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10 reacciones químicas que cambiaron el mundo
La química nos rodea todos los días. Desde cocinar nuestra comida hasta conducir nuestros autos a nuestro propio metabolismo corporal, no podemos escapar de la constante reorganización de los átomos y el intercambio de energía que es la química.
Si bien este cambio constante de átomos forma un trasfondo casi imperceptible en nuestra vida cotidiana, hay algunas reacciones que realmente han cambiado, o que cambiarán, cómo ha vivido la humanidad. Algunos por lo que podríamos hacer con ellos. Otros por lo que nos mostraron. Pero todo se convirtió en hitos en el viaje de la humanidad.
Aquí hay 10 reacciones químicas que cambiaron el mundo.
10 Síntesis de Amoniaco
El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para la vida, quizás solo detrás del carbono. Es un componente clave en el ADN, ARN, proteínas y quitina (un polímero biológico similar a la celulosa que se encuentra en hongos, insectos, langostas, camarones y algunos peces). El nitrógeno también es uno de los elementos más abundantes en la Tierra, y constituye aproximadamente el 78 por ciento de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, el nitrógeno en la atmósfera existe en forma de N2, que es altamente no reactivo y no es útil para la mayoría de las formas de vida.
Por lo tanto, el nitrógeno debe fijarse convirtiéndolo en formas más reactivas, como amoníaco, nitratos y nitritos. En la naturaleza, esto se hace generalmente por bacterias especializadas. Estas bacterias forman una relación simbiótica (lo que significa que ambos organismos se benefician) con muchas plantas, que viven en nódulos en las raíces.
Sin embargo, no todas las plantas forman esta relación. Especialmente en el caso de la agricultura comercial, los cultivos como el maíz no fijan nitrógeno sino que lo absorben del suelo. Si un cultivo que no fija nitrógeno se cultiva durante varias temporadas, será necesario agregar fertilizante. Sin embargo, pocos materiales naturales tienen suficiente nitrógeno para actuar como fertilizante. Por lo tanto, para satisfacer la creciente demanda de alimentos, fue necesario encontrar una mejor manera de producir fertilizantes nitrogenados.
El proceso de Haber-Bosch fue el primer paso. Desarrollado por Fritz Haber y Carl Bosch en 1918, el proceso usó tanto altas temperaturas como altas presiones y un catalizador de hierro para producir una gran cantidad de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno gaseosos.
Como el amoniaco era relativamente barato de producir, se convirtió en una alternativa viable a los fertilizantes naturales. Hoy en día, el amoniaco es el segundo producto químico más producido por tonelaje, después del ácido sulfúrico.
9 Polimerización De Polietileno
El plástico revolucionó el mundo. Como son fáciles de moldear, resistentes al calor y al ataque químico, y baratos de fabricar, los plásticos se han convertido en un material ubicuo en la vida cotidiana, especialmente en el polietileno. Viene en una variedad de formas, como polietileno de alta densidad y polietileno de baja densidad, se utiliza en bolsas de plástico, botellas de leche e incluso chalecos antibalas.
El polietileno fue descubierto accidentalmente en 1933 por dos científicos que trabajaban para el Laboratorio de Investigación de Industrias Químicas Imperiales mientras intentaban reaccionar con etileno y benzaldehído. En su lugar, se descubrió un material ceroso, que se encontró que era un polímero de etileno. Un polímero es una sustancia que se compone de muchas unidades repetitivas. Otros polímeros incluyen celulosa y ADN.
Para 1937, el material se había desarrollado como una película y fue utilizado como aislamiento para cables y componentes de radar por los británicos en la Segunda Guerra Mundial. Como hizo que los componentes eléctricos fueran lo suficientemente ligeros para colocarlos en los planos, su estructura y fabricación eran un secreto muy bien guardado. Hoy en día, el polietileno es el plástico más producido en el mundo, con 81.8 millones de toneladas fabricadas en 2015 y casi 100 millones de toneladas estimadas para 2018.
8 Combustión De Hidrógeno
A finales de 1700, la química era una ciencia subdesarrollada. La mayor parte de la química estaba arraigada en los elementos griegos del aire, el agua, la tierra y el fuego, y se hicieron adiciones necesarias para explicar las observaciones.
Una de las adiciones más notables fue el flogisto. Desarrollado por Georg Stahl, el concepto afirmaba que todas las sustancias inflamables contenían un elemento de fuego llamado phlogiston. En la combustión, este flogisto se perdería en el aire. Esto pareció explicar por qué el carbón quemado pesaba menos que el carbón original. Sin embargo, esta teoría no pudo explicar por qué algunas sustancias, como el fósforo y el azufre, ganaron masa durante la combustión.
Introduzca a Antoine Lavoisier, un científico francés que era muy escéptico con la teoría del flogisto. Tal vez en su experimento más famoso, combatió lo que se conocía como aire inflamable (gas de hidrógeno) con aire normal. El producto era agua. Lavoisier creía que el agua debe ser una combinación de una sustancia en el aire (a la que llamó oxígeno) y el aire inflamable.
Además, apoyó su hipótesis al descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno. En 1789, el nuevo sistema de química de Lavoisier se publicó completamente en su libro de texto. Traite elementaire de Chimie ("Elementos de la química"), que abandonó el sistema griego y sentó las bases de la química moderna.
7 Reducción Y Oxidación De Zinc Y Plata.
Cuando Alessandro Volta nació en Como, Italia, en 1745, la electricidad era un fenómeno poco conocido. Se sabía que la electricidad podía conducirse y que venía en dos formas (lo que luego se conocería como positivo y negativo).
Poco después del nacimiento de Volta, Benjamin Franklin demostró que los rayos eran en realidad electricidad. Aunque Volta no tenía una educación de nivel universitario, en su época se hizo muy conocido como científico. En 1775, desarrolló el perpetuo electróforo, una mejora en versiones anteriores del electróforo. Sin embargo, otro invento iba a ser su más importante.
En 1780, el científico Luigi Galvani afirmó que los músculos de los animales producían electricidad cuando se contraían. Llamó a esto "electricidad animal" y creyó que era diferente a la electricidad normal.
Volta no estuvo de acuerdo, señalando que las ancas de Galvani se habían conectado a dos metales diferentes durante los experimentos. Volta procedió a demostrar que al apilar discos metálicos alternos de plata y zinc, con paños empapados en salmuera entre cada disco, podía crear una corriente eléctrica constante sin animales.
Sin embargo, se reconoció al instante que el invento de Volta era mucho más útil que simplemente resolver su disputa con Galvani. Todas las fuentes de electricidad anteriores solo podían generarla en ráfagas. Al generar una corriente constante, la invención de Volta permitió un estudio más riguroso, sentando las bases para el trabajo revolucionario de Faraday en el electromagnetismo.
6 Síntesis de la urea
El vitalismo era una teoría de que los sistemas vivos estaban gobernados por principios completamente diferentes a los sistemas no vivos. Además, se creía que los componentes que conformaban los sistemas vivos no podían estar hechos de componentes no vivos. Esta creencia se mantuvo ampliamente en el siglo XIX y se usó para explicar por qué muchos sistemas vivos parecían incomprensibles en comparación con los sistemas no vivos.
Sin embargo, el científico alemán Friedrich Wohler cambió eso. Ya conocido por su aislamiento de aluminio puro en 1825, Wohler estaba tratando de sintetizar cianato de amonio en 1828. Sin embargo, cuando reaccionó con cianato de plata y cloruro de amonio en un intento de producir el cianato de amonio, produjo cristales blancos. Más tarde identificó la sustancia como urea.
La urea había sido aislada en 1773 por el químico francés Hilaire-Marin Rouelle. Esto significaba que Wohler acababa de sintetizar un compuesto orgánico, que refutaba uno de los principios básicos del vitalismo. El trabajo de Wohler continuaría sentando las bases para el campo de la química orgánica.
5 PCR
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es, con mucho, la reacción más complicada en esta lista, pero potencialmente la más útil y emocionante. PCR fue inventado en 1983 por Kary Mullis, quien eventualmente ganó un Premio Nobel por su trabajo.
El proceso funciona al calentar el ADN para que se separe en dos cadenas individuales. (El ADN es de doble cadena). Luego, los cebadores se pueden unir a las cadenas de ADN individuales. Las enzimas llamadas ADN polimerasas se unen a los sitios de los cebadores y replican el resto de la cadena de ADN. Este proceso se puede repetir muchas veces, con cada iteración duplicando teóricamente el número de copias exactas de ADN.
La capacidad de replicar el ADN abrió puertas en muchos campos. Permitió a los científicos forenses aplicar técnicas genéticas incluso si solo quedaba una pequeña cantidad de material genético en la escena del crimen. En medicina, es útil para ayudar a identificar la causa de las infecciones. En investigación, fue una técnica esencial utilizada durante la secuenciación del genoma humano.
Más allá de esto, ahora es una técnica ubicua en los laboratorios de biología y bioquímica de todo el mundo.
4 hidratacion grasa
¿Tienes un frasco de crisco en tu despensa? ¿Le sorprendería si le dijera que Crisco fue el resultado de uno de los avances más revolucionarios del mundo en tecnología de alimentos?
Todo comienza con la diferencia entre las grasas animales y las grasas vegetales. Las grasas en los animales tienden a estar saturadas, lo que significa que todo el carbono en la grasa está unido al número máximo de átomos. Las grasas en las plantas tienden a ser insaturadas, lo que significa que parte del carbono en esas grasas no estaba unido al número máximo de átomos.
En 1902, Wilhelm Normann desarrolló un proceso que hizo posible agregar hidrógeno a las grasas no saturadas, que las convertirían en grasas saturadas o al menos más grasas altamente saturadas. En 1909, Procter & Gamble adquirió la patente de Normann. Dos años más tarde, lanzaron Crisco, un acortador hecho principalmente de aceite de algodón hidrogenado, que era más barato que la manteca de cerdo estándar.
Sin embargo, eso fue sólo el comienzo. Para 1979, aproximadamente el 60 por ciento de todas las grasas consumidas en los Estados Unidos se habían hidrogenado. Pero había un lado oscuro a la hidrogenación. Los ácidos grasos insaturados naturales ocurren casi exclusivamente en la configuración cis, lo que hace que las moléculas de grasa tengan una curva o un retorcimiento en ellas y no puedan encajar entre sí. Esta es la razón por la que la mayoría de las grasas no saturadas son líquidos.
Sin embargo, durante la hidrogenación, algunos ácidos grasos insaturados toman la configuración trans. A partir de la década de 1990, las investigaciones mostraron que el alto consumo de grasas trans daba como resultado efectos adversos para la salud. Poco después, la FDA comenzó a regular la cantidad de grasas trans en los alimentos y algunas localidades incluso prohibieron estas sustancias. Esto condujo a la eventual disminución de las grasas hidrogenadas.
3 Destrucción del ozono
La tecnología de refrigeración mecánica había sido de uso común desde al menos la década de 1870. Sin embargo, hubo un gran problema que limitó la tecnología en ese momento. La mayoría de los refrigerantes (sustancias utilizadas para mover el calor desde el interior de los refrigeradores hacia el exterior) eran altamente tóxicos o altamente inflamables. Desafortunadamente, era relativamente común que las personas murieran debido a fugas de refrigerante.
Para resolver este problema, Frigidaire, Dupont y General Motors se unieron para encontrar un refrigerante que sería mucho más seguro. El resultado fue el freón, una mezcla de una clase de químicos llamados clorofluorocarbonos (CFC). Freon estaba tan seguro que su inventor lo inhaló directamente y luego lo sopló en una vela frente a la American Chemical Society.
Sin embargo, los CFC tenían un problema desconocido en ese momento. Con tantos refrigeradores que usan CFC, el químico alcanzó rápidamente niveles significativos en la atmósfera.Cuando se exponen a la luz ultravioleta en la atmósfera superior, los CFC a menudo emiten un átomo de cloro.
El cloro es altamente reactivo y cataliza la descomposición del ozono (O3) en oxígeno molecular (O2). Como los catalizadores solo aceleran la velocidad de una reacción y no se consumen en la reacción, una molécula de CFC podría llevar a la destrucción de miles o incluso millones de moléculas de ozono, causando el agotamiento a gran escala de la capa de ozono.
Hoy en día, los CFC están altamente regulados por el Protocolo de Montreal y ya no se utilizan como refrigerantes. Han sido reemplazados por una clase similar de compuestos conocidos como hidrofluorocarbonos (HFC). Si bien los HFC también tienen inconvenientes (son un gas de efecto invernadero muy fuerte), no ha habido refrigerantes de nuevo desarrollo que no sean tóxicos ni inflamables.
2 Agua Con Dióxido De Carbono
El dióxido de carbono es quizás mejor conocido por su papel como gas de efecto invernadero. A medida que aumentaron los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, también lo hicieron las temperaturas globales promedio. Sin embargo, el dióxido de carbono tiene un segundo lado oscuro y ocurre todos los días cuando tomamos un refresco.
El dióxido de carbono reacciona reversiblemente con el agua para formar ácido carbónico. Parte de este ácido carbónico se descompone en iones bicarbonato y luego carbonato mientras libera H + (la liberación de H + es la característica definitoria de los ácidos llamados ácidos de Bronsted-Lowry). Este ácido es parte de la aguda sensación de una soda fresca.
Sin embargo, el dióxido de carbono en la atmósfera puede reaccionar de la misma manera con el agua en el océano. De hecho, el océano absorbe aproximadamente una cuarta parte del dióxido de carbono que se libera cada año.
Como resultado, el pH de las aguas superficiales del océano ha disminuido en aproximadamente 0,1 unidades de pH desde el comienzo de la revolución industrial, lo que representa un aumento de la acidez de casi el 30 por ciento. Si bien este aumento de la acidez beneficia a algunos organismos como las algas y los pastos marinos, es perjudicial para muchos organismos como las ostras, las almejas, los mariscos y el coral.
Un informe de la ONU estimó que la acidificación de los océanos podría costar hasta $ 1 billón en 2100.
1 Saponificación
Es bastante conocido que el aceite y el agua no se mezclan. La razón de esto tiene que ver con un concepto llamado polaridad. En pocas palabras, las moléculas de agua son polares y las moléculas de aceite no lo son. Como las moléculas de agua son polares, es más favorable que estén al lado de una molécula de aceite no polar. Sin embargo, como cualquier cocinero sabe, esto puede ser un problema cuando se trata de limpiar los platos. La grasa no se mezclará con el agua y se quedará en el plato.
La respuesta es jabón. Las moléculas de jabón tienen partes polares y no polares. La parte polar se mezcla con el agua, mientras que la parte no polar se mezcla con el aceite, lo que permite que el aceite forme pequeñas gotas en el agua que se eliminan más fácilmente.
La reacción utilizada para crear jabón es la reacción de saponificación. Originalmente, el jabón se hacía calentando la sal, las cenizas y las grasas animales en agua. Los primeros jabones conocidos se hicieron usando este proceso en Babilonia en 2800 AC. Hoy en día, el jabón se hace reaccionando hidróxido de sodio o hidróxido de potasio con ácidos grasos (que se derivan de las moléculas de grasa).
Sin embargo, para fines distintos de la higiene personal, los jabones han sido sustituidos en gran medida por detergentes. Estos agentes de limpieza son similares a los jabones, pero generalmente se derivan de productos petroquímicos y tienen varias ventajas sobre los jabones. Tienden a durar más tiempo sin descomponerse. También tienden a ser más solubles en agua fría o dura (agua que tiene un contenido de calcio relativamente alto), lo que significa que no es tan probable que veamos esa desagradable espuma de jabón.