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1. TRADUCCIÓN OPCIÓN C QUÍMICA : (Págs. 302-305)
LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO
Es probable que la producción de petróleo esté actualmente en, o muy cerca de su
cumbre. En el capítulo 5 discutimos el problema del calentamiento global causado por
la combustión de los combustibles fósiles, y en el capítulo 10 miramos el coste del
petróleo crudo, y discutimos si es mejor utilizarlo como fuente energético o como
materia prima. Hemos visto que es una materia prima química importante, no sólo para
los alcanos sino también para los alquenos, que pueden ser obtenidos por craqueo. Hay
muchos tipos de craqueo, cada uno con diferentes productos:
- Craqueo a vapor: la materia prima es precalentado, vaporizado y mezclado con
vapor y después convertido a 1250 – 1400 ºC para proporcionar una alta
producción de alquenos con baja masa molecular.
- Craqueo catalítico: el uso de los catalizadores de sílice/alúmina permite que el
craqueo tenga lugar a relativamente baja temperatura de aprox. 1000 ºC.
- Hidrocraqueo: la materia prima se mezcla con hidrógeno a una presión de aprox.
80 atm y agrieta el platino o los catalizadores de sílice/alúmina. Esto
proporciona una gran producción de alcanos ramificados, alcanos cíclicos y
componentes aromáticos de uso en “green” gasolina sin plomo (petróleo).
POLÍMEROS DE ADICIÓN
El uso principal de los alquenos obtenidos del craqueo de fracciones de petróleo crudo
es fabricar polímeros de adición semejantes al polieteno y el polifenileteno, como se
describe en el capítulo 10. La sociedad moderna depende fuertemente en muchos tipos
diferentes de polímeros de adición. Sus propiedades dependen no solo de qué grupos
funcionales están unidos por doble enlace en los monómeros, sino también en la
cantidad de ramas que tenga, y en la forma en la que los grupos adicionales están
ordenados en el polímero. Las propiedades pueden ser modificadas utilizando
plastificantes, y a través de la inyección de hidrocarburos volátiles durante la
producción.
Ramificación
Dependiendo de las condiciones de la reacción, el eteno puede formar polieteno de alta
densidad, HDPE, y polieteno de baja densidad, LDPE. En HDPE hay una pequeña
ramificación. Esto proporciona a las largas cadenas que puedan permanecer juntas,
haciendo al polímero más fuerte, más denso y más rígido que LDPE. La presencia de
cadenas laterales en el LDPE resulta en una estructura más resistente y flexible, lo que
lo hace ideal para la producción de productos de película como los envoltorios de
alimentos.
Orientación de los grupos laterales
En el polipropeno los grupos metil pueden tener todos la misma orientación a lo largo
de la cadena del polímero: así decimos que el polímero es isotáctico. Debido a su
estructura regular, los polímeros isotáctico son más cristalinos y duros. Pueden ser

2. moldeados en objetos como en los parachoques de los coches, y dibujados en fibras en
las ropas y alfombras. En el polipropeno atáctico las cadenas están sujetas con mayor
libertad, por lo que el polímero es blando y flexible, haciéndolo conveniente para
materiales de sellado y techumbres.
Plastificantes
Son pequeñas moléculas que pueden encajar entre las largas cadenas de polímeros.
Ellos actúan como lubricantes y debilitan la atracción entre las cadenas, haciendo al
plástico más flexible. Por medio de la variación en la cantidad de plastificante añadido,
policloroeteno, PVC, pueden formar una completa variedad de polímeros cuyas
propiedades varían desde rígido hasta completamente plegable.
Hidrocarburos volátiles
Si el pentano es añadido durante la formación del polifenileteno, también conocido
como poliestireno, y el producto es calentado en vapor, el pentano se vaporiza,
produciendo poliestireno expandido. Este material ligero es un buen aislante térmico, y
es también utilizado como envase, que tiene buenas propiedades de absorción de
choques.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL USO DE LOS POLÍMEROS
Los ejemplos de arriba ilustran cómo los polímeros pueden ser hechos a medida para
llevar a cabo una variedad de funciones, basadas en propiedades como fuerza, densidad,
aislamiento térmico y eléctrico, flexibilidad y carencia de reactividad. Hay, sin
embargo, algunas desventajas.
- Agotamiento de los recursos naturales: la mayor parte de los polímeros están
basados en el carbono. Actualmente el petróleo es la mayor fuente de
componentes del carbono, aunque en el pasado fue el carbón. Ambos son
combustibles fósiles y tienen un suministro limitado.
- Disposición: debido a su falta de reactividad no es fácil deshacerse de los
plásticos. Algunos, particularmente PVC y polipropeno, pueden ser reciclados, y
otros (por ejemplo el nylon) son debilitados y finalmente descompuestos por la
luz ultravioleta. Los plásticos pueden quemarse, pero si la temperatura no es
suficientemente elevada pueden producirse dioxinas extremadamente venenosas,
junto con gases tóxicos como el ácido cianhídrico y el ácido clorhídrico.
- Biodegradabilidad: la mayoría de los plásticos no se presentan de forma natural
y no son degradados por los microorganismos. A través de la incorporación de
polímeros naturales como el almidón en los plásticos, pueden hacerse más
biodegradables. Sin embargo, en los vertidos en condiciones anaeróbias la
biodegradación es muy lenta o no ocurrirá del todo.
CATALIZADORES
Los catalizadores son utilizados en una amplia variedad de procesos industriales. En el
capítulo 7 ya hemos discutido el uso del hierro en el proceso Haber, y el óxido de
vanadio (V) en el proceso de contacto. Muchos catalizadores son metales de transición o

3. sus compuestos, pues son capaces de mostrar estados de oxidación variables, aunque
también existen muchos otros catalizadores, como el óxido de aluminio y el ácido
sulfúrico. Como hemos visto en el capítulo 6, los catalizadores trabajan proporcionando
un camino de reacción alternativo con una energía de activación más baja que en el
camino sin catalizador. Los catalizadores pueden ser homogéneos ( el catalizador está
en la misma fase que que los reactivos y los productos) o heterogéneo , donde el
catalizador está en diferente fase que los reactivos y / o productos. El mecanismo para
los dos tipos de catalizador, que involucra la adsorción en la superficie del catalizador o
la formación de un compuesto intermedio, ha sido discutido en la sección AHL, en las
propiedades de los catalizadores de los elementos del bloque d en el capítulo 3.
En la industria los catalizadores se escogen para maximizar la producción y los
beneficios. La ventaja de los catalizadores heterogéneos es que son facilmente extraídos
de los productos. También tienden a ser menos específicos que los catalizadores
homogéneos, y por eso pueden ser utilizados para otras reacciones. Sin embargo, debido
a que sólo el área superficial es la zona activa, dependen mucho del tamaño de la
partícula, y las partículas más pequeñas pueden unirse durante la reacción, haciendo al
catalizador menos efectivo. Los catalizadores homogéneos tienden a ser más específicos
para reacciones particulares, y son normalmente más difíciles de separar de los
productos. Sin embargo, son más eficaces, porque todos el catalizador, no sólo la
superficie, se expone a los reactivos. La elección de los catalizadores dependerá así de:
¿produce el catalizador gran cantidad de productos deseados?¿Cuál es la eficiencia, su
impacto medioambiental, y su abilidad para trabajar bajo una variedad de condiciones
de presión y temperatura? Muchos catalizadores pueden hacerse inútiles si se combinan
irreversiblemente con otra sustancia que bloqea loas zonas activas. Estas sustancias se
conocen como venenos. Estos incluyen el azufre (que es por lo que se extrae del
petróleo crudo antes de ser refinado), monóxido de carbono e iones cianuro.
Baterías recargables y células de combustible
Batería es un término general para celdas electroquímicas o voltaicas en las que la
energía química se convierte en energía eléctrica. Los electrones transferidos en la
reacción espontánea redox que tiene lugar en la celda voltaica producen la
electricidad. Las baterías son un modo útil para almacenar y transportar cantidades de
energía relativamente pequeñas. Algunas baterías (celdas primarias) pueden ser usadas
sólo una vez mientras que las celdas secundarias pueden ser recargadas.
Batería de Plomo-Ácido
La batería de Plomo-Ácido (Figura 7) se usa en los automóviles, y es un ejemplo de
celda secundaria. Usualmente, consiste en 6 celdas conectadas en series, que producen
un voltaje total de 12 V. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico. Los electrodos
negativos están hechos de plomo, y los electrodos positivos están hechos de óxido de
plomo (IV).
Oxidación (electrodo -):
Pb + SO4
2-
→ PbSO4 + 2e-
Reducción (electrodo +):
PbO2 + 4H+
+ SO4
2-
+ 2e-
→ PbSO4 + 2H2O
La reacción global que tiene lugar es, por lo tanto:
Pb + PbO2 + 4H+
+ 2SO4
2-
→ 2PbSO4 + 2H2O

4. La reacción inversa tiene lugar durante la carga. Esto se puede hacer usando un
cargador de batería o a través del alternador, mientras que el automóvil está siendo
conducido. Conforme el ácido sulfúrico es usado durante la descarga, la densidad del
electrolito puede ser medida usando un hidrómetro que dé una indicación del estado de
la batería. Los inconvenientes de las baterías de Plomo-Ácido son que son pesadas, y
que tanto el plomo como el ácido sulfúrico son potencialmente contaminantes.
Baterías de Níquel-Cadmio (NiCd) y de Ión-Litio
Las baterías recargables de Níquel-Cadmio se usan en electrónica y en juguetes. Tiene
un potencial de celda de 1,2 V. El electrodo positivo está hecho de hidróxido de níquel,
que está separado del electrodo negativo hecho de hidróxido de cadmio. El electrolito
es hidróxido de potasio. Durante la descarga ocurre la siguiente reacción:
2NiO (OH) + Cd + 2H2O → 2Ni (OH)2 + Cd (OH) 2
Este proceso se invierte durante la carga. Uno de los inconvenientes de las baterías de
NiCd es que el cadmio es un metal pesado extremadamente tóxico, por lo que las
baterías necesitan ser suprimidas de forma responsable.
Los ordenadores portátiles, los móviles y otros dispositivos de mano usan
frecuentemente baterías de Ión-Litio. Estos contienen átomos de litio complicados a
otros iones, p.ej. LixCoO2, y son estos iones más que el litio en sí mismo los que sufren
las reacciones redox. Son mucho más ligeras que las baterías de NiCd, y producen un
voltaje mayor, 3,6 V, pero no tienen una vida útil tan larga.
QUÍMICA OPCIÓN C. TRADUCCIÓN. (PÁGS. 306-
308)
Células de combustible.
Una célula de combustible utiliza la reacción entre el oxígeno y el hidrógeno para
producir agua. A diferencia de la combustión, la energía se libera no como calor sino
como electricidad. A medida que los reactivos son usados se añaden más, por lo que una
célula de combustible puede proporcionar alimentación continua de electricidad. El
electrolito es hidróxido acuoso de sodio. La célula lo contiene mediante electrodos
porosos, lo que permite el paso del agua, hidrógeno y oxígeno.
Oxidación (electrodo -):
H2 + 2OH-
 2H2O + 2e-
Reducción (electrodo +):
O2 + 2H2O + 4e-
 4OH-
Las ventajas de una célula de combustible son que no necesita recargas y no contamina
debido a que el agua es el único producto. Sin embargo, son muy caras de producir.
Cristales líquidos (1)

5. Los cristales líquidos son una fase o estado de la materia que está entre los estados
sólido y liquido. Las moléculas en un cristal líquido tienden a retener su orientación
como en un sólido, pero también pueden moverse a posiciones diferentes como en un
líquido. Las propiedades físicas de los cristales líquidos (como conductividad eléctrica,
actividad óptica y elasticidad) dependen de la orientación de las moléculas relativa a
ciertos ejes fijos en el material. Ejemplos de sustancias que pueden comportarse como
cristales líquidos bajo ciertas condiciones incluyen el ADN, la solución de jabón, el
grafito y la celulosa, junto con algunas sustancias más especializadas como los nitrilos
bifeniles.
Los cristales líquidos son sensibles a la temperatura y la concentración, y muestran
propiedades de cristal líquido solamente bajo ciertas condiciones. Esencialmente pueden
dividirse en dos tipos. Los cristales líquidos Thermotropic son sustancias puras que
muestran comportamiento de cristal líquido en un rango de temperatura entre los
estados sólido y líquido, mientras que los cristales líquidos lyotropic son soluciones que
muestran la fase de cristal líquido en ciertas concentraciones. Ejemplos de un cristal
líquido thermotropic son los nitrilos bifeniles usados en displays de cristal líquido
(LCDs), y ejemplos de cristales líquidos lyotropic son las soluciones de jabón. En baja
disolución las moléculas polares de jabón se comportan aleatoriamente, pero en
concentraciones mayores se agrupan en unidades mayores llamadas micelles, las cuales
en la fase de cristal líquido son ordenadas en su orientación.
Dentro de la fase de cristal líquido las moléculas con forma de barra, que típicamente
tienen una longitud de alrededor de 2,5 x 10-9
m, existen en grupos o dominios. Las
moléculas pueden fluir, y están distribuidas aleatoriamente como en un líquido, pero
dentro de cada dominio todas apuntan en la misma dirección. Esto es conocido como la
fase nematic. A medida que la temperatura se incrementa, la orientación se vuelve cada
vez más perturbada, hasta que finalmente el orden direccional se pierde y se forma la
fase líquido normal.
La orientación de las moléculas de cristal líquido se puede controlar por un campo
eléctrico aplicado debido a la polaridad de las moléculas. La orientación de las
moléculas afecta a la capacidad de las moléculas de cristal líquido de transmitir luz. En
las muestras de cristal líquido usadas en relojes digitales, calculadoras y ordenadores
portátiles se aplica un pequeño voltaje a través de una película pequeña del material.
Esto controla las áreas de la muestra que están iluminadas y oscuras, y de esa manera
proporciona la característica lectura de la hora o las letras. La gran ventaja de los LCDs
sobre otros tipos de muestras electrónicas es que usan corrientes eléctricas
extremadamente pequeñas. La desventaja es que trabajan solamente dentro de un cierto
rango de temperatura, lo que explica porqué una pantalla de un reloj digital o de un
ordenador portátil puede dar una muestra extraña en temperaturas muy calientes o muy
frías. Por lo tanto, para ser usado en un LCD un cristal líquido debería:
· ser un compuesto químico estable
· contener moléculas polares
· permanecer estable en la fase de cristal líquido en un rango apropiado de
temperatura
· ser capaz de orientarse rápidamente (velocidad rápida de cambio)
Nanotecnología

6. En el capítulo 4 discutimos la existencia de fullerenes y nanotubos, y la forma en la que
pueden ser “vistos” usando microscopía scanning tunnelling. La nanotecnología ha sido
definida como la investigación y la tecnología de compuestos dentro del rango de 1 a
200 cientos de nanómetros ( 1,0 x 10-9
m a 1,0 x 10-7
m): es decir, en la escala atómica.
Crea y usa estructuras que tienen propiedades novedosas basadas en su pequeño
tamaño.
La nanotecnología cubre muchas disciplinas científicas separadas. En un extremo
puede ser vista como una extensión de las ciencias existentes a la escala nano; en el otro
extremo puede ser vista como una disciplina de ciencia y tecnología completamente
nueva. Hay dos aproximaciones principales. La aproximación bottom-up implica
construir materiales y aparatos a partir de átomos individuales, moléculas o
componentes. La aproximación top-down implica construir nano-objetos a partir de
entidades mayores. A veces técnicas físicas son usadas lo que permite a los átomos ser
manipulados y colocados en necesidades específicas. Por ejemplo, la imagen de IBM
mostrada en el capítulo 2 fue producida usando un proceso conocido como dip pen
nanolithography, en la que los átomos pueden ser depositados en posiciones específicas
usando un microscopio de fuerza atómica. También es posible usar reacciones químicas,
como en la nanotecnología del ADN, donde el emparejamiento de bases específico
debido al enlace de hidrógeno se puede utilizar para construir moléculas y estructuras
deseadas.
Nanotubos
Mucho del entusiasmo en nanoquímica ha sido en la manufactura y caracterización de
nanotubos. Éstos están hechos esencialmente a partir de solamente átomos de carbono
colocados en anillos hexagonales con anillos pentagonales para cerrar la estructura en
los extremos. Se han formado tanto tubos de pared simple como de pared múltiple
hechos a partir de nanotubos concéntricos. Un aspecto interesante de estos tubos es que
tienen una relación de área superficial a volumen enormemente incrementada, lo que
abre la posibilidad de que actúen como catalizadores extremadamente eficientes y
altamente selectivos- particularmente porque una amplia variedad de materiales
diferentes, incluyendo elementos, óxidos metálicos e incluso proteínas pequeñas, han
sido insertados dentro de los tubos. Ellos también tienen una enorme fuerza de tensión:
se estima que los paquetes de nanotubos deberían estar en la región de 50 veces más
fuerte que el acero. A causa de su tamaño pequeño el efecto cuántico es apreciable, lo
que resulta en una alteración de sus propiedades electrónicas y ópticas.
Actualmente se está investigando para utilizar nanotubos de carbono para crear
transistores y otros aparatos electrónicos mucho más pequeños que los que pueden ser
creados usando chips de silicio. Insertando halides de plata en nanotubos de pared
simple y descomponiéndolos después en plata, se han hecho nanocables metálicos de
plata pura con un diámetro de 2,0 x 10-8
m, que son los “cables” eléctricos más finos
que existen. En 2004, científicos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, EE UU,
tubieron éxito en crecer nanotubos de carbono de pared simple de 4 cm de longitud
descomponiendo etanol en un catalizador de hierro.
Implicaciones de la nanotecnología

7. La nanotecnología tiene el potencial de resolver muchos problemas, como el
incremento de la producción de comida, prevención, monitorización y cura de
enfermedades, y mejora de la tecnología de la información y comunicación, aunque la
mayoría de estos beneficios todavía descansan probablemente en un lugar lejano en el
futuro. El Task Force de Naciones Unidas del 2004 en Ciencia, Tecnología e
Innovación notó que alguna de las ventajas de la nanotecnología incluyen: producción
usando poca mano de obra manual, tierra, o mantenimiento; alta productividad; bajo
coste; y necesidades modestas de materiales. Como consecuencia, muchos países en
desarrollo están invirtiendo grandes cantidades de dinero en investigación y desarrollo.
Sin embargo, se conoce poco acerca de los riesgos potenciales asociados con el
desarrollo de esta tecnología. Los riesgos asociados con pequeñas partículas
transportadas por el aire no son adecuadamente conocidos, o cubiertos por las
regulaciones de toxicidad actuales. El sistema inmune humano puede estar indefenso
contra nuevos productos de nanoescala. Puede haber problemas sociales, también, pues
las sociedades más pobres pueden sufrir a medida que las tecnologías establecidas se
hagan redundantes y las demandas de comodidades cambien rápidamente.