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Aprendizajes Esperados
Aprendizajes Esperados
Comprender la naturaleza e importancia de las industrias químicas.
Identificar las industrias químicas de base y de transformación, identificando el criterio empleado para su clasificación, así como los principales procesos y productos involucrados en unas y otras.
Comprender la importancia económica de la industria química en Chile, así como su impacto en el medio ambiente.
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La Industria Química
La Industria Química
• Concepto y Clasificación
Las industrias químicas fabrican una gama extraordinariamente amplia de sustancias, que van desde productos petroquímicos básicos como el etileno o el propileno, hasta complejos y delicados como los fármacos. Dentro de esta gran variedad se cuentan álcalis y ácidos, gases para usos industriales, así como fertilizantes, caucho sintético, pigmentos, etc.
La mayoría de los productos químicos son de uso industrial y participan principalmente como materias primas o reactivos en otros procesos industriales.
Las industrias químicas pueden dividirse en industrias químicas de base, que son aquellas que utilizan materias primas tomadas directamente desde la naturaleza, e industrias químicas de transformación que son aquellas que elaboran sustancias para consumo directo habitualmente a partir de los productos de las industrias químicas de base.• Industrias químicas de base
Los diez principales productos químicos elaborados por las industrias químicas de base y los usos finales que estos tienen, nos permiten tener una visión algo más clara respecto a la importancia de la industria química en el mundo.
• Procesamiento
La gran mayoría de los productos químicos son obtenidos en la industria siguiendo una secuencia de procedimientos físicos y químicos comunes, a los que se someten las diversas materias primas. Esta secuencia considera:
Tratamientos físicos iniciales: Permiten preparar las materias primas y consisten en trituración, molienda, calentamiento.
Tratamientos químicos: Generalmente específicos para cada proceso industrial, tienen lugar en un reactor y permiten la transformación química de las materias primas en productos. Estos pueden ser tratamientos térmicos, calcinaciones, electrólisis, reacciones orgánicas de alquilación o nitración, procesos de polimerización, entre otros.
Tratamientos físicos finales: consideran pasos de purificación y separación de productos. Por lo general, involucran procedimientos de destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.
• La industria del vidrio
El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación. El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas, mientras que en frío, puede ser tallado.
El vidrio común, utilizado en ventanales, vasos y botellas, es una mezcla de óxido de calcio, óxido de sodio y óxido de silicio. Los dos primeros se obtienen a partir de sus carbonatos que se descomponen a altas temperaturas para dar como resultado los óxidos que, al fundirse junto al óxido de silicio, constituyen el vidrio:
• Tipos de vidrio
Dependiendo de los componentes que se agreguen a la mezcla inicial de sílice y carbonato, se pueden obtener diferentes tipos de vidrio.
El vidrio fino, empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal, es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería.
Este vidrio contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.• Propiedades físicas de los vidrios
Según su composición, algunos vidrios pueden fundir a temperaturas de sólo 500 °C; en cambio, otros necesitan temperaturas sobre los 1.500 ºC. La resistencia a la tracción, que suele estar entre los 3.000 y 5.500 N/cm2, puede llegar a los 70.000 N/cm2 en el caso de los vidrios templados. La densidad relativa va de 2 a 8, es decir, el vidrio puede ser más ligero que el aluminio o más pesado que el acero. Las propiedades ópticas y eléctricas también pueden variar mucho, aun cuando, en general, el vidrio es un mal conductor del calor y la electricidad.
• La industria del cemento
Preparación del Cemento:
• La industria del papel
El papel ha sido y es un producto directamente relacionado con el desarrollo de la cultura; en efecto, antes del desarrollo de la informática era el único soporte para almacenar y distribuir información en forma escrita.
Su estructura base está conformada por las fibras de celulosa obtenidas de la madera, que constituye la materia prima de la industria del papel. Actualmente, una parte de la celulosa proviene de papel y cartón reciclados, lo que implica una reducción en los requerimientos energéticos y un menor uso de recursos forestales.
• Fabricación del papel
El proceso de fabricación se inicia con la fragmentación de la madera hasta transformarla en pequeñas astillas, lo que facilita la acción de los químicos.
La segunda etapa es la preparación de la pulpa de madera; este proceso se realiza mediante la digestión química en caliente de las astillas de madera, obteniéndose como producto una pasta blanda y algodonosa.
La tercera etapa involucra el tratamiento de la pulpa. Durante esta fase, la pulpa es lavada, batida, y sus fibras son separadas, cortadas y peinadas. A esta altura del proceso, es posible agregar diversos componentes: aprestos, pigmentos, colorantes y otras fibras vegetales, como el algodón, por ejemplo.
La cuarta y última fase corresponde al prensado. Durante este proceso se remueve el agua y se forman las láminas de papel al comprimir la pulpa entre enormes rodillos. El papel, así producido, es enrollado en grandes bobinas, las que son distribuidas para su posterior dimensionado.
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Procesos Químicos e Industriales
Procesos Químicos e Industriales
Antecedentes
Si pensamos en todos los elementos que nos rodean en la vida diaria, nos daremos cuenta que son muy pocos los que utilizamos directamente tal como fueron tomados desde la naturaleza. La mayoría de ellos, por el contrario, son productos elaborados a partir de sustancias sintetizadas por la industria química.
Los procesos más elementales, como la cocción de los alimentos o la metalurgia de algunos metales, como plata, cobre y oro aparecen bastante temprano en el desarrollo de la humanidad. Progresivamente se van incorporando procesos productivos como la elaboración de vino a partir de las uvas, la fabricación de quesos con la leche, la fabricación de jabones a partir de grasa, etc.
Un hito importante en este desarrollo de nuevos productos es el surgimiento de la industria química, que trabaja en base a materiales y sustancias elaboradas que, en conjunto, se denominan materias primas. La industria química produce, a partir de ellas, millones de derivados, algunos como productos finales para el consumo y otros como intermediarios en procesos productivos y de síntesis.
Síntesis industrial de compuestos químicos
Los productos que tomamos directamente de la naturaleza, decimos que sonobtenidos, en tanto aquellos que son producidos, se denominanpreparados. Evidentemente, esta preparación difiere considerablemente si pensamos en la síntesis de algunos gramos en un laboratorio de investigación o si enfrentamos la síntesis continua de 200 o 300 toneladas diarias.
Cuando se aborda la síntesis industrial de compuestos, hay que tener en cuenta cuáles son las diversas formas de producirlo en laboratorio, eligiendo la más aplicable a grandes volúmenes de materia prima:
Se debe considerar la disponibilidad de las materias primas (reactantes) en la naturaleza, al igual que sus costos, ya que, a diferencia de lo que ocurre en el laboratorio, cuando se trabaja a gran escala, unos pocos centavos más por gramo de reactante pueden significar millones de pesos más en un año de producción.
Se debe tener claro el factor estequeométrico de la reacción o reacciones involucradas, para no desperdiciar reactivos o promover la generación de productos alternativos no deseados.
También debemos conocer el factor termodinámico de la reacción, el que nos indicará la factibilidad de que ella ocurra bajo las condiciones del proceso. Recuerde que muchas reacciones requieren grandes cantidades de energía para transcurrir en la dirección que nosotros requerimos. Por último, pero no menos importante, el factor cinético. De nada nos sirve tener reactantes accesibles, de bajo costo y certeza de que la reacción es espontánea, si se trata de un proceso lento, que requiere semanas o meses para ocurrir. En el caso de la industria, se privilegia la rapidez de los procesos de síntesis y generalmente, se incorporan, además, catalizadores para aumentar aun más la velocidad.
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La Industria Química en Chile
La Industria Química en Chile
• La industria minera: la minería metálica
Como vimos en la clase anterior, la industria minera es la actividad productiva más importante del país, con cerca del 45% de las exportaciones.
La industria minera involucra no solo la extracción y refinación del cobre, nuestro mayor producto de exportación, sino también el hierro, el manganeso, la plata, el oro y otros metales; así como de no metales: salitre, yodo y azufre, entre otros.
La mayoría de estos metales y no metales se encuentran en la naturaleza formando compuestos, y su extracción y refinación requiere del exacto conocimiento de las reacciones químicas involucradas en su transformación.
Si se da un vistazo rápido a los minerales más frecuentemente explotados en nuestro país, el cobre se presenta generalmente como Cu +2 , aun cuando puede en ocasiones presentarse con estado de oxidación +1. El hierro, por su parte, se encuentra formando óxidos con valencia tanto 2 como 3. La plata, aun cuando se le puede encontrar en estado nativo como plata metálica, en muchas ocasiones se encuentra oxidada como plata +1. La reducción del mineral puede realizarse por métodos electrolíticos, cuando se trata de metales muy electropositivos como el cobre, o mediante reacciones químicas a altas temperaturas, como en el caso del hierro.
• La industria del hierro
• Descripción del proceso
• La industria minera: la minería no metálica
• La industria del salitre
Aun cuando la producción de salitre ha disminuido significativamente desde su apogeo a fines del siglo XIX, Chile es hoy en día el mayor productor de salitre del mundo con cerca de un millón de toneladas métricas por año. Los yacimientos de salitre más importantes que existen se encuentran en la segunda región del país, en pleno desierto de Atacama.
• Obtención del salitre
Es importante en este punto, integrar algunos conceptos aprendidos en clases anteriores. En la clase 1, cuando nos referimos a la solubilidad, analizamos un gráfico en que aparecen la mayoría de los actores de este proceso. Si se observa este gráfico con detención, se verá que el nitrato de sodio y el de potasio son muy solubles a alta temperatura, mientras que los cloruros son menos solubles y su solubilidad cambia muy poco con la temperatura. Esta es la clave de la obtención del salitre cristalino desde una solución concentrada y caliente de caliche. Mientras que al enfriar la solución, el salitre se vuelve insoluble, cristalizando masivamente, las demás sales se mantienen en solución. Como puede ver, los procesos industriales aplican, a gran escala, métodos basados en las propiedades físicas y químicas de los compuestos.
• La industria de yodo
• La industria del azufreEl azufre fue uno de los componentes fundamentales de la pólvora, junto al carbón y el salitre, antes de que se crearan las pólvoras sintéticas derivadas de la nitrocelulosa. Actualmente, se utiliza en la fumigación de frutales, principalmente en los viñedos, en la industria del caucho para su vulcanización, en la síntesis de colorantes y en la industria del papel.
• La industria del ácido sulfúrico
La industria química no está circunscrita solamente a la generación de productos y procesamiento de minerales de uso industrial, sino también tiene una importancia gravitante en nuestro diario vivir. Por poner un ejemplo, si miramos a nuestro alrededor, nos daremos cuenta que los limpiadores que utilizamos, tanto en la cocina como en el baño son, de acuerdo a su posición en la cadena de síntesis, productos químicos finales. La mayoría de ellos contiene amoniaco o cloro, este último normalmente en forma de hipoclorito. Estos compuestos son considerados productos químicos básicos, ya que se obtienen en grandes cantidades, a partir de materias primas básicas y constituyen el punto de partida de muchos otros productos químicos.
Una de las áreas trascendentes de la industria química es la de los polímeros, principalmente aquellos que poseen propiedades de moldeado en caliente, los por todos conocidos como plásticos. Estos productos, derivados de la industria del petróleo, han cambiado nuestro microentorno hogareño al reemplazar sistemáticamente a la madera y el metal en una diversidad de usos. Los estudiaremos en detalle cuando revisemos las propiedades y características de los polímeros sintéticos.
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Impacto de la Industria Química en el Desarrollo del País
Impacto de la Industria Química en el Desarrollo del País
En Chile, son más de cien las industrias químicas, entre pequeñas, medianas y grandes, que ofrecen sus productos tanto al mercado interno como al internacional. Estas empresas generan más de 300 productos diferentes, siendo fuente de empleo para cerca de siete mil personas. La mayoría de ellos cumple funciones altamente especializadas y está sujeto a un constante perfeccionamiento.
Las ventas del sector se estiman en mil millones de dólares, y más del 40% de ellas corresponde a exportaciones. Si se analiza el comportamiento del sector en los últimos 20 años, es evidente un aumento sostenido en la producción, siendo sin duda el rubro alimenticio el de mayor presencia y crecimiento dentro de la industria química de transformación.
Industria química y contaminación ambiental
Lamentablemente, las industrias químicas consumen grandes cantidades de materias primas y reservas energéticas, en ocasiones a tasas verdaderamente alarmantes. Conjuntamente con la conversión de estas materias primas en productos químicos básicos, intermedios o finales, se generan grandes cantidades de desechos tóxicos y residuos contaminantes.
Una planta química puede producir contaminantes de tres tipos básicos:
– Efluentes gaseosos, que contribuyen a agudizar problemas como la lluvia ácida, el smog fotoquímico y el efecto invernadero;
– Vertidos líquidos, que alteran las características de acidez y fuerza iónica de las aguas, así como incorporan tóxicos de efecto agudo o acumulativo; y
– Residuos y desechos sólidos que, además de dañar el ambiente, pueden tener un efecto negativo sobre el turismo y los deportes al aire libre.
Estos conducen a un deterioro de la calidad del aire, a la contaminación de los cursos de agua y la degradación de los suelos, procesos que tienen un fuerte impacto sobre la flora y fauna silvestres, así como sobre la calidad de vida de las personas.
Otro tipo de efecto no deseado sobre los cursos de agua es la alteración de su temperatura. Por ejemplo, las plantas de celulosa que abastecen a la industria del papel utilizan grandes cantidades de agua caliente. Si esta es vertida a los cursos de agua sin ser previamente enfriada puede disminuir considerablemente la concentración de oxígeno del agua, matando a peces y otros organismos.
Una fuente última de contaminación son los propios productos generados por la industria química, o los contenedores y embalajes que los contienen que, una vez utilizados, contribuyen a aumentar la cantidad de basura no biodegradable que generamos.
Las soluciones al problema
En los últimos años, una creciente conciencia social respecto del impacto negativo de la contaminación sobre los ecosistemas y finalmente, sobre la estabilidad y viabilidad del planeta como un todo, ha llevado a replantearse los procesos industriales bajo nuevos criterios, que conjuguen la eficiencia y rentabilidad con el cuidado del medio ambiente.
Estas tecnologías, denominadas “ecológicas” buscan disminuir la cantidad de residuos y en el caso de haberlos, permitir su reutilización en los mismos procesos de síntesis o en la generación de energía. También buscan reutilizar los productos terminales de la síntesis, recuperándolos desde los desechos domésticos e industriales e incorporándolos a la cadena de producción.
Reciclaje de productos químicos
Un ejemplo de estas estrategias es el reciclado del papel. Un trozo de papel requiere 5 o más años para ser degradado y reabsorbido, cuando se le desecha una vez utilizado. Si, por el contrario, se reutiliza, junto con eliminar la contaminación, se economiza energía, ya que es más fácil producir papel a partir de papel que de astillas de madera y por último, pero no menos importante, se evita cortar un cierto número de árboles cada año.
En el caso de los plásticos, la situación es bastante más compleja, ya que son substancias con una mayor resistencia a los efectos medio ambientales y algunos de ellos pueden permanecer en la naturaleza por decenas o cientos de años sin sufrir mayores alteraciones. Su síntesis involucra, en muchos casos, procesos irreversibles, de tal manera que muchos de ellos no pueden ser reutilizados. Además, la gran diversidad de polímeros utilizados hace difícil su recolección y reutilización, ya que no pueden mezclarse. De todas formas, ya existen campañas de recolección de algunos polímeros plásticos, como por ejemplo, el de los envases de bebidas. Estos plásticos reciclados normalmente se utilizan para la fabricación de bolsas de basura o contenedores que no serán usados para mantener alimentos.
Una alternativa al reciclado de los plásticos es la producción de biopolímeros, es decir, plásticos que una vez utilizados y desechados, sean rápidamente degradados por la flora habitual, de manera que su permanencia en el suelo no supere la de una cáscara de fruta, que está por debajo de los dos años. Estos biopolímeros podrían ser sintetizados directamente por microorganismos o por plantas que portasen los genes adecuados.
Experimentos en este sentido se llevan a cabo en múltiples laboratorios en el mundo, existiendo ya avances en la producción de polihidroxibutanoato (PHB) en plantas que poseen los genes para su síntesis.
Autoevaluaciones
Pregunta Nº 1
En la elaboración de los distintos productos químicos se requiere de procedimientos específicos, adaptados a la naturaleza de las materias primas y de los productos deseados. Aun así, hay ciertos procedimientos físicos y químicos que son comunes a la mayoría de estos procesos. ¿Cuáles son esas etapas comunes?
Como se afirma en la pregunta, los procedimientos utilizados en la elaboración de productos químicos son muy variados, y dependen básicamente de las características de la materia prima (sustrato), de las condiciones necesarias para que las distintas reacciones de transformación ocurran, y de las propiedades físicas y químicas del o los productos. Por ejemplo, si los sustratos (materias primas) son líquidos, los requerimientos de trituración y molienda serán nulos, pero probablemente se requiera de homogenización y agitación.
De todas formas, existe una secuencia de procedimientos físicos y químicos comunes a los que se someten las diversas materias primas como parte de los procesos de síntesis de la gran mayoría de los productos químicos. Esta secuencia considera:
– Tratamientos físicos iniciales, que permiten preparar las materias primas y consisten en trituración, molienda, calentamiento. Estos procedimiento buscan fragmentar los reactantes de manera de incrementar la superficie de contacto, aumentando, de ese modo, la velocidad de la reacción.
– Tratamientos químicos, generalmente específicos para cada proceso industrial, los que tienen lugar en un reactor y permiten la transformación química de las materias primas en productos. Estos pueden ser tratamientos térmicos, calcinaciones, electrólisis, reacciones orgánicas de alquilación o nitración, procesos de polimerización, entre otros. Durante este paso se produce la formación de los productos químicos.
– Tratamientos físicos finales, los que consideran pasos de purificación y separación de productos. Por lo general, involucran procedimientos de destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.
Pregunta Nº 2
La arena de sílice (SiO2) fundida, o vidrio de cuarzo, tiene excelentes propiedades de transmisión de luz visible y ultravioleta. Aun así, la industria del vidrio fabrica muy pocos productos con sílice pura. ¿Por qué cree usted que se agregan otros componentes en la fabricación del vidrio?
La principal razón por la cual se incorporan carbonatos de sodio y calcio en la fabricación del vidrio común es la disminución ostensible que produce en la temperatura de fusión y el aumento en la susceptibilidad de trabajar el material resultante. Por ejemplo, un vidrio al sodio corriente funde en torno a los 600ºC, mientras que para fundir un vidrio de sílice pura se requieren temperaturas por sobre los 1500ºC. Recuerde que aunque lo que se incorpora a la mezcla son carbonatos, estos se descomponen con el calor, liberando bióxido de carbono y dando el óxido correspondiente; luego, el vidrio es una mezcla de óxidos fundidos.
Lo anterior, sin perjuicio de que se agreguen otros componentes a la mezcla, o que algunos óxidos sean remplazados por otros con la finalidad de modificar el color, la resistencia mecánica, la transparencia, la resistencia química u otras propiedades del vidrio. Algunas de estas modificaciones son:
– Vidrio al plomo, empleado para cristalerías de mesa y conocido como cristal, que es el resultado de fórmulas que combinan silicato de potasio con óxido de plomo. El vidrio al plomo es pesado y refracta más la luz, por lo que resulta apropiado para lentes o prismas y para bisutería.
– Vidrio de boro silicato, que contiene bórax entre sus ingredientes fundamentales, junto con sílice y álcali. Destaca por su durabilidad y resistencia a los ataques químicos y las altas temperaturas, por lo que se utiliza mucho en utensilios de cocina, aparatos de laboratorio y equipos para procesos químicos.
Pregunta Nº 3
Basándose en el tipo de materias primas que utilizan, ¿Cuáles serían las principales diferencias entre las industrias químicas de base y de transformación?
La división en industrias de base y de transformación separa en dos grandes grupos a las industrias químicas. El primero de estos grupos engloba a aquellas empresas que trabajan directamente con materias primas básicas, como son los minerales y los combustibles fósiles y generan a partir de ellos, productos químicos intermedios que son usados, a su vez, por las distintas industrias de transformación. Las industrias de base tienen un reducido número de materias primas disponibles y generan un número más bien reducido de productos intermediarios, los que son el soporte de toda la química de transformación o química fina. Un ejemplo de estos compuestos químicos intermediarios es el etileno, derivado del etano, obtenido durante la destilación fraccionada del petróleo. Este compuesto constituye la base de múltiples industrias químicas de transformación dedicadas a la producción de polímeros, como el polietileno o el PVC, o productos químicos de uso corriente como el etanol o el ácido acético.
Pregunta Nº 4
Cuando el mineral de hierro se funde en un alto horno ¿Estamos simplemente derritiendo el hierro presente en el mineral o existen reacciones químicas subyacentes a este proceso, que finalmente nos entrega hierro fundido y escoria?
La obtención del hierro requiere la fundición de la mena que lo contiene en un alto horno bajo condiciones reductoras, dado que el hierro extraído del mineral se encuentra con número de oxidación +3, es decir, oxidado. Por lo mismo, es evidente que el proceso no consiste en la simple fusión del metal, sino que involucra un conjunto de reacciones de óxido reducción que, para que transcurran en el sentido que queremos, demandan grandes cantidades de energía suministrada, en este caso, como calor. Recuerde que el proceso inverso, es decir la oxidación del hierro, ocurre a temperatura ambiente, de manera espontánea y es responsable del deterioro de estructuras metálicas, rejas, cascos de barcos, etc.
Desde un punto de vista químico, el proceso de obtención del hierro por piro – refinación involucra varias reacciones de óxido reducción que conducen a cambios químicos y físicos importantes en los distintos compuestos. Consideremos la mezcla que introducimos desde lo alto del horno: Fe2O3, CaCO3 y C, mientras que desde su base, ingresa O2. La combustión incompleta del carbono produce monóxido carbónico (CO), mientras que su combustión completa, produce bióxido de carbono (CO2) y agua (como vapor, claro está). La reacción del carbono con el agua produce finalmente hidrógeno (H2) y más CO. En estos procesos de óxido reducción el carbono, que se encuentra inicialmente en estado elemental y por tanto, con número de oxidación 0, pasa a +2, es decir, se oxida; mientras que tanto el oxígeno (pasa de 0 a –2) como el hidrógeno (pasa de +1 a 0), se reducen. El CO y H2 producidos proveen el poder reductor para convertir el hierro III en hierro metálico. Por último, la piedra caliza agregada al horno se descompone por efecto del calor, generando óxido de calcio (CaO) y CO2. En una segunda etapa, el óxido de calcio reacciona con el óxido de silicio (SiO2) para formar silicatos como el CaSiO3. Estos compuestos son los constituyentes de la escoria. Fíjese que el CaCO3 es una de las materias primas de la industria del vidrio, al igual que el óxido de silicio; esto explica el aspecto vítreo de la escoria, una vez que se enfría.
Pregunta Nº 5
¿Por qué piensa usted que el ácido sulfúrico (H2SO4) es el producto químico de mayor consumo en el mundo?
El ácido sulfúrico es el ácido inorgánico de mayor utilización en el mundo por varias razones. En primer lugar, se utiliza en la fabricación de fertilizantes y pigmentos, en la refinación del petróleo, en la metalurgia del cobre, hierro y manganeso. Sirve también para elaborar una gran cantidad de materiales que no contienen azufre en sí mismos, como el ácido fosfórico, por ejemplo.
En todos estos procesos se le prefiere por sobre otros ácidos inorgánicos fuertes, debido a su menor costo de producción. Recordemos que este ácido ha sido producido históricamente a partir de el azufre, un elemento que se encuentra ampliamente distribuido por toda la corteza terrestre en estado nativo, donde se halla en depósitos de origen volcánico y formando diversos minerales como los sulfuros metálicos, entre los que está la pirita de cobre (CuFeS2). La formación del ácido sulfúrico es, además, un proceso exotérmico. Las plantas de producción de este ácido aprovechan el calor liberado para provocar otros procesos industriales, incluso en ciertos casos, para producir electricidad. Actualmente, debido a las restricciones que existen sobre las emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera, las refinerías de cobre se han convertido en grandes productoras de ácido sulfúrico, generado a partir de los gases de la fundición de los minerales sulfurados. Este proceso consiste en la conversión catalítica del SO2 en SO3 en presencia de oxígeno y la posterior producción del ácido mediante la adición de agua. El ácido resultante se reutiliza a menudo en los procesos de refinación electrolítica, en que se requiere de una solución ácida de sulfato de cobre.
Ejercicios
Ejercicio Nº 1
Respecto del proceso de obtención de hierro a partir de la hematita, mediante la fundición del mineral en un alto horno, podemos afirmar que:
I) Se busca oxidar el hierro III a hierro metálico.
II) El monóxido carbónico actúa como agente reductor.
III) Se utiliza piedra caliza para eliminar el óxido de silicio.
a) Solo I
b) Solo I y II
c) Solo I y III
d) Solo II y III
e) I, II y III
Durante la fundición de la hematita para obtener hierro metálico, el hierro III presente en la hematita es reducido a hierro metálico por efecto del hidrógeno y del monóxido carbónico, este último, producto de la combustión incompleta del carbón.
Respuesta correcta: Alternativa D.
Ejercicio Nº 2
El acero inoxidable es una aleación de hierro que tiene como principal característica su elevada resistencia a la corrosión. Esta aleación esta formada además de hierro por:
a) Aluminio y níquel
b) Cobre y estaño
c) Cromo y zinc
d) Cobre y azufre
e) Níquel y cromo
El acero inoxidable es una aleación de hierro, cromo y níquel. Dependiendo de las cantidades de níquel y cromo que contenga tendrá una mayor o menor tenacidad y una mayor o menor resistencia a la corrosión.
Respuesta correcta: Alternativa E.
Ejercicio Nº 3
Respecto de la refinación electrolítica del cobre, la afirmación correcta es:
a) Se utiliza nitrato de amonio como electrolito.
b) Se utilizan láminas delgadas de cobre puro como ánodos.
c) Permite obtener cobre de mayor pureza que por métodos pirometalúrgicos.
d) El cobre se reduce en el ánodo pasando a la solución como Cu2+.
e) Se utilizan placas de cobre blister como cátodos.
La refinación electrolítica del cobre permite obtener el metal con una pureza entre el 99,98 y 99,99% mientras que los métodos pirometalúrgicos permiten purezas no mayores al 99,90%.
Respuesta correcta: Alternativa C.
Ejercicio Nº 4
Para la obtención del cobre blister es necesario:
I. Un mineral sulfurado.
II. Un tratamiento por flotación.
III. Un mineral oxidado.
IV. Un tratamiento por lixiviación.
a) I y II
b) I y IV
c) II y III
d) III y IV
e) I, II y IV
En general, el cobre se puede encontrar en la naturaleza como óxidos o como sulfuros; los primeros son sometidos a un proceso llamado lixiviación para concentrarlos mientras que los minerales sulfurados son sometidos a un proceso denominado flotación que entrega un concentrado con 30 a 40% de cobre. La fusión de este concentrado en hornos de reverberos y su posterior refinación en hornos convertidores genera cobre Blister con 99,5% de pureza.
Respuesta correcta: Alternativa A.
Ejercicio Nº 5
El principal producto de la industria del salitre es el nitrato de sodio. Asociado a su obtención, esta industria produce, además:
a) Ácido sulfúrico
b) Carbonato de calcio
c) Yodo
d) Carbonato de sodio
e) Cloruro de potasio
La industria del salitre produce principalmente nitrato de sodio, parte del cual es transformado en nitrato de potasio, al reaccionar en caliente con cloruro de potasio. Junto al nitrato, en el caliche se encuentran cantidades menores de yodato de sodio que representan aproximadamente el 0,2% del salitre y sulfato de sodio.
Respuesta correcta: Alternativa C.
Ejercicio Nº 6
El nitrato de sodio presente en el caliche es separado de este por:
a) Destilación fraccionada
b) Cristalización diferencial
c) Filtrado
d) Tamizado
e) Electrólisis
La separación de las sales presentes en el caliche se realiza mediante cristalización diferencial. Al disolver el caliche en agua caliente, todas las sales presentes se disuelven; aquellas que son muy solubles en caliente y muy poco en frío, cristalizan al enfriar la solución, mientras las demás sales permanecen en solución.
Respuesta correcta: Alternativa B.
Ejercicio Nº 7
El azufre puede presentar más de un tipo de organización cristalina. Esta propiedad se denomina:
a) Isomería
b) Quiralidad
c) Quimiotactismo
d) Alotropía
e) Racemización
El azufre nativo, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, puede cristalizar como azufre rómbico o como monoclínico. Esta propiedad se denomina alotropía.
Respuesta correcta: Alternativa D.
Ejercicio Nº 8
Las empresas químicas pueden afectar la calidad de las aguas de ríos y lagos, si sus descargas líquidas:
I) Contienen contaminantes químicos.
II) Poseen un pH muy ácido o básico.
III) Tienen una temperatura mayor.
a) Solo I
b) Solo II
c) Solo I y II
d) Solo I y III
e) I, II y III
Las tres afirmaciones son correctas, ya que no solo la incorporación de tóxicos al agua compromete la calidad de esta. Cambios en el pH y la fuerza iónica pueden alterar profundamente los ecosistemas acuáticos, mientras que la elevación de la temperatura produce una disminución de la concentración de oxígeno en el agua.
Respuesta correcta: Alternativa E.
Ejercicio Nº 9
Además de cobre, la industria minera metálica nacional produce:
I. Molibdeno.
II. Plata.
III. Litio.
a) Solo I
b) Solo II
c) Solo III
d) I y III
e) I, II y III
Los tres metales nombrados son productos importantes de la industria minera metálica en el país. La plata tiene una larga data de explotación, mediante minería tradicional, aun cuando también se le obtiene como un subproducto de la minería del cobre. El molibdeno, por su parte, es un valioso subproducto de la refinación electrolítica del cobre. Finalmente, el litio es el de más reciente explotación, siendo Chile uno de los países con mayores reservas.
Respuesta correcta: Alternativa E.
Ejercicio Nº 10
Las industrias químicas pueden clasificarse en de base y de transformación, de acuerdo a:
a) El tipo de materias primas que utilizan.
b) El tamaño de la empresa.
c) Su relación con la minería.
d) Los volúmenes de producción.
e) La utilización del petróleo o sus derivados como materia prima.
El criterio que se utiliza para clasificar a las empresas en de base y de transformación es el tipo de materias primas que usan unas y otras. Las de base trabajan con materias primas tomadas directamente de la naturaleza, mientras que las de transformación utilizan generalmente los productos de las industrias de base.
Respuesta correcta: Alternativa A.