabora en
la protección del medio ambiente
LA QUÍMICA Y EL
MEDIO AMBIENTE
determinando la cantidad e impacto de
sustancias químicas; preparando compuestos
con actividad biológica para paliar efectos
nocivos; implantando procesos de separación
de sustancias tóxicas, etc.
Entre otras líneas, en los laboratorios
españoles se investiga sobre tecnologías
que permitan minimizar el impacto del
CO2
, sobre el uso y desarrollo de nuevos
materiales para energías renovables, y sobre
nuevas fuentes de energía.
La investigación y la industria
químicas contribuyen a proteger
la biodiversidad, potabilizar el
agua, producir combustibles
8
alternativos, sintetizar
plaguicidas y fertilizantes
más efectivos y menos
contaminantes…

10. «Todas las cosas son venenosas y nada es
inocuo; únicamente la dosis determina lo que
no es un veneno». Esta frase, pronunciada
por Paracelso hace casi 600 años, reeja la
importancia que tiene en Química el concepto
de concentración. Ésta se reere a la cantidad
de moléculas que hay en un determinado
medio y se expresa, generalmente, en unidades
de cantidad de materia en un volumen.
Por ejemplo, cuando se habla de contamina-
ción ambiental, se debe tener en cuenta la
concentración (no es igual la dilución de una
misma cantidad de residuo químico en un ria-
chuelo que en un río caudaloso). Otro aspecto
MIDIENDO
LA CONCENTRACIÓN
Y LA TOXICIDAD
importante para evaluar el
efecto de una determinada
sustancia es su toxicidad a esca-
la molecular.
En la naturaleza, pequeñas porciones de
materia están constituidas por moléculas
en cantidades del orden de los cuatrillones
(números de 23-25 cifras). Para superar la
dicultad de manejarse con estos valores,
tenemos el concepto de mol. Un mol de
sustancia está formado por un número de
Avogadro de moléculas y coincide con el
peso molecular expresado en gramos. Este
número es aproximadamente 6,022 × 1023
.
En una gota de
agua hay varios
miles de trillones
de moléculas, cifra
que da idea de
su pequeñísimo
tamaño.
La información
sobre contaminación
química carece
de sentido si no
se especica la
concentración.
9

11. HUMO DE CHIMENEA
CARBONATADOR
T 650º C
CALCINADOR
T 900º C
GASES SIN CO2 CO2 PURO PARA ALMACENAMIENTO
CAL (CaO)
CALiZA (CaCO3)
CAPTACIÓN DE CO2
MEDIANTE CICLOS
DE CARBONATACIÓN-CALCINACIÓN
CAMBIO
CLIMÁTICO
El cambio global hace referencia al impacto
de la actividad humana sobre la biosfera. El
cambio climático es uno de los muchos vec-
tores de cambio, junto con la transformación
del territorio, la deforestación, la desertica-
ción, etc.
Hace ya cerca de un siglo, Arrhenius (Pre-
mio Nobel de Química en 1903) realizó cálcu-
los sobre la cantidad de CO2
en la atmósfera y
la relacionó con la temperatura terrestre. Pre-
dijo que si la cantidad de CO2
se duplicase, la
temperatura terrestre au-
mentaría en 2º C. Basándose
en datos de producción industrial
de su época, estimó que esto sucede-
ría después de varios siglos. Sus previsiones
se quedaron cortas y han bastado menos de
cien años para llegar a esas cifras.
La ciencia actual investiga cómo minimizar
estos procesos. Un ejemplo de ello son los
diferentes métodos que se estudian para la
captación y almacenamiento del CO2
.
El efecto
invernadero es uno de los
procesos que ha denido el clima
de la Tierra. Sin él, la temperatura
terrestre sería de –18ºC. Los
principales gases responsables
son vapor de agua (H2
O, el más
abundante), dióxido de carbono
(CO2
), metano (CH4
), óxidos de
nitrógeno (NOx
), ozono (O3
) y
clorouorocarbonos
(CFC).
10
Existen diferentes procesos
de captación de CO2
. Este
ejemplo se basa en el
equilibrio entre la cal (CaO)
y la caliza (CaCO3
). El CO2
procedente de una corriente
de gases (humo de chimenea)
reacciona con la cal en el
carbonatador, y genera caliza
que se transporta al calcinador,
donde se libera el CO2
puro
para su almacenamiento. En
el calcinador se produce la
reacción inversa: se genera
cal, que se reintroduce en el
carbonatador para reiniciar el
proceso.

12. Más de 1.100 millones de personas en el mundo no tienen
aún acceso a agua potable. Cada año, cinco millones de
personas mueren a causa de enfermedades trasmitidas por
agua en mal estado. Para que al abrir el grifo brote agua po-
table son necesarias, entre otras infraestructuras, plantas
potabilizadoras en las que se llevan a cabo rigurosos trata-
mientos físicos y químicos. Éste es uno de los muchos usos
y aspectos sociales de la Química.
En una estación de tratamiento de agua potable, el agua
que se ha tomado del punto de captación (río, lago, pozo,
etc.) se somete a la siguiente secuencia de operaciones:
pretratamiento, coagulación-oculación, decantación,
ltración y desinfección.
POTABILIZACIÓN
DE AGUA
11
Reducción de la
contaminación, usando
por ejemplo dióxido de
cloro (ClO2).
Ajuste del pH y
adición de agentes
coagulantes (sales de
hierro o aluminio) y flocu-
lantes (polielectrolitos)
que facilitan la etapa
siguiente.
Eliminación de
materia sólida, gracias
a membranas con poros
de tamaño adecuado, en
cuyo diseño la Química
juega un papel
importante.
Eliminación de
microorganismos
patógenos, al aplicar dióxido
de cloro (ClO2) y otros
compuestos como el ozono
(O3), que actúan como
bactericidas y
oxidantes.
Sedimentación de los
lodos en el fondo de
grandes tanques.
DESINFECCIÓN
Eliminación de
materia sólida, gracias
a membranas con poros
de tamaño adecuado, en
cuyo diseño la Química
juega un papel
importante.

13. QUÍMICA ALIMENTACIÓN
AGUA POTABLE
COSECHAS MÁS
ABUNDANTES
(ABONOS, FERTILIZANTES)
PRODUCTOS
FITOSANITARIOS:
CONTROL DE PLAGAS Y
MEJORA DE LAS PLANTAS
(DESFOLIANTES,
REGULADORES DEL
CRECIMIENTO)
PRODUCTOS
PARA VETERINARIA
(VACUNAS,
MEDICAMENTOS…)
MEJORA
DE LOS ALIMENTOS
(CONSERVANTES,
ESTABILIZANTES,
EDULCORANTES)
CONOCIMIENTO DE LA
QUÍMICA DEL SUELO
Q
A
El hambre en el mundo no es tanto un problema de pro-
ducción de alimentos como de distribución, entre otros
factores. La Química ha contribuido de manera notable a
que dispongamos de más y mejores cosechas, ganado más
sano y alimentos más seguros.
Los terrenos agrícolas son cada vez más productivos. Un he-
cho culminante para alcanzar esta situación fue la produc-
ción industrial de amoniaco (la base de los fertilizantes),
desarrollado por Fritz Haber (Premio Nobel de Química en
1919). Esta síntesis provocó una auténtica revolución agríco-
la. El número de humanos soportado por hectárea pasó de
1,9 a 4,3 en el último siglo.
Pese a sus benecios, el abuso de fertilizantes y plaguici-
das ha provocado la contaminación de ríos y acuíferos. La
investigación actual persigue productos más especícos,
que usados en las concentraciones adecuadas, actúen so-
bre la plaga sin perjudicar al resto del ecosistema.
LA
PRODUCCIÓN
DE ALIMENTOS
12

14. QUÍMICA Y
SALUD
Estructura de la hemoglobina
humana, proteína que contiene
hierro y transporta oxígeno en
la sangre.
La esperanza de vida ha crecido de forma es-
pectacular en el último siglo. Sólo en España,
se ha pasado de una esperanza de vida al na-
cer de 35 años en 1900 a los 81 en el año 2008.
La higiene, los fármacos, las vacunas, las me-
joras en alimentación y el agua potable, son
algunos de los factores que han inuido en
este proceso.
La Química y la Biomedicina han mante-
nido una intensa relación desde tiempo
inmemorial. Las moléculas de interés bioló-
gico (proteínas y ácidos nucleicos, principal-
mente) han sido objeto de estudio de la comu-
nidad cientíca, que ha contribuido a conocer
su estructura y su mecanismo de acción.
Los avances de las nuevas tecnologías están
permitiendo realizar predicciones computa-
cionales de actividades biológicas y propie-
dades farmacológicas (cribado virtual), que
ahorran mucho tiempo y dinero.
13

15. FASE CLÍNICA
Diseño y
síntesis de
moléculas
activas
Diseño y
síntesis de
moléculas
activas
Identificación
de un objetivo
biológico
Identificación
de un objetivo
biológico
1
Revisión y
aprobación del
medicamento por el
organismo
regulador
Ensayos in vitro y
con animales.
Selección del mejor
candidato
Ensayos in vitro y
con animales.
Selección del mejor
candidato
Lanzamiento y
comercialización
Revisión y
aprobación del
medicamento por el
organismo
regulador
Lanzamiento y
comercialización
11
FASE PRECLÍNICA
Solicitud a los
organismos estatales
para sacar el
producto al
mercado
Fase III
Estudios masivos
en pacientes
1.000-3.000
Solicitud a los
organismos estatales
para un nuevo
medicamento
Solicitud a los
organismos estatales
para un nuevo
medicamento
Estudio
farmacológico y
producción
Estudio
farmacológico y
producción
HH33C
CH3
N
HH
O
N
S
2
Fase I
Estudios en
voluntarios sanos
2-100
Fase I
Estudios en
voluntarios sanos
2-100
6
8
Fase II
Estudios en
pacientes
100-500
710
3 4
5
9
PASTILLAS
EMAAgencia Europea del
Medicamento
LOS MEDICAMENTOS
Y SU DESARROLLO
La industria farmacéutica ha desarrollado
multitud de medicamentos en los últimos
cien años. En los países desarrollados se pue-
den curar, prevenir y paliar los síntomas de
muchas enfermedades. Continúa siendo un
reto desarrollar medicamentos para tratar
enfermedades con incidencia casi exclusiva
en países en vías de desarrollo y para «enfer-
medades raras» (aquellas con una prevalen-
cia baja, inferior a 5 casos por cada 10.000
personas en la comunidad, según la deni-
ción europea).
La producción de principios activos farma-
céuticos, principal componente de un medi-
camento, es una de las áreas más activas de la
Química. El desarrollo de un medicamento es
un proceso largo y complejo que puede durar
más de diez años. Hasta la comercialización,
todo el proceso se divide en dos fases: la preclí-
nica y la clínica; y cada una de ellas consta de
varias etapas. La Química interviene principal-
mente en las primeras etapas, que empieza con
el diseño de las moléculas que constituirán el
principio activo del futuro medicamento.
14

16. Placas craneales metálicas
Prótesis de barbilla y mandíbula
Laringe, tráquea
Corazón, marcapasos
Pulmón
Válvula cardiaca
Discos intervertebrales
Uretra
Prótesis de articulación de cadera
Vasos sanguíneos
Prótesis de rodilla
Piel
Prótesis de tobillo
Articulación de dedos del pie
Tendones
Varillas y clavos de tibia
Ligamentos, suturas
Esfínter
Varillas y clavos del fémur
Placas de los dedos y articulación de la mano
Muñeca
Riñones, hígado, páncreas
Esófago
Mamoplastia
Clavos para huesos y articulaciones para el hombro
Oído
Nariz
Ojos, lentes, córneas
Dentaduras
BIO-
MATERIALES
LA QUÍMICA Y LA
REPARACIÓN
DEL CUERPO HUMANO
No está muy lejana la época en la
que los seres humanos vivamos
120 años. Sin embargo, las ‘pie-
zas’ del cuerpo se deterioran por
el paso del tiempo, accidentes o
enfermedades. La ciencia traba-
ja para producir biomateriales
que sustituyan estas piezas y sean
compatibles con el organismo,
principalmente con el sistema
inmune.
Los biomateriales son materiales
que reemplazan tejidos y órganos
vivos. En su mayoría, son siológi-
camente inertes y están diseñados
para ser implantados dentro de un
ser vivo.
Algunos biomateriales son cono-
cidos desde hace muchos años,
como las piezas dentales. En la
actualidad, materiales cerámicos,
metálicos y poliméricos son usa-
dos en implantes de articulaciones,
piel articial, órganos articiales,
implantes vasculares, y en la libe-
ración controlada de fármacos.
La investigación en el área de los
biomateriales está progresando
rápidamente, aunque aún quedan
por mejorar aspectos como la es-
tabilidad, compatibilidad y bio-
degradabilidad, así como su alto
coste. Igualmente, se trabaja en el
desarrollo de biomateriales fun-
cionalmente activos, que se inte-
gran con los tejidos.
15
Se pueden
sustituir
prácticamente
todas las piezas
del cuerpo
humano. El
cerebro es una
excepción.

17. COMBUSTIBLES DIESEL
Y COMBUSTIBLES PARA
CALEFACCIONES
COMBUSTIBLES DIESEL
Y COMBUSTIBLES PARA
CALEFACCIONES
GASES
PRODUCTOS QUÍMICOS,
DISOLVENTES
COMBUSTIBLES PARA
VEHÍCULOS
QUEROSENO
LUBRICANTES, PARAFINA,
ASFALTO
20º C
20-70º C
70-160º C
160-250º C
250-350º C
20º C
20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C20-70º C
70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C70-160º C
160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C160-250º C
250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C250-350º C
CALDERA
ENTRADA DE CRUDO
400º C
CnHm + [(m/4)+n]O2
combustión nCO2 + (m/2) H2O
LOS COMBUSTIBLES
DE ORIGEN FÓSIL
La energía es el motor de la sociedad.
Sin ella el transporte, la producción de
alimentos, la industria, la electricidad y
cualquier actividad, en general, apenas
podrían desarrollarse. Todas estas
actividades necesitan cantidades ingentes, y
crecientes en su mayoría, de energía debido
al incremento del potencial económico
de los países desarrollados y también de
aquellos en vías de desarrollo.
En la actualidad, una parte mayoritaria
de la energía primaria proviene de los
combustibles de origen fósil, que incluyen
carbón, petróleo y gas natural. El carbón se
ha utilizado tradicionalmente como fuente
primaria de energía a través de una reacción
química: la combustión. El petróleo y el
gas natural (hidrocarburos) resultan más
atractivos que el carbón, pero las reservas
probadas son más escasas.
16
Fórmula genérica de la reacción
química de combustión de
los combustibles fósiles (en
el caso del carbón, m=0). En
todos los casos, la combustión
produce CO2
, uno de los
causantes principales del efecto
invernadero.
GASES
CnHm + [(m/4)+n]O2
combustión
nCO2 + (m/2) H2O
GASES
CnHm + [(m/4)+n]O2
combustión
nCO2 + (m/2) H2O
COMBUSTIÓN
El petróleo es una mezcla de un gran número de hidrocarburos
y otros compuestos de diferentes pesos moleculares y puntos de
ebullición. A partir de petróleo crudo y por medio de procesos de
craqueo o cracking (utilización de calor, presión, catalizadores,
etc.) se separan estos compuestos y se obtienen nuevos compuestos
útiles. Además de producir combustibles, el petróleo es una fuente
importante de materias primas de numerosos bienes de consumo
como plásticos y medicamentos.

18. +
H2 H2O
HIDRÓGENO
CÉLULA DE HIDRÓGENO
OXÍGENO
H H
H H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
O O
O O
EXCESO DE
HIDRÓGENO
(REUTILIZABLE)
AGUACATALIZADOR
CATALIZADOR
H2
O2
e
e
e
e
e
e
e
e
H+
H+
BUSCANDO
NUEVAS
FUENTES DE
ENERGÍA
Entre las fuentes de energía renovables basa-
das en procesos químicos se encuentran la
energía contenida en la biomasa y la basada
en el hidrógeno.
Labiomasaeslamateriaorgánicaproducidapor
lasplantasenelprocesodelafotosíntesis,porfor-
macióndecarbohidratosapartirdeaguayCO2
.
Labiomasaacumulagrancantidaddeenergíaen
losenlacesC-HyC-C,porloquepuedeproducir
energíatérmicamediantecombustión.Lacom-
bustióndelabiomasa,porlotanto,tambiéngene-
raCO2
.Además,labiomasaesasuvezmateria
primaenprocedimientosquímicosdefabricación
deotrosproductos,comolosalimentos.
Por su parte, la combustión del hidrógeno es una
fuente limpia de energía que no produce emisio-
nes contaminantes, pues solo genera agua.
El uso del hidrógeno requiere de fuentes ade-
cuadas y de métodos seguros de almacenamien-
to y transporte. La manera más conveniente de
producir hidrógeno es por electrólisis del agua a
partir de energía eléctrica, que a su vez se gene-
rará usando paneles solares o aerogeneradores.
La Química actual investiga todos estos aspectos,
incluyendo los materiales para fabricar pilas de
combustible, con el n de contribuir a la futura
economía basada en el hidrógeno.
17
Las pilas de combustible de hidrógeno se basan en la
transformación de la energía química, almacenada
en la molécula de H2
, en energía eléctrica y agua.
Las moléculas de hidrógeno ceden en el ánodo sus
electrones (generándose la corriente eléctrica a
través de un circuito exterior) y pasan al cátodo como
protones (H+
). Allí el oxígeno (O2
) capta electrones
y reacciona con los protones, lo que produce agua
(H2
O). La reacción genera energía (reacción
exotérmica), que se usa como corriente eléctrica.

19. 1A
º
1nm 10 nm 100 nm 1 m
ÁTOMO
NANOTUBOSTETRAEDRO DE SÍLICE (CUARZO) RESOLUCIÓN LITOGRÁFICA
ADN PROTEÍNAS VIRUS BACTERIAS CÉLULAS
TRANSISTOR
10 m
O
Si
O O
O
“anchura”
LA QUÍMICA
Y LA CIENCIA DE
MATERIALES
Según su naturaleza química, los tres
grandes grupos de materiales utilizados por
la humanidad son los óxidos inorgánicos
(cerámica, vidrio, etc.), los metales y los
compuestos orgánicos (basados en la química
del carbono), tanto naturales como sintéticos.
Desde la Antigüedad hasta prácticamente la
Revolución Industrial la humanidad utilizó
casi los mismos materiales, con las únicas
excepciones destacadas del acero y
del cemento.
Los grandes avances de las ciencias básicas en
el siglo xix y primeras décadas del xx dieron
lugar a la moderna Ciencia de Materiales, área
multidisciplinar que reúne los conocimientos
de la Física, la Química, la Metalurgia, la
Ciencia de los Polímeros, la Ingeniería, la
Geología y la Biología. En la actualidad es
posible que dispongamos de materiales
altamente sosticados, y estamos en el camino
de obtener multitud de nuevos materiales
para todas las aplicaciones imaginables.
Una de las consecuencias del espectacular
desarrollo alcanzado por la Ciencia de
Materiales ha sido la aparición de la
nanotecnología, que abre una nueva senda
en la generación de nuevos materiales, de
propiedades eléctricas, magnéticas, ópticas y
mecánicas espectaculares.
18
La nanotecnología permite entender a nivel
atómico y molecular todos los fenómenos
que ocurren en la nanoescala
(1 μm = 10-6
m; 1 nm = 10-9
m; y 1 Å = 10-10
m).

20. LOS POLÍMEROS
EN NUESTRA VIDA
El xx se puede denir como el siglo de los
polímeros. En los países occidentales su uso
comenzó a extenderse a mediados del xix y,
desde entonces, se ha ido incrementando la
dependencia de este tipo de sustancias quí-
micas. Su excesivo consumo ha provocado un
problema medioambiental, que se está inten-
tando solventar con la generación de políme-
ros degradables.
Los polímeros son compuestos químicos de
alto peso molecular, que se forman por la
unión repetitiva de moléculas más peque-
ñas. La unidad estructural mínima que se re-
pite se denomina monómero.
Antes de tener polímeros sintéticos, el ser
humano dependía de los polímeros naturales
(proteínas, polisacáridos y poliisoprenoides)
tales como la seda, la celulosa y el caucho. Sin
embargo, estos polímeros tenían una disponi-
bilidad limitada y escasa versatilidad. La po-
sibilidad de preparar polímeros sintéticos ha
superado estos inconvenientes.
2CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O
O
O O
O
OO
O
(CH-O-COCH(CH-O-COCH(CH-O-COCH
• INDUSTRIA DEL CINE
• FOTOGRAFÍA
ACETATO DE CELULOSA
NYLON Y NEOPRENO
Surf
0
C
CC
N
N HN
H
n
H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cuerdas, cables, prótesis, lentes de
contacto, bolsas, piezas mecánicas ...
• NUMEROSAS APLICACIONES
CH3
H2C
CH2CH CH2
x
1
3
4
Las aplicaciones de los
polímeros son muy variadas
y abarcan desde la película
cinematográca, un vaso o
una bolsa, hasta lo más
sosticado, como es el
caso de los materiales
superconductores
o los trajes de los
astronautas. En la
industria textil
son fundamentales.
19
CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O
O
O O
O
OO
O
• INDUSTRIA DEL CINE
• FOTOGRAFÍA
ACETATO DE CELULOSA
NYLON Y NEOPRENO
Surf
0
C
CC
N
N HN
H
n
H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
CH3CH2CH CH2
CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O
O
O O
O
OO
O
• INDUSTRIA DEL CINE
• FOTOGRAFÍA
ACETATO DE CELULOSA
NYLON Y NEOPRENO
Surf
0
C
CC
N
N HN
H
n
H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cuerdas, cables, prótesis, lentes de
contacto, bolsas, piezas mecánicas ...
• NUMEROSAS APLICACIONES
CH3
H2C
CH2CH CH2
x
• INDUSTRIA DEL CINE
• FOTOGRAFÍA
NYLON Y NEOPRENO
BAKELITA
Surf
0
C
CC
N
N HN
H
n
H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cuerdas, cables, prótesis, lentes de
contacto, bolsas, piezas mecánicas ...
• NUMEROSAS APLICACIONES
CH3
H2C
CH2CH CH2
x
• TELÉFONOS
• ENCHUFES
OH
OH OHHO HO
HO

21. Bolsas de aire de
seguridad (airbags).
Productos químicos (NaN3,
C2H3N3, etc) que pueden
generar rápidamente gran
cantidad de gas y la
expansión instantánea
de la bolsa.
Catalizadores que
“limpian” los gases de
escape, mediante reacciones
químicas sobre superficies de
rodio (Rh) o platino (Pt) en
soportes de cerámica
porosa.
Neumáticos de caucho
natural o sintético, que se
pueden reutilizar mediante
recauchutado o reciclar
para otros usos
(asfaltos, etc.).
El vehículo se
mueve gracias a la
energía generada en la
combustión de la gasolina o el
gasoil. En un futuro, los vehículos
se moverán por electricidad
generada a partir de pilas de
combustible de hidrógeno,
sistemas híbridos y/o
baterías más
eficientes.
Lámparas halógenas
o de xenón, que
permiten una luz más
intensa.
Glicoles de elevada
viscosidad y resistencia
térmica en líquido de
frenos.
Poliésteres y otros
plásticos reforzados con
fibra de vidrio y carbono
en piezas de la carrocería
y en el interior del
habitáculo.
Policarbonatos en
faros, lunas, techos
solares, etc.
Acero, aluminio,
titanio y aleaciones
ligeras en carrocería,
chasis y motor.
LA QUÍMICA EN
LA VIDA COTIDIANA:
EL AUTOMÓVIL
Prácticamente desde que nos levantamos
hasta que nos acostamos nos relacionamos
con la Química. Tomemos por ejemplo un
coche, donde hay mucha Química…
20

22. EL FUTURO Y
LA QUÍMICA
Cápsulas de células articiales llenas de insu-
lina que se libera cuando detectan un aumen-
to de la glucosa en sangre; nanopartículas que
inhiben el crecimiento de células cancerosas
sin dañar el resto de órganos ni tejidos; orde-
nadores con el tamaño de una gota de agua
formados por moléculas capaces de procesar
en paralelo millones de combinaciones; mate-
riales ligeros, resistentes y adaptables para un
transporte más seguro y eciente; inyección
del CO2
a más de 800 metros de profundi-
dad para evitar que aumente la temperatura
terrestre. Hace no muchos años estas ideas
sonaban a ciencia cción; sin embargo, son
líneas de trabajo en las que se está investigan-
do actualmente y que marcarán nuestro futu-
ro, y el de la Química.
La Biomedicina, los retos energéticos y
medioambientales, la alimentación y los futu-
ros materiales son, probablemente, las prin-
cipales áreas en las que se centrará la inves-
tigación química en el siglo xxi, tanto básica
como aplicada. La investigación estará mar-
cada por la internacionalización y la colabo-
ración entre disciplinas y áreas del conoci-
miento, y centros de investigación.
La Química, sin duda, tendrá un papel deci-
sivo en la ciencia del futuro para mejorar la
calidad de vida de todas las personas y en
todos los lugares de la Tierra.
21
Una de las aplicaciones de la electrónica molecular son los ordenadores
moleculares. En ellos, moléculas individuales pueden realizar cálculos
mil veces más rápido que el procesador basado en silicio de un PC. En la
imagen, un transistor óptico hecho a partir de una única molécula.