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Hablando con Científicos

El conocimiento científico crece gracias a la labor de miles de personas que se esfuerzan, hasta el agotamiento, por encontrar respuestas a los enigmas que plantea la Naturaleza. En cada programa un científico conversa con Ángel Rodríguez Lozano y abre para nosotros las puertas de un campo del conocimiento.

Catalizadores. Hablamos con Fernando Carrillo Hermosilla.

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La palabra “catalizador” se ha hecho familiar desde que nuestros vehículos a motor los utilizan. Sin embargo, mucho antes de que los fabricantes de automóviles se vieran obligados a poner un “convertidor catalítico” para eliminar los gases tóxicos producidos por la combustión, los catalizadores ya eran ampliamente utilizados tanto en los procesos químicos que tienen lugar en la naturaleza, incluido nuestro propio organismo, como en la industria química. Podemos asegurar que sin catalizadores ni la vida es posible, ni nuestra sociedad habría podido alcanzar el nivel de desarrollo que ahora disfrutamos.

¿Qué es un catalizador?

La respuesta nos la da nuestro invitado, Fernando Carrillo-Hermosilla, profesor de química inorgánica en la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de Ciudad Real : Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse esencialmente en el proceso.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

En la naturaleza se producen reacciones químicas continuamente y a todos los niveles imaginables. Desde las más simples, que combinan unos pocos átomos como por ejemplo, el oxígeno y el hidrógeno reaccionan entre sí para obtener agua, hasta las más complejas, como las que tienen lugar en el interior de nuestras células, que entrañan la combinación de proteínas y otras moléculas extremadamente complejas. Una reacción química cualquiera implica que dos o más compuestos (reactantes) intercambien entre sí átomos y enlaces para dar lugar otros distintos (productos). Tanto en los procesos biológicos como en los industriales, la obtención de un producto determinado depende de muchos factores: condiciones de presión, temperatura, estado de pureza de los reactantes, facilidad de selección de un producto frente a otros que no son interesantes en el proceso, etc. Por si esto fuera poco, a los factores mencionados hay que añadir uno esencial: el tiempo. Muchas reacciones se producen de forma natural pero con una lentitud tal que resulta inaceptable para su uso industrial. En esos casos es cuando toman importancia ciertas sustancias que con su sola presencia, hacen que todo se acelere: los catalizadores.

Un ejemplo clásico lo podemos tomar de la industria del amoniaco. El amoniaco es un compuesto químico importantísimo en nuestra sociedad, no solamente porque sea útil como producto de limpieza, que lo es, sino porque es la base de elaboración de los fertilizantes que han permitido a la humanidad disponer de alimentos en abundancia. Para la obtención del amoniaco basta con poner en un recipiente nitrógeno, que es el gas más abundante del aire que respiramos, e hidrógeno que se puede extraer del gas natural. Pero no basta con poner ambos elementos en contacto, la reacción del nitrógeno y hidrógeno en condiciones normales es desesperantemente lenta. Haría falta esperar decenas de años, incluso siglos, para obtener una cantidad apreciable de amoniaco. La solución fue encontrada por Fritz Haber y Carl Bosh que recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931. La propuesta de Haber, que después adaptada por Bosh para su uso industrial, consistía en añadir óxido de hierro como catalizador. La presencia del catalizador disminuye la fuerza con la que se unen los dos átomos de la molécula de nitrógeno y facilita así su separación para unirse al hidrógeno y formar amoniaco.

Cuando ponemos en marcha nuestro automóvil, los gases producidos por la combustión en el motor van cargados de contaminantes, principalmente óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y restos de combustible que no se han quemado. Si fueran liberados a la atmósfera sin tratar, como se hacía antiguamente, el aire de las grandes ciudades sería irrespirable. Para evitarlo, se hace pasar los gases de escape por el “convertidor catalítico” que consiste en una malla cerámica revestida de materiales nobles como platino, rodio y paladio, cuya función consiste eliminar estos contaminantes. Los óxidos de nitrógeno, que son los responsables del humo negro que forma el “smog”, gracias al catalizador se convierten en nitrógeno puro y oxígeno; el monóxido de carbono, que es un gas tóxico y mortal porque se combina con la hemoglobina de los glóbulos rojos e impide la oxigenación del organismo, es convertido en dióxido de carbono que, aunque sea un gas de efecto invernadero, al menos no es venenoso. Los hidrocarburos que quedan sin quemar se consumen generando agua y dióxido de carbono. Así, gracias a los catalizadores, el aire expulsado es mucho menos contaminante.

Los ejemplos mencionados son tan solo una muestra de la importancia de los catalizadores en la sociedad moderna. Prácticamente casi todos los productos químicos producidos comercialmente utilizan catalizadores en alguna etapa del proceso de su fabricación. Se emplean en el refinado del petróleo y sus derivados como combustibles, plásticos, polímeros, etc. Se utilizan en la elaboración de productos alimenticios como la margarina, participan en la fabricación de ácido sulfúrico, en la elaboración de fármacos, etc.

Nuestro invitado, Fernando Carrillo-Hermosilla , junto a un nutrido grupo de investigadores del Departamento de Química Inorgánica, Orgánica y Bioquímica de la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de Ciudad Real que pertenece a la Universidad de Castilla – La Mancha, investiga el comportamiento de los catalizadores en la síntesis de un tipo especial de moléculas orgánicas llamadas guanidinas, unas especies químicas presentes en multitud de sustancias naturales y sintéticas con aplicaciones biológicas.

REFERENCIAS.

Fernando Carrillo-Hermosilla

COMCat

Guanidines: from classical approaches to efficient catalytic syntheses


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