-
COMISARIO CIENTFICO
Bernardo Herradn
COORDINACIN TCNICA
Laura Ferrando
ORGANIZACIN E PRODUCIN
Vicepresidencia Adxuntade Organizacin e CulturaCientfi ca do
CSIC Pilar Tigeras, Mercedes Alonso,
Laura Ferrando, Laura Llera,Rafael Martnez, Ester Moreno,Violeta
Vicente
ASESORA CIENTFICA
Jos Elguero, Pilar Goya, Rafael Moliner, Pedro Serena
ASESORA DIDCTICA
Covadonga Gutirrez, Susana Martnez, Benigno Palacios, Jos
Vicente
ILUSTRACINS
Ral Gmez
DESEO GRFICO
underbau
AGRADECEMENTOS
Jos Luis Garca, Instituto de Catlise e Petroleoqumica
(CSIC),Rosa Menndez, Instituto Nacionaldo Carbn (CSIC)
ENTREMOLCULASAno Internacional da Qumica 2011. CSIC
mis en www.quimica2011.es
-
A onu declarou o 2011 como Ano Internacional da Qumica, co lema
Qumica: a nosa vida, o noso futuro.
Todo o que nos rodea pode expresarse e explicarse a travs da
Qumica. A investigacin cientfi ca actual contribe mellora da nosa
calidade de vida, traballando nos grandes retos alimentarios,
enerxticos, ambientais, sanitarios, sociais
A QUMICA:A NOSA VIDA,O NOSO FUTURO
O ano 2011 coincide co centenario da concesindo Premio Nobel de
Qumica a Marie Curie, e constiteunha oportunidade para recoecer a
contribucindas mulleres ciencia. Ademais, conmemraseo centenario da
fundacin da InternationalAssociation of Chemical Societies,
precursora da UninInternacional de Qumica Pura e Aplicada.
Celbrasetamn o 350 aniversario da publicacin do libroThe Sceptical
Chymist de Robert Boyle, en 1661, quemarca a orixe da Qumica como
ciencia moderna.
1
-
Sade
Cosmticos
Alimentos
EnerxasMateriais
H H
Se ollamos ao noso arredor, que vemos? A resposta : Qumica.
A Qumica est en todas partes: a roupa que levamos, o que
comemos, o aire que respiramos, os nosos corposTodo est feito de
materia, e toda a materia est formada por molculas; polo tanto,
todo Qumica.
ESTEN TODASPARTES
2
-
Hidrxeno
Osxeno
Carbono
tomo
Electrn
NcleoProtns e neutrns
A Qumica a ciencia das molculas, os seus compoentes, estruturas,
propiedades e transformacins qumicas (reaccins). As propiedades da
materia estn determinadas polas molculas, as cales se forman pola
unin de dous ou mis tomos.
A LINGUAXE PECULIAR DA QUMICA
Os tomos represntanse por smbolos e as molculas por frmulas que
indican a sa composicin. Nalgunhas representacins debxanse lias
para amosar as ligazns qumicas. Sen embargo, as molculas teen forma
tridimensional e ocupan un lugar no espazo. Por esta razn emprganse
outras imaxes mis realistas que amosan a sa disposicin
espacial.
MOLCULA
Partcula con individualidadepropia formada por unhaagrupacin
ordenada e defi nidade tomos, que se unen a travs
de ligazns qumicas.
TOMOUnidade mis pequena dunelemento qumico que
mantn a sa identidade.
ELEMENTO
Substancia constituda por unhamesma clase de tomos.
Na tboa peridica hai poucomis dun centenar de elementosque se
poden combinar dandolugar aos moitos millns demolculas que se
coecen naactualidade e s que se podenpreparar no futuro.
QUE AQUMICA?
A molcula de auga estformada por dous tomosde hidrxeno (H) e un
deosxeno (O).
O tomo componse de protns eneutrns situados no ncleo, arredordo
cal se moven os electrns.
As propiedades qumicas estnrelacionadas coa confi
guracinelectrnica, mentres que as propiedadesfsicas dependen
principalmente do ncleo.
A molcula dasacarosa (C12H22O11),o azucre comn,pode
representarsede varias maneiras.
3
-
NASORIXES
As orixes da Qumica remntanse s da humanidade. O primeiro
qumico, sen sabelo, foi o ser humano primitivo ao controlar e usar
o lume, que se produce pola reaccin qumica da combustin. O lume
mellorou considerablemente a calidade de vida, en cuestins como a
coccin de alimentos, a fabricacin de ferramentas, como fonte de
calor Ademais, posibilitou o desenvolvemento posterior da cermica e
da metalurxia do cobre, do bronce e do ferro.
Desde as primeiras aproximacins conceptuais natureza da materia,
a humanidade avanzou moito con descubrimentos que revolucionaron a
nosa vida coti.
Ata o sculo xvii, a qumica estivo dominada pola Alquimia, que
signifi ca arte da transformacin. Neste perodo desenvolvronse
moitos procesos qumicos, illronse novas substancias qumicas e
perfeccionronse os instrumentos de traballo.
A Qumica converteuse nunha
ciencia no sculo xvii grazas a Robert Boyle,
o primeiro en aplicar o mtodo cientfi co
neste eido.
Nos laboratorios dealquimistas buscbasea pedra fi losofal,
unmtodo hipottico paratransformar calquerametal en ouro.
Osalquimistas chinesesbuscaban un elixirque puidese alongar avida e
mesmo conferirinmortalidade.
4
-
a masa non se creanin se destres se transforma
DE BOYLE ALAVOISIERA QUMICA ESTABLCESECOMO CIENCIA
A investigacin de Robert Boyle (1627-1691) e dos seus discpulos
proporcionou rigor investigacin qumica, ao demostrar a diferenza
entre elemento e composto (formado este por dous ou mis elementos).
Estableceu a relacin entre o volume e a presin dun gas e que o aire
unha mestura de gases na que, polo menos un dos seus compoentes,
responsable das reaccins de oxidacin e da respiracin en animais.
Non puideron avanzar mis nestas hipteses ao non dispor de tcnicas
experimentais adecuadas.
Sen embargo, a Qumica do sculo xviii seguiu dominada por teoras
sen base cientfi ca, sendo necesarios case cen aos para que se
convertese nunha ciencia moderna. Antoine Laurent Lavoisier
(1743-1794) desempeou un papel fundamental e considrase o pai da
Qumica moderna. Con experimentos rigorosos, demostrou o papel do
osxeno nas reaccins de combustin, comprobou a conservacin da masa
nunha reaccin qumica e estableceu o concepto de elemento qumico, as
como contribuu a fi xar un sistema de nomenclatura.
John Dalton(1766-1844)
Propuxo en 1808 aprimeira teora atmica con
fundamento cientfi co, na que o tomo a partcula
elemental indivisible.
A mellora instrumentalpermitiu a Lavoisierformular a sa clebre
lei daconservacin da masa.
5
-
Os progresos tericos deron lugar comprensin de numerosas
reaccins qumicas. Obtivronse numerosas substancias tiles
previamente descoecidas, como medicamentos, tinturas, tecidos,
deterxentes, etc.
O seguinte grande avance foi, en 1869, a publicacin da Tboa
Peridica dos Elementos Qumicos, proposta por Dimitri Mendeleiev
(1834-1907). Esta tboa ordena os elementos en funcin dos seus
nmeros atmicos e valencias, e permite deducir as sas propiedades
qumicas. unha das maiores contribucins conceptuais da historia da
Ciencia.
No sculo xix producronse numerosos avances no eido da Qumica,
especialmente grazas ao novo enfoque da teora atmica. A industria
neste eido atinxiu unha gran relevancia. Durante este perodo
adquiriu especial importancia a producin da sosa, o cloro, o cido
sulfrico, os colorantes, etc.
Unha vez aceptado o concepto de tomo, quedaba por resolver como
se combinan. O primeiro intento foi realizado por Amedeo Avogadro
(1776-1856), que postulou o concepto de molcula e a sa relacin coas
propiedades da materia.
CONSOLIDACINE MADUREZDUNHA CIENCIAA QUMICA DO SCULO XIX
Mendeleiev
TBOA PERIDICA DOS ELEMENTOS
GRUPO
LANTNIDOS
ALCALINOS ALCALINOTRREOS LANTNIDOS ACTNIDOS
METAIS DO BLOQUE P METALOIDES NON METAIS HALXENOS GASES NOBRES E
TRANSACTNIDOS
METAIS DE TRANSICIN
PERODO
ACTNIDOS
Mendeleiev
TBOA PERIDICA DOS ELEMENTOS
GRUPO
LANTNIDOS
ALCALINOS ALCALINOTRREOS LANTNIDOS ACTNIDOS
METAIS DO BLOQUE P METALOIDES NON METAIS HALXENOS GASES NOBRES E
TRANSACTNIDOS
METAIS DE TRANSICIN
PERODO
ACTNIDOS
A tboa axuda a predicir as
propiedades detodas as substancias
qumicas.
6
En 1869, Mendeleiev deduciu a existencia de novos elementos
qumicos descoecidos ata entn, polo que deixou ocos vacantes na sa
tboa peridica. Por exemplo, o galio e o xermanio.
-
PROTAGONISTASDO SCULO XX
Linus Pauling (1901-1994)
Aplicou as teoras e mtodos da Mecnica Cuntica
Qumica, e estableceu a base conceptual da ligazn
qumica.
Wallace Hume Carothers(1896-1937)
Descubriu o neopreno e o nilon, que se empregan amplamente na
industria
txtil.
Karl Ziegler (1898-1973)Giulio Natta (1903-1979)
Obtiveron polmeros lineais, como o polietileno, empregando
catalizadores
organometlicos.
Marie Curie (1867-1934)
Descubriu os elementos qumicos radioactivos, o radio e o
polonio, que foron cruciais para o desenvolvemento da Qumica.
Realizou achegas sobresalientes
en radioactividade.
Robert B. Woodward (1917-1979)
Sintetizou e determinou a estrutura de molculas orgnicas moi
complexas
como o colesterol.
Leo Hendrick Baekeland (1863-1944)
Inventou a bakelita, un polmero sinttico con propiedades
excepcionais que supuxo
unha autntica revolucin no eido dos materiais.
7
Ata os anos 30, o radio empregouse en numerosas medicinas, entre
elas o Radithor (auga destilada con radio), considerado unha
solucin para todos os
males. Usbase en pinturas luminescentes, gomas de mascar,
cremas, etc. Naqueles tempos, todo o que conta radio signifi
cabaavance.
No sculo xx, a Qumica fundamntase nos conceptos de tomo, ligazn
qumica e molcula, baseados na Mecnica Cuntica. O progreso cientfi
co atinxido evidente en todo o que nos rodea.
RADITHOR
Radioactive WaterC E R T I F I E D
Contains
*Radioactive WaterC E R T I F I E D
ContainsRadioactive Water
ContainsRadioactive Water
ContainsRadioactive WaterRadioactive WaterRadioactive WaterC E R
T I F I E D
Radioactive WaterC E R T I F I E D
Radioactive WaterC E R T I F I E D
ContainsRadioactive WaterC E R T I F I E D
Contains
-
A enerxa, o transporte, a producin e distribucin de alimentos,
os produtos de consumo, o desenvolvemento tecnolxico, etc., afectan
o medio ambiente.
O uso masivo de produtos qumicos fai que os residuos xerados
tamn sexan qumicos. Neste contexto, habitual atopar o adxectivo
qumico ligado a efectos negativos para o medio ambiente.
A QUMICA E OMEDIO AMBIENTE
Actualmente a Qumica colabora na proteccin do medio ambiente
determinando a cantidade e impacto de substancias qumicas;
preparando compostos con actividade biolxica para paliar efectos
nocivos; implantando procesos de separacin de substancias txicas,
etc.
Entre outras lias, nos laboratorios espaois investgase sobre
tecnoloxas que permitan minimizar o impacto do CO2, sobre o uso e
desenvolvemento de novos materiais para enerxas renovables, e sobre
novas fontes de enerxa.
A investigacin e a industria qumica contriben a protexera
biodiversidade, potabilizar a auga, producir combustibles
8
alternativos, sintetizarpraguicidas e fertilizantesmis efectivos
e menoscontaminantes
-
7.000.000.000.000.000.000.000 molculas
Todas as cousas son velenosas e nada inocuo; unicamente a dose
determina o que non un veleno. Esta frase, pronunciada por
Paracelso hai case 600 aos, refl icte a importancia que ten en
Qumica o concepto de concentracin. Esta refrese cantidade de
molculas que hai nun determinado medio e exprsase, xeralmente, en
unidades de cantidade de materia nun volume.
Por exemplo, cando se fala de contaminacin ambiental, dbese ter
en conta a concentracin (non igual a dilucin dunha mesma cantidade
de residuo qumico nun regato que nun ro caudaloso). Outro aspecto
importante para
MEDINDOA CONCENTRACINE A TOXICIDADE
avaliar o efecto dunha determinada substancia a sa toxicidade a
escala molecular.
Na natureza, pequenas porcins de materia estn constitudas por
molculas en cantidades da orde dos cuadrillns (nmeros de 23-25
cifras). Para superar a difi cultade de manexarse con estes
valores, temos o concepto de mol. Un mol de substancia est formado
por un nmero de Avogadro de molculas e coincide co peso molecular
expresado en gramos. Este nmero aproximadamente 6,022 1023.
Nunha gota de auga hai varios miles de trillns de molculas,
cifra que d idea do seu pequensimo tamao.
A informacinsobre contaminacin
qumica carecede sentido se non
se especifi ca aconcentracin.
9
-
FUME DE CHEMINEA
CARBONATADOR
T> 650 C
CALCINADOR
T> 900 C
GASES SEN CO2 CO2 PURO PARA ALMACENAMENTO
CAPTACIN DE CO2 MEDIANTE CICLOSDE CARBONATACIN-CALCINACIN
CAL (CaO)
CALCARIA(CaCO3)
CAMBIOCLIMTICO
10
O cambio global fai referencia ao impacto da actividade humana
sobre a biosfera. O cambio climtico un dos moitos vectores de
cambio, xunto coa transformacin do territorio, a deforestacin, a
desertifi cacin, etc.
Hai xa preto dun sculo, Arrhenius (Pre-mio Nobel de Qumica en
1903) realizou clculos sobre a cantidade de CO2 na at-mosfera e
relacionouna coa temperatura te-rrestre. Predixo que se a cantidade
de CO2 se duplicase, a temperatura terrestre au-mentara en 2 C.
Basendose en datos de
producin industrial da sa poca, esti-mou que isto acon-tecera
despois de varios sculos. As sas previsins fi caron curtas e
bastaron menos de cen anos para chegar a esas cifras.
A ciencia actual investiga como minimizar estes procesos. Un
exemplo diso son os diferentes mtodos que se estudan para a
captacin e almacenamento do CO2.
O efectoinvernadoiro un dos
procesos que defi niu o climada Terra. Sen el, a temperatura
terrestre sera de 18C. Osprincipais gases responsables
son vapor de auga (H2O, o misabundante), dixido de carbono(CO2),
metano (CH4), xidos denitrxeno (NOx), ozono (O3) e
clorofl uorocarbonos(CFC).
Existen diferentes procesos de captacin de CO2. Este exemplo
basase no equilibrio entre a cal (CaO) e a calcaria (CaCO3). O CO2
procedente dunha corrente de gases (fume de cheminea) reacciona coa
cal no carbonatador, e xera calcaria que se transporta ao
calcinador, onde se libera o CO2 puro para o seu almacenamento. No
calcinador prodcese a reaccin inversa: xrase cal, que se
reintroduce no carbonatador para reiniciar o proceso.
-
Mis de 1.100 millns de persoas no mundo non teen anda acceso a
auga potable. Cada ano, cinco millns de persoas morren a causa de
enfermidades transmitidas por auga en mal estado. Para que ao
abrirmos a billa brote auga potable son necesarias, entre outras
infraestruturas, plantas potabilizadoras nas que se levan a cabo
rigorosos tratamentos fsicos e qumicos. Este un dos moitos usos e
aspectos sociais da Qumica.
Nunha estacin de tratamento de auga potable, a auga que se tomou
do punto de captacin (ro, lago, pozo, etc.) somtese seguinte
secuencia de operacins: pretratamento, coagulacin-oculacin,
decantacin, fi ltracin e desinfeccin.
POTABILIZACINDA AUGA
11
Reducin dacontaminacin, usandopor exemplo dixido de
cloro (ClO2).
Axuste do pH y adicin de axentes
coagulantes (sales de ferro ou aluminio) e floculantes
(polielectrolitos) que facilitan a etapa
seguinte.
Eliminacin demateria slida, grazas
a membranas con porosde tamao adecuado, encuxo deseo a
Qumicadesempea un papel
importante.
Eliminacin demicroorganismos
patxenos, ao aplicar dixidode cloro (ClO2) e outros
compostos como o ozono(O3), que actan como
bactericidas eoxidantes.
Sedimentacin doslodos no fondo degrandes tanques.
PRETRATAMENTO
COAGULACIN-FLOCULACIN
DECANTACIN
FILTRACIN
DESINFECCIN
AXENTES COAGULANTES
FLOCULANTES
SEDIMENTOSMATERIA SLIDA
AUGA NON POTABLE
AUGAPOTABLE
-
QUMICA ALIMENTACIN&
AUGA POTABLE
COLLEITAS MISABUNDANTES
(ESTERCOS,FERTILIZANTES)
PRODUTOSFITOSANITARIOS:
CONTROL DE PRAGAS EMELLORA DAS PLANTAS
(DESFOLIANTES,REGULADORES DO
CRECEMENTO)PRODUTOS PARAVETERINARIA
(VACINAS,MEDICAMENTOS)
MELLORADOS ALIMENTOS
(CONSERVANTES,ESTABILIZANTES,EDULCORANTES)
COECEMENTO DAQUMICA DO SOLO
QA
A fame no mundo non tanto un problema de producin de alimentos
como de distribucin, entre outros factores. A Qumica contribuu de
maneira notable a que dispoamos de mis e mellores colleitas, gando
mis san e alimentos mis seguros.
Os terreos agrcolas son cada vez mis produtivos. Un feito
culminante para atinxir esta situacin foi a producin industrial de
amonaco (a base dos fertilizantes), desenvolvido por Fritz Haber
(Premio Nobel de Qumica en 1919). Esta sntese provocou unha
autntica revolucin agrcola.O nmero de humanos soportado por hectrea
pasou de 1,9 a 4,3 no ltimo sculo.
Pese aos seus benefi cios, o abuso de fertilizantes e
praguicidas provocou a contaminacin de ros e acuferos. A
investigacin actual persegue produtos mis especfi cos, que usados
nas concentracins adecuadas, acten sobre a praga sen prexudicar o
resto do ecosistema.
A PRODUCINDE ALIMENTOS
12
-
QUMICA ESADE
Estrutura da hemoglobinahumana, protena que contnferro e
transporta osxeno no sangue.
A esperanza de vida medrou de forma espectacular no ltimo sculo.
S en Espaa,pasouse dunha esperanza de vida ao nacer de 35 anos en
1900 aos 81 no ano 2008. A hixiene, os frmacos, as vacinas, as
melloras en alimentacin e a auga potable, son algns dos factores
que infl uron neste proceso.
A Qumica e a Biomedicina manteen unha intensa relacin desde
tempo inmemorial. As molculas de interese biolxico (protenas
e cidos nucleicos, principalmente) foron obxecto de estudo da
comunidade cientfi ca, que contribuu a coecer a sa estrutura e o
seu mecanismo de accin.
Os avances das novas tecnoloxas estn permitindo realizar
predicins computacionais de actividades biolxicas e propiedades
farmacolxicas (cribado virtual), que aforran moito tempo e
dieiro.
13
-
Ensaios in vitroe con animais.
Seleccin do mellorcandidato
FASE CLNICA
Deseo e sntese de molculas
activas
Deseo e sntese de molculas
activas
Identificacindun obxectivo
biolxico
Identificacindun obxectivo
biolxico
1
Revisin eaprobacin do
medicamento polo organismo regulador
Lanzamento ecomercializacin
Revisin eaprobacin do
medicamento polo organismo regulador
Lanzamento ecomercializacin
11
FASE PRECLNICA
Solicitude aosorganismos estatais
para sacar oproduto aomercado
Fase IIIEstudos masivos
en pacientes1.000-3.000
Solicitude aosorganismos estatais
para un novomedicamento
Solicitude aosorganismos estatais
para un novomedicamento
Estudofarmacolxico e
producin
Estudofarmacolxico e
producin
HH33C
CH3N
HH
O
N
S
2
Fase IEstudos en
voluntarios sans2-100
Fase IEstudos en
voluntarios sans2-100
6
8
Fase II Estudosen pacientes
100-500
710
3 4
5
9
PASTILLAS EMAAxencia Europea do
Medicamento
OS MEDICAMENTOSE O SEU DESENVOLVEMENTO
A industria farmacutica desenvolveu multitude de medicamentos
nos ltimos cen anos. Nos pases desenvolvidos pdense curar, previr e
paliar os sntomas de moitas enfermidades. Contina sendo un reto
desenvolver medicamentos para tratar enfermidades con incidencia
case exclusiva en pases en vas de desenvolvemento e para
enfermidades raras (aquelas cunha prevalencia baixa, inferior a 5
casos por cada 10.000 persoas na comunidade, segundo a defi nicin
europea).
A producin de principios activos farmacuticos, principal
compoente dun medicamento, unha das reas mis activas da Qumica. O
desenvolvemento dun medicamento un proceso longo e complexo que
pode durar mis de dez anos. Ata a comercializacin, todo o proceso
divdese en das fases: a preclnica e a clnica; e cada unha delas
consta de varias etapas. A Qumica intervn principalmente nas
primeiras etapas, que comeza co deseo das molculas que constituirn
o principio activo do futuro medicamento.
14
-
Placas craniais metlicas
Prtese de queixo e mandbula
Larinxe, traquea
Corazn, marcapasos
Pulmn
Vlvula cardaca
Discos intervertebrais
Uretra
Prtese de articulacin de cadeira
Vasos sanguneos
Prtese de xeonllo
Pel
Prtese de tornecelos
Articulacin de dedos do p
Tendns
Varias e cravos de tibia
Ligamentos, suturas
Esfnter
Varias e cravos do fmur
Placas dos dedos e articulacin da man
Puo
Riles, fgado, pncreas
Esfago
Mamoplastia
Cravos para sos e articulacins para o ombreiro
Odo
Nariz
Ollos, lentes, crneas
Dentaduras
BIO-MATERIAISA QUMICA E A REPARACINDO CORPO HUMANO
Non est moi afastada a poca na que os seres humanos vivamos 120
anos. Sen embargo, as pezas do corpo deteriranse paso do tempo,
accidentes ou enfermidades. A ciencia traballa para producir
biomateriais que substitan estas pezas e sexan compatibles co
organismo, principalmente co sistema inmune.
Os biomateriais son materiais que substiten tecidos e rganos
vivos. Na sa maiora, son fi sioloxicamente inertes e estn deseados
para ser implantados dentro dun ser vivo.
Algns biomateriais son coecidos desde hai moitos anos, como
as
pezas dentais. Na actualidade, materiais cermicos, metlicos e
polimricos son usados en implantes de articulacins, pel artifi
cial, rganos artifi ciais, implantes vasculares, e na liberacin
controlada de frmacos.
A investigacin na rea dos biomateriais est progresando
rapidamente, a pesar de que anda quedan por mellorar aspectos como
a estabilidade, compatibilidade e biodegradabilidade, as como o seu
alto custo. Igualmente, trabllase no desenvolvemento de
biomateriais funcionalmente activos, que se integran cos
tecidos.
15
Pdensesubstiturpracticamentetodas as pezasdo corpohumano.
Ocerebro unhaexcepcin.
-
COMBUSTIBLES DIESELE COMBUSTIBLES PARACALEFACCINS
COMBUSTIBLES DIESELE COMBUSTIBLES PARACALEFACCINS
GASES
PRODUTOS QUMICOS,DISOLVENTES
COMBUSTIBLES PARAVEHCULOS
QUEROSENO
LUBRICANTES, PARAFINA,ASFALTO
20 C
20-70 C
70-160 C
160-250 C
250-350 C
20 C
20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70 C20-70
C
70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160 C70-160
C70-160 C
160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250 C160-250
C160-250 C160-250 C160-250 C
250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350
C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C250-350 C
CALDEIRA
ENTRADA DE CRU
400 C
CnHm + [(m/4)+n]O2 combustin nCO2 + (m/2) H2O
OS COMBUSTIBLESDE ORIXE FSIL
A enerxa o motor da sociedade. Sen ela o transporte, a producin
de alimentos, a industria, a electricidade e calquera actividade,
en xeral, apenas poderan desenvolverse. Todas estas actividades
necesitan cantidades inxentes, e crecentes na sa maiora, de enerxa
debido ao incremento do potencial econmico dos pases desenvolvidos
e tamn daqueles en vas de desenvolvemento.
Na actualidade, unha parte maioritaria da enerxa primaria provn
dos combustibles de orixe fsil, que inclen carbn, petrleo e gas
natural. O carbn empregouse tradicionalmente como fonte primaria de
enerxa a travs dunha reaccin qumica: a combustin. O petrleo e o gas
natural (hidrocarburos) resultan mis atractivos que o carbn, pero
as reservas probadas son mis escasas.
16
Frmula xenrica da reaccin qumica de combustin dos combustibles
fsiles (no caso do carbn, m=0). En
todos os casos, a combustin produce CO2, un dos principais
causantes do efecto invernadoiro.
COMBUSTIBLES DIESELE COMBUSTIBLES PARACALEFACCINS
GASES
PRODUTOS QUMICOS,DISOLVENTES
COMBUSTIBLES PARAVEHCULOS
QUEROSENO
LUBRICANTES, PARAFINA,ASFALTO
20 C
20-70 C
70-160 C
160-250 C
250-350 C
CALDEIRA
ENTRADA DE CRU
400 C
CnHm + [(m/4)+n]O2 combustin nCO2 + (m/2) H2O
COMBUSTIBLES DIESELE COMBUSTIBLES PARACALEFACCINS
GASES
PRODUTOS QUMICOS,DISOLVENTES
COMBUSTIBLES PARAVEHCULOS
QUEROSENO
LUBRICANTES, PARAFINA,ASFALTO
20 C
20-70 C
70-160 C
160-250 C
250-350 C
CALDEIRA
ENTRADA DE CRU
400 C
CnHm + [(m/4)+n]O2 combustin nCO2 + (m/2) H2O
COMBUSTIN
O petrleo unha mestura dun gran nmero de hidrocarburos e outros
compostos de diferentes pesos moleculares e puntos de ebulicin. A
partir de petrleo cru e por medio de procesos de craqueo ou
cracking (utilizacin de calor, presin, catalizadores, etc.)
sepranse estes compostos e obtense novos compostos tiles. Ademais
de producir combustibles, o petrleo unha fonte importante de
materias primas de numerosos bens de consumo como plsticos e
medicamentos.
-
+H2 H2O
HIDRXENO
CLULA DE HIDRXENO
OSXENO
H H
H H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
O O
O O
EXCESO DEHIDRXENO(REUTILIZABLE)
AUGACA
TALI
TZAD
OR
CATA
LITZ
ADOR
H2 O2
e
e
e
e
e
e
e
e
H+
H+
BUSCANDONOVASFONTES DEENERXA
Entre as fontes de enerxa renovables baseadas en procesos
qumicos atpase a enerxa contida na biomasa e a baseada no
hidrxeno.
A biomasa a materia orgnica producida polas plantas no proceso
da fotosntese, por formacin de carbohidratos a partir de auga e
CO2. A biomasa acumula gran cantidade de enerxa nas ligazns C-H e
C-C, polo que pode producir enerxa trmica mediante combustin. A
combustin da biomasa, polo tanto, tamn xera CO2. Ademais, a biomasa
sa vez materia prima en procedementos qumicos de fabricacin doutros
produtos, como os alimentos.
Pola sa parte, a combustin do hidrxeno unha fonte limpa de
enerxa que non produce emisins contaminantes, pois s xera auga.
O uso do hidrxeno require de fontes adecuadas e de mtodos
seguros de almacenamento e transporte. A maneira mis conveniente de
producir hidrxeno por electrlise da auga a partir de enerxa
elctrica, que a sa vez se xerar usando paneis solares ou
aeroxeradores.
A Qumica actual investiga todos estes aspectos, inclundo os
materiais para fabricar pilas de combustible, con obxectivo de
contribur futura economa baseada no hidrxeno.
17
As pilas de combustible de hidrxeno basanse na transformacin da
enerxa qumica, almacenada na molcula de H2, en enerxa elctrica e
auga. As molculas de hidrxeno ceden nos nodos os seus electrns
(xerndose a corrente elctrica a travs
dun circuto exterior) e pasan ao ctodo como protns (H+). Al o
osxeno (O2) capta electrns e reacciona cos protns, o que produce
auga (H2O). A reaccin xera enerxa (reaccin exotrmica), que se usa
como corrente elctrica.
-
1A 1nm 10 nm 100 nm 1 m
TOMO
NANOTUBOSTETRAEDRO DE SLICE (CUARZO) RESOLUCIN LITOGRFICA
ADN PROTENAS VIRUS BACTERIAS CLULAS
TRANSISTOR
10 mO
Si
O O
O
A QUMICAE A CIENCIA DEMATERIAIS
Segundo a sa natureza qumica, os tres grandes grupos de
materiais utilizados pola humanidade son os xidos inorgnicos
(cermica, vidro, etc.), os metais e os compostos orgnicos (baseados
na qumica do carbono), tanto naturais como sintticos.
Desde a Antigidade ata practicamente a Revolucin Industrial a
humanidade empregou case os mesmos materiais, coas nicas excepcins
destacadas do aceiro e do cemento.
Os grandes avances das ciencias bsicas no sculo xiv e primeiras
dcadas do xx deron lugar moderna Ciencia de Materiais, rea
multidisciplinar que rene os coecementos da Fsica, a Qumica, a
Metalurxia, a Ciencia dos Polmeros, a Enxeara, a Xeoloxa e a
Bioloxa. Na actualidade posible que dispoamos de materiais
altamente sofi sticados, e estamos no camio de obter multitude de
novos materiais para todas as aplicacins imaxinables.
Unha das consecuencias do espectacular desenvolvemento atinxido
pola Ciencia de materiais foi la aparicin da nanotecnoloxa, que
abre unha nova senda na xeracin de novos materiais, de propiedades
elctricas, magnticas, pticas e mecnicas espectaculares.
18
A nanotecnoloxa permite entender a nivelatmico e molecular todos
os fenmenos que acontecen na nanoescala(1 m = 106 m; 1 nm = 109 m;
e 1 = 1010 m).
-
OS POLMEROSNA NOSA VIDA
O sculo xx pdese defi nir como o sculo dos polmeros. Nos pases
occidentais o seu uso comezou a estenderse a mediados do sculo xix
e, desde entn, foise incrementando a dependencia deste tipo de
substancias qumicas. O seu excesivo consumo provocou un problema
medioambiental, que se est intentando resolver coa xeracin de
polmeros degradables.
Os polmeros son compostos qumicos de alto peso molecular, que se
forman pola unin repetitiva de molculas mis pequenas. A unidade
estrutural mnima que se repite denomnase monmero.
Antes de ter polmeros sintticos, o ser humano dependa dos
polmeros naturais (protenas, polisacridos e poliisoprenoides) tales
como a seda, a celulosa e o caucho. Sen embargo, estes polmeros
tian unha dispoibilidade limitada e escasa versatilidade. A
posibilidade de preparar polmeros sintticos superou estes
inconvenientes.
2CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O O
O O O
O O
O
(CH-O-COCH(CH-O-COCH(CH-O-COCH
INDUSTRIA DO CINE
FOTOGRAFA
ACETATO DE CELULOSA
NILON E NEOPRENO
Sur
f
0
C
CC
N
N HN
H
n H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cordas, cables, prteses, lentesde contacto, bolsas, pezas
mecnicas...
NUMEROSAS APLICACINS
CH3
H2C
CH2CH CH2x
INDUSTRIA TXTIL
MATERIAL DEPORTIVO
1
3
4
As aplicacins dospolmeros son moi variadase abranguen desde a
pelculacinematogrfi ca, un vaso ouunha bolsa, ata o missofi
sticado, como ocaso dos materiaissupercondutoresou os traxes
dosastronautas. Naindustria txtilson fundamentais.
19
CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O O
O O O
O O
O
INDUSTRIA DO CINE
FOTOGRAFA
ACETATO DE CELULOSA
NILON E NEOPRENO
Sur
f
0
C
CC
N
N HN
H
n H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cordas, cables, prteses, lentesde contacto, bolsas, pezas
mecnicas...
NUMEROSAS APLICACINS
CH3
H2C
CH2CH CH2x
INDUSTRIA TXTIL
MATERIAL DEPORTIVO
CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O O
O O O
O O
O
INDUSTRIA DO CINE
FOTOGRAFA
ACETATO DE CELULOSA
NILON E NEOPRENO
Sur
f
0
C
CC
N
N HN
H
n H HCI
CC C C
H
HHn n
H
R
0 0
1
R2R1
POLIETILENO, POLIPROPILENO
Cordas, cables, prteses, lentesde contacto, bolsas, pezas
mecnicas...
NUMEROSAS APLICACINS
CH3
H2C
CH2CH CH2x
INDUSTRIA TXTIL
MATERIAL DEPORTIVO
LOS POLMEROS
CH2OH
(CH-O-COCH3)n
(CH-OCOCH3)n
CH2OHCH2
CH2
CH2
HOHO OH
HO
HO
O O O
O O O
O O
O
INDUSTRIA DEL CINE
FOTOGRAFA
NYLON Y NEOPRENO
BAKELITA
Sur
f
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, prtesis, lentes de contacto, bolsas, piezas
mecnicas ...
NUMEROSAS APLICACIONES
CH3
H2C
CH2CH CH2x
TELFONOS
ENCHUFES
OH
OH OHHO HO
HO
ACETATO DE CELULOSA
-
Bolsas de aire deseguridade (airbags).
Produtos qumicos (NaN3, C2H3N3, etc.) que poden xerar
rapidamente gran cantidade
de gas e a expansin instantnea da bolsa.
Catalizadores que limpan os gases de escape,
mediante reaccins qumicas sobre superficies
de rodio (Rh) ou platino (Pt) en soportes de cermica porosa.
Pneumtico de caucho natural ou
sinttico, que se poden reutilizar mediante
recauchutado ou reciclar para outros usos(asfaltos, etc.).
O vehculo mvese grazas enerxa xerada
na combustin da gasolina ou o gasleo. Nun futuro, os vehculos
moveranse por
electricidade xerada a partir de pilas de combustible de
hidrxeno, sistemas hbridos e/ou bateras mis
eficientes.
Lmpadas halxenas ou de xenon, que permiten unha luz
mis intensa.
Glicois de elevada viscosidade e
resistencia trmica en lquido de
freos.
Polisteres e outros plsticos reforzados con fibra de vidro e
carbono
en pezas da carrozara no interior do habitculo.
Policarbonatos enfaros, cristais, teitos
solares, etc.
Aceiro, aluminio,titanio e aliaxes
lixeiras en carrozara,chasis e motor.
resistencia trmica en
A QUMICA NA VIDA COTI: O AUTOMBIL
Practicamente desde que nos erguemos ata que nos deitamos,
relacionmonos coa Qumica. Tomemos por exemplo un coche, onde hai
moita Qumica
20
-
O FUTURO EA QUMICA
Cpsulas de clulas artifi ciais cheas de insulina que se libera
cando detectan un aumento da glicosa en sangre; nanopartculas que
inhiben o crecemento de clulas cancerosas sen danar o resto de
rganos nin tecidos; ordenadores co tamao dunha gota de auga
formados por molculas capaces de procesar en paralelo millns de
combinacins; materiais lixeiros, resistentes e adaptables para un
transporte ms seguro e efi ciente; inxeccin do CO2 a mis de 800
metros de profundidade para evitar que aumente a temperatura
terrestre. Hai non moitos anos estas ideas soaban a ciencia fi
ccin; sen embargo, son lias de traballo nas que se est investigando
actualmente e que marcarn o noso futuro, e o da Qumica.
A Biomedicina, os retos enerxticos e medioambientais, a
alimentacin e os futuros materiais son, probablemente, as
principais reas nas que se centrar a investigacin qumica no sculo
xxi, tanto bsica como aplicada. A investigacin estar marcada pola
internacionalizacin e a colaboracin entre disciplinas e reas do
coecemento, e centros de investigacin.
A Qumica, sen dbida, ter un papel decisivo na ciencia do futuro
para mellorar a calidade de vida de todas as persoas e en todos os
lugares da Ter.
21
Unha das aplicacins da electrnica molecular son os ordenadores
moleculares. Neles, molculas individuais poden realizar clculos mil
veces mis rpido que o procesador baseado en silicio dun PC. Na
imaxe, un transistor ptico feito a partir dunha nica molcula.