Química industrial

La industria química es un sector productivo muy heterogéneo y de gran importancia económica. Agrupa actividades destinadas a la transformación de compuestos químicos básicos en otros productos químicos de gran demanda. En particular, el petróleo es una mezcla de hidrocarburos que se utilizan para la producción de energía y para la fabricación de productos químicos; por tanto, la industria petroquímica, es de gran importancia.

Productos básicos de la química orgánica industrial

La mayoría de los productos químicos orgánicos proceden del petróleo, el gas natural y el carbón y, en menor grado, de un conjunto de sustancias naturales, de las cuales las más importantes son los carbohidratos, las grasas y los aceites. En la figura se muestran algunas relaciones entre estas materias primas, intermedios de síntesis y algunos productos químicos orgánicos importantes.

  • El petróleo crudo es una mezcla compleja de hidrocarburos saturados, con cantidades menores de hidrocarburos no saturados, que se separan por destilación fraccionada. Para preparar productos químicos resultan más interesantes las fracciones con un reducido número de átomos de carbono. Para disponer de estas fracciones ligeras se efectúan operaciones como el craqueo catalítico, que consiste en la ruptura de las cadenas largas en cadenas más cortas.
  • El gas natural está formado principalmente por metano.A alta temperatura reacciona con vapor de agua para formar una mezcla de CO e H2 denominada gas de síntesis. Este gas se utiliza para preparar compuestos orgánicos como el metanol y otros alcoholes.
  • El carbón contiene carbono y cantidades significativas de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Calentado a altas temperaturas en ausencia de aire forma coque, el cual se utiliza en la fabricación de acero.
  • Los carbohidratos (biomasa) son esencialmente polisacáridos, constituyentes de las plantas y, por tanto, materias accesibles y renovables. El proceso más habitual para obtener glucosa, es la fermentación. La acción de los microorganismos es una vía muy extendida para sintetizar fácilmente variados productos químicos.
  • Las grasas y aceites, animales y vegetales, son principalmente ésteres del propanotriol (glicerina). Se utilizan en la industria alimentaria. En particular, el jabón doméstico es la sal de sodio de la mezcla de ácidos grasos obtenida por hidrólisis de grasas y aceites (saponificación).

Procesos representativos de la química industrial

Existen muchos procesos industriales diferentes, pero todos tienen en común la búsqueda de transformaciones eficaces de compuestos químicos básicos en otros de gran demanda. Son particularmente interesantes los procesos industriales de preparación de ácido sulfúrico, cloro, hidróxido de sodio, amoníaco y ácido nítrico.

  • Ácido sulfúrico: es el producto químico de mayor consumo en el mundo debido a que es un ácido inorgánico barato. Se utiliza para fabricar fertilizantes y otros productos químicos. También se emplea en industrias variadas como refino de petróleo, pinturas, pigmentos, etcétera.

    El proceso de fabricación más extendido es el método de contacto, en el que la etapa crítica es la oxidación de SO2 a SO3, que se realiza mediante contacto en un catalizador heterogéneo de V2O5 sobre un soporte poroso inerte.

  • Preparación de cloro e hidróxido de sodio por electrólisis de cloruro de sodio.

    La electrólisis de disoluciones acuosas de cloruro de sodio, también denominadas salmueras, es una de las reacciones más importantes en la industria química. El material de partida, cloruro de sodio, es prácticamente ilimitado y se extrae de depósitos naturales o del agua del mar, siendo necesario proceder a operaciones de purificación antes de utilizarlo en la electrólisis. El proceso, que se realiza en células de diafragma o en células de cátodo de hierro o de mercurio, permite transformar un compuesto barato y abundante, como NaCl, en dos productos básicos de gran demanda industrial, cloro e hidróxido de sodio, obteniéndose también hidrógeno, el cual es aprovechable.

  • Amoníaco y ácido nítrico: el método industrial de preparación del amoníaco es la síntesis a partir de los elementos nitrógeno e hidrógeno. El nitrógeno se obtiene del aire y el hidrógeno de los hidrocarburos vía gas de síntesis.

    El amoníaco se obtiene masivamente, estimándose que la producción mundial sobrepasa los cien mil millones de toneladas por año. Es un intermedio de síntesis muy importante en la industria de fertilizantes, sobre todo para la preparación de sales de amonio y la síntesis del ácido nítrico.

    El ácido nítrico se prepara industrialmente por oxidación catalítica del amoníaco. Éste se oxida con aire, a altas temperaturas, en presencia de un catalizador basado en una aleación de platino, que contiene alrededor de un 10% de rodio.

    El ácido nítrico se usa esencialmente para la fabricación de fertilizantes (65%) y explosivos (25%). También se utiliza en menor proporción (10%) en numerosos procesos preparativos, especialmente como agente oxidante y nitrante.

Esquema de una célula para la electrólisis del cloruro de sodio.

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