Química en la sociedad

1−Los comienzos de la química
La química tiene sus orígenes en la Grecia clásica y en el interés de los griegos por la filosofía natural, al
contrario de los romanos, que no tuvieron interés por la química hasta el siglo VII.
Los árabes asimilaron la cultura helenística, y desarrollaron entre los siglos VII y XVI.
La al−kimiya, se introdujo en Europa por España e Italia.
Las investigaciones se basaron en dos caminos, la química y la medicina:
• Buscaban el elíxir capaz de transformar los metales en oro.
• Buscaban la panacea universal que otorgaba salud y juventud perpetua.
Los acusaron de brujería por su oscurantismo y secretismo.
Unos de los descubrimientos importantes fueron los ácidos fuertes, más importantes para la humanidad.
La alquimia llegó a Occidente entre XII y XVI, hubo importantes seguidores como: Alberto Magno.
Fue Boyle quien estableció un método científico llamado química.
2−La química se introduce en la sociedad occidental
Los vínculos entre laboratorio y sociedad, evolucionaron mucho hasta el siglo XVIII hasta hoy.
Las primeras fábricas de ácido sulfúrico (H2SO4), llamadas vitrolerías surgieron en Inglaterra y Francia, y
hacían reaccionar:
SO3 + H2O= H2SO4
Las industrias de vidrio y jabón necesitaban sosa.
Las coquerias eran una fuente de materias.
La obtención de hierro en el alto horno, el coque sustituye al carbón, lo que casi provocó la destrucción de los
bosques ingleses en 1730.
Las coquerias sirvieron de materia prima para:
• Gas de coquerías formados por hidrógeno, metano y otros gases y en 1800 se utilizó para el gas
alumbrado.
• De alquitrán de hulla se obtiene anilina; se crea una química síntesis, llamada así porque sintetiza
sustancias en otras nuevas.
En el siglo XIX se desarrolla la industria de colorantes.
Los conflictos entre fabricantes tuvo grandes consecuencias en el siglo XX.
3− Una sociedad construida sobre la industria química
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En torno a las industrias químicas se establecen conexiones inevitables, surgen nuevas materias primas .
El desarrollo de las coquerias tuvo graves consecuencias.
• En el siglo XIX surgen en Inglaterra, Estados Unidos...
• En el plano internacional tendrá dura competencia. Algunos países controlan el mercado de sustancias
químicas básicas.
• Nuevos productos, sustancias nuevas.
• Generan nuevos trabajos.
4− Usos bélicos de la química
Los explosivos marcan una diferencia fundamental.
Son sustancias que son capaces de liberar súbitamente una gran cantidad de energía por una reacción química
del tipo:
2 KNO3 K20 + N2 + O2
El inicio de la reacción química puede ser por fricción, impacto, choque, chispa...
Los explosivos se usan para dos fines; para explosivos industriales y para armas militares.
• Pólvora negra: Su composición es: nitrato potásico(75%), carbón vegetal(15%) y azufre(10%).
• Nitroglicerina: Líquido aceitoso sensible al choque, descubierto por A.Sobrero.
• Dinamita: En 1866, fue inventada por A.Nobel. La dinamita es capaz de absorber nitroglicerina. Con
el tiempo se le añadieron absorbentes y nitratos.
• TNT(trinitrotolueno): Explosivo militar más importante en la Segunda Guerra Mundial.
A partir de nitrógeno se sintetizó el amoníaco y se pudo fabricar pólvora, que se usó durante la Primera
Guerra Mundial. En la Primera Guerra Mundial, también se fabricaron gases tóxicos como la iperita o gas
mostaza, que destruye los bronquios y lesiona la piel.
5− La sociedad usa la química para proteger la vida
Los seres humanos han utilizado las plantas como alimentos para sí mismos y para su ganado. También
buscaban remedios medicinales.
El desarrollo de la química ha permitido incorporar al suelo los elementos químicos que éste consume:
nitrógeno, fósforo...
• Abonos nitrogenados: Son los más importantes y su principal materia es el amoniaco. Aumentó la
demanda de nitratos.
Se superó gracias a la producción de amoníaco a partir de sus elementos: 3 H2 (g) + N2 (g) = 2HN3 (g)+ 21,8
kcal.
El hidrógeno y el nitrógeno se comprimen fuertemente y se introducen en el reactor, el cual tiene unas barras
de hierro que actúan como catalizador. La mezcla resultante se refrigera hasta que el NH3 licua y se envasa.
Los gases sobrantes se devuelven al proceso.
A partir del amoníaco se obtienen (NH4NO3), (NH2) 2...
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• Abonos fosfatados: Se obtienen a partir de fosfato de calcio y sus yacimientos principales están en
E.Unidos y Norte de África.
• Abonos potásicos: Son sales de potasio. Sus yacimientos principales se encuentran en Navarra y
Cataluña.
• Abonos triples: Mezclando N, P, K.
Hoy la síntesis química ha aportado infinidad de productos, algunos semisintéticos (obtenidos por reacción
química sobres sustancias naturales) y otros sintéticos.
Tipos de medicamentos:
• Antibióticos: Sustancias que inhiben el crecimiento de ciertos microorganismos en 1929 Fleming
inventó la Penicilina.
• Analgésicos y antipiréticos: Calman el dolor y bajan la fiebre. Los más utilizados son el paracetamol
y la aspirina.
• Vitaminas: Son sustancias imprescindibles para el buen funcionamiento del organismo.
• Hormonas: Son sustancias que producen glándulas de secreción interna; las más utilizadas son la
insulina, la cortisona...
6− La química y las revoluciones industriales
A finales del siglo XVIII Europa se encontraba en crisis: su población aumentaba rápidamente y la producción
agrícola no era capaz de satisfacer la creciente demanda de trabajo y alimentos.
La cantidad de madera disponible disminuyó peligrosamente y necesitan nuevas fuentes de energía.
La crisis fue superada gracias al carbón y a la máquina de vapor.
En Pensilvania, E.Drake improvisó un aparato de percusión para perforar pozos y encontró pozos y encontró
pozos y encontró petróleo a unos 25 m de profundidad.
Su poder energético era superior al del carbón.
El petróleo es la principal fuente de obtención de esta ingente masa de compuestos
• Obtenidos en la refinería : metano, etano, propano...
• Se realiza un craqueo para obtener oleofinas: etileno, propano...
• En algunos casos la fuente directa gas natural.
Las industrias que se nutren de estos productos son innumerables; además muchos productos inorgánicos se
obtienen a partir del petróleo.
Una de las grandes síntesis de nuestro siglos fue la sustitución del caucho natural por un polímero butadieno
(Buna−S) que da lugar al caucho artificial.
Para que los cauchos no se vuelvan pegajosos se introducen átomos de azufre( vulcanización).
El petróleo es un líquido de color oscuro y viscoso, de olor fuerte, compuesto por una mezcla compleja de
hidrocarburos de diferentes números de carbonos y formado a partir de restos de plancton; se encuentra en el
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interior de la tierra, y su extracción se realiza perforando el suelo hasta alcanzar el yacimiento.
Para poder aprovechar se debe elaborar en las refinerías mediante un proceso llamado destilación fraccionada,
que permite separar los diferentes componentes del petróleo. El proceso se realiza en unas torres llamada
columnas de destilación.
El destilado de barriles produce similares fracciones de sus componentes, se transforman los productos
pesados mediante un proceso llamado craqueo.
La petroquímica es una rama de la industria química que obtiene productos químicos utilizando como
materias primas fracciones petrolíferas.
7− La química y los materiales
En el siglos XX, se utilizaron 2 materiales: el hierro y el cemento, y también el aluminio.
Hierro y acero
• Materias primas
El hierro es el material más abundante en la corteza terrestre y se emplean 2 materias primas:
♦ Mineral de hierro: suelen se óxidos de hierro
♦ Coque: se forman a partir del carbón de hulla.
• El alto horno
Se carga por capas sucesivas de mineral, coque, y fundente, y además se inyecta aire caliente.
De esto se obtiene el arrabio( hierro de fundición)
• Acero
Si al hierro fundido se le eliminan las impurezas se obtiene el acero.
El proceso químico consiste en oxidar las impurezas: se usa un convertidor Bessemer.
Aluminio
Se obtiene por electrólisis
• La materia prima es la bauxita
• Se calcina el producto resultante
• La alúmina se introduce en la cuba electrolítica y se funde.
• Hace que el aluminio se deposite en el cátodo y el oxígeno en el ánodo.
Cemento de Pórtland
Es un conjunto de sustancias capaces de fraguar con el agua y formar bloque. Se fabrica a partir de piedra
caliza y arcilla. Se calcina a más de 1500 ºC.
En el horno sufre una serie de procesos químicos, de los que se produce klinker
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El klinker, una vez enfriado se muele.
8− La química ayuda a la sociedad a limpiar sus residuos
La industria química es responsable de sustancias peligrosas, y puede aportar soluciones para eliminarla esas
sustancias, los logros a conseguir son:
• Controlar el consumo de materias primas
La medida más elemental que se debe tomar es reciclar.
• Usar la energía adecuadamente
Cada producto depende del gasto hecho por la industria para producirlo, y se puede ahorrar energía.
C) Controlar los residuos
♦ Sólidos: Algunas soluciones son incinerar, reciclar...
♦ Líquidos: Se instalan plantas depuradoras
♦ Gaseosos: Su fuente principal se el empleo de combustibles fósiles. Sus principales gases son:
a) El monóxido de carbono procedente de la combustión de los combustibles fósiles mediante catalizadores.
b) Los óxidos de azufre y nitrógeno, que en las capas altas forma ácido sulfúrico y nítrico, se puede evitar
tratando previamente los combustibles.
La contaminación atmosférica y sus consecuencias
Se llama contaminación atmosférica a la alteración de la pureza del aire debido a la presencia de sustancias
nocivas.
• Contaminación ácida: Debida a los óxidos de azufre y nitrógeno en la atmósfera, y que producen la
llamada lluvia ácida.
• Contaminación local por partículas en suspensión: Originada por los polvos industriales, humos...
Puede producir alergias y afecciones respiratorias.
• Contaminación fotoquímica: En ciudades con mucho tráfico, se produce la niebla fotoquímica. La
niebla fotoquímica produce y/o agrava afecciones respiratorias.
El efecto invernadero
El aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera debido a la combustión de residuos fósiles o por
causas naturales dificulta la disipación calorífica de la Tierra y produce un aumento gradual de la temperatura
media de la atmósfera.
5− Los polímeros
La reacción principal de los alquenos es la adicción y consiste en abrir una unión doble enlace y permitir que
un nuevo átomo se una a cada uno de los átomos de carbono del enlace.
La adición más importante se llama polimeración y consiste en la unión de muchas moléculas de eteno
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llamadas monómeros, para formar moléculas gigantes llamadas polímeros.
La polimeración del eteno se llama polietileno, y se utiliza para fabricar botellas de plástico.
Preparación de diferentes polímeros.
El monómero que se polimeriza puede modificarse para obtener productos diferentes.
Se puede usar una amplia variedad de monómeros con diferentes grupos G unidos a la cadena polimérica.
Los nuevos polímeros son compuestos con propiedades diferentes.
Reacción en cadena−Reactores nucleares y bomba atómica
El principio de la utilización de la energía nuclear consiste en poder realizar una reacción en cadena mediante
los neutrones emitidos en la fusión. Al hablar de la velocidad de reacción hemos introducido el concepto de
reacción en cadena llamada también reacción autocatalítica.
Sustancialmente, para que la fisión se perpetúe, es preciso que en la primera se libere un número de neutrones
útiles( o sea que se dividan los núcleos) tal que se produzca una segunda fisión, y que de una fisión por
ejemplo de mil núcleos, la cual libere 1000 neutrones secundarios, más de mil de estos sirvan para dividir
nuevos núcleos. La condición para que la fisión se propague como un fuego de artificio en el que cada
estallido enciende un número creciente de ruedas, es ésta, que la relación entre el número de los neutrones
primarios, que se llama factor de multiplicación, sea mayor que la unidad.
El hacer el factor de multiplicación mayor que uno no es nada fácil empleando uranio natural, porque en el
mismo los neutrones pueden: a) escapar saliendo del metal, b) ser capturados por núcleos de 238U que no se
fisionan (captura no fisionada), c) ser capturados por impurezas, d) chocar con los núcleos de 235U y
provocar su fisión. Es preciso que el cuarto supere la suma de los otros tres. Eso se obtiene a) disminuyendo la
velocidad de los neutrones mediante moderadores de velocidad de los que ya se ha hablado, b) empleando
materiales de elevada pureza para disminuir las colisiones y captura por parte de los núcleos no fisionables
una parte de boro 500 000 hace al grafito inservible para ser usado como moderador, c) aumentando las
dimensiones del volumen ocupado por la materia fisionable de forma que sea más largo el recorrido de los
neutrones en el mismo, inferior al número de los que escapar y mayor la probabilidad de capturar con fisión,
d) actuando sobre la concentración de los núcleos fisionables, o sea separando y concentrando el isótopo 235
del uranio en las formas descritas. Los dos últimos artificios son evidentemente complementarios. Cuanto más
elevada es la con tracción de los núcleos fisionables tanto más pequeña es la dimensión por encima de la cual
se inicia la reacción en cadena.
Se llama dimensión crítica, para cada sistema capaz de dar reacción en cadena, aquella a la cual se alcanzan
las condiciones críticas( factor de multiplicación >1) y la reacción, iniciada por cualquier neutrón causal, se
perpetúe por si misma llevando, si está controlada, a una producción constante de energía; si no es controlada,
a la explosión.
La reacción en cadena, cuando los núcleos fisionables están suficientemente concentrados tiene lugar también
con neutrones no moderados y adquiere una marcha explosiva, o sea enorme velocidad: es lo que ocurre en la
bomba atómica, en la cual, juntando rápidamente 2 partes de material fisionable, concentrado, cuya mesa
crítica esté entre los 10 y 30 Kgs, se provoca una explosión de inaudita violencia en la cual se desarrollan
temperaturas de millones de grados, una luminosidad solar y efectos destructivos en un orden de magnitud y a
pesar de los dispositivos especiales para embutir el material fisionable dentro de envueltas pesadas, sólo del 1
al 2% de la masa total sufre la fisión y sólo una pequeñísima cantidad de materia se transforma en energía.
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Desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía nuclear y de su transformación en otras formas de
energía más manejables la pila atómica o reactor nuclear es bastante más importante que la bomba atómica.
Ya en 1939 E.Fermín había sugerido la posibilidad de una reacción explosiva usando neutrones rápidos, o de
una reacción controlable usando neutrones lentos, térmicos.
Poco tiempo después Fermi y Szilard afirmaban que era posible alcanzar las dimensiones críticas
convenientes, para una reacción en cadena controlada, usando el uranio natural ( mezcla que contiene el 0,7%
de 235U) y grafito como moderador. Con un grandioso esfuerzo coordinado de técnicos, físicos y químicos,
realizado en el que se llamó Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago y que permanecerá
imborrable en la historia de la investigación científica, el 2 de Diciembre de 1942 fue iniciada por vez primera
una reacción nuclear en cadena capaz de mantenerse encendida. La pila de Fermi estaba constituida por cerca
de 6 toneladas de uranio dispuesto en bloques, a guisa de un retículo cúbico, en una masa de ladrillo de
grafito: la pila funcionó primero dando ½ vatio y poco después su potencia fue llevada a 200 vatios.
Para absorber los neutrones, disminuir la potencia de la pila y eventualmente apagarla llevando el factor de
multiplicación por debajo de la unidad, se revelaron eficaces barras de cadmio que se introducían más o
menos profundamente en la estructura reticular de la pila. Poco después otras 2 pilas de dimensiones
experimentales eran construidas: una en Clinton, de 1000 KW, y otra en el Laboratorio Argonne, cerca de
Chicago. Para la pila construida en Francia por los esposos Juliot−Curieu se usó agua pesada, D2O, como
material para frenar los neutrones en lugar de grafito.
En torno a los 2/3 del siglo XX los reactores nucleares instalados en el mundo son varios centenares,
contándose por millares de megavatios la potencia térmica extraída de los núcleos capaces de fisión.
Pólvora, polvo explosivo utilizado en balística, en particular pólvora negra, una mezcla explosiva de un 75%
de nitrato potásico, un 15% de carbón y un 10% de azufre aproximadamente. La pólvora fue el primer
explosivo conocido; su fórmula aparece ya en el siglo XII, en los escritos del monje inglés Roger Bacon,
aunque parece haber sido descubierta por los chinos, que la utilizaron varios siglos antes en la fabricación de
fuegos artificiales. Es probable que la pólvora se introdujera en Europa procedente del Oriente Próximo.
Berthold Schwarz, un monje alemán, a comienzos del siglo XIV, puede haber sido el primero en utilizar la
pólvora para impulsar un proyectil. Sean cuales sean los datos precisos y las identidades de sus descubridores
y primeros usuarios, lo cierto es que la pólvora se fabricaba en Inglaterra en 1334 y que en 1340 Alemania
contaba con instalaciones para su fabricación. El primer intento de utilización de la pólvora para minar los
muros de las fortificaciones se llevó a cabo durante el sitio de Pisa en 1403. En la segunda mitad del siglo
XVI, la fabricación de pólvora en la mayoría de los países era un monopolio del Estado, que reglamentó su
uso a comienzos del siglo XVII. Fue el único explosivo conocido hasta el descubrimiento del denominado oro
fulminante, un poderoso explosivo utilizado por primera vez en 1628 durante las contiendas bélicas que se
desarrollaron en el continente europeo.
Armas nucleares, dispositivos explosivos, utilizados sobre todo por militares, que liberan energía nuclear a
gran escala. La primera bomba atómica (o bomba A) fue probada el 16 de julio de 1945 cerca de Alamogordo,
Nuevo México. Se trataba de un tipo completamente nuevo de explosivo. Hasta ese momento todos los
explosivos obtenían su potencia de la descomposición o combustión rápida de algún compuesto químico. Las
reacciones químicas de este tipo sólo liberan la energía de los electrones más externos del átomo.
En cambio, los explosivos nucleares ponen en juego la energía contenida en el núcleo del átomo. La bomba A
obtenía su potencia de la ruptura o fisión de los núcleos atómicos de varios kilos de plutonio. Una esfera del
tamaño de una pelota de béisbol produjo una explosión equivalente a 20.000 toneladas de Trinitrotolueno
(TNT).
La bomba A se desarrolló, construyó y probó en el marco del Proyecto Manhattan. Se trataba de una
extraordinaria empresa estadounidense iniciada en 1942 durante la II Guerra Mundial.
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En ella participaron muchos científicos eminentes, como los físicos Enrico Fermi, Richard Feynman y Edward
Teller, y el químico Harold Urey. El director militar era el ingeniero del Ejército de los Estados Unidos
comandante general Leslie Groves. El director científico del proyecto, localizado en Los Álamos (Nuevo
México) fue el físico estadounidense J. Robert Oppenheimer.
Terminada la guerra, la Comisión para la Energía Atómica de los Estados Unidos se responsabilizó de todas
las cuestiones nucleares, incluida la investigación armamentística.
Se construyeron otro tipo de bombas que obtenían la energía de elementos más ligeros como el hidrógeno. En
ellas la reacción que proporciona la energía es la fusión. Durante este proceso los núcleos de los isótopos de
hidrógeno se combinan y forman un núcleo, más pesado, de helio (ver más adelante Armas termonucleares o
de fusión). La investigación en este campo dio como resultado la producción de bombas cuya potencia oscila
de una fracción de kilotón (equivalente a 1.000 toneladas de TNT) hasta muchos megatones (equivalentes a
un millón de toneladas de TNT). Además se ha reducido de forma drástica el tamaño físico de las bombas,
con lo que han podido desarrollarse bombas nucleares de artillería y pequeños mísiles que pueden ser
disparados desde lanzadores portátiles en pleno campo de batalla. Aunque en un principio se pretendía que las
bombas atómicas fuesen armas estratégicas transportadas por grandes bombarderos, en la actualidad las armas
nucleares pueden utilizarse para diversos fines, tanto estratégicos como tácticos. No sólo se pueden lanzar
desde diferentes tipos de avión, sino en cohetes o mísiles guiados con cabeza nuclear desde la tierra, el aire o
bajo el agua. Los cohetes grandes pueden transportar varias cabezas con diferentes objetivos. La investigación
en armas nucleares prosigue hoy en día en Los Álamos y en el Laboratorio Lawrence Livermore (California),
en los Estados Unidos y en Aldermaston, en Gran Bretaña.
Armas de fisión
En 1905 Albert Einstein publicó la teoría de la relatividad. De acuerdo con ella, la relación entre la masa y la
energía viene dada por la ecuación E = mc2. Esto significa que a una masa m dada, corresponde una cantidad
de energía E, equivalente a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz c. Una pequeña
cantidad de materia equivale a una gran cantidad de energía. Por ejemplo: un kilogramo de materia que se
convirtiese por completo en energía equivaldría a la energía liberada por la explosión de 22 megatones de
TNT.
En sus experimentos, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann dividieron el átomo de uranio en
dos partes casi iguales bombardeándolo con neutrones. Más tarde, en 1939, la física austriaca Lise Meitner y
su sobrino, el físico británico Otto Frisch, explicaron la reacción de la fisión nuclear, lo que posibilitó la
liberación de la energía atómica.
La reacción en cadena
Cuando el uranio u otro núcleo apropiado se fisiona, produce un par de fragmentos nucleares y libera energía.
Al mismo tiempo el núcleo emite enseguida cierto número de neutrones rápidos, la misma partícula que inició
la fisión del núcleo de uranio. Esto hace posible que se produzcan una serie de reacciones de fisión nuclear de
forma automantenida: los neutrones que se emiten durante la fisión provocan una reacción en cadena y una
liberación sostenida de energía.
El isótopo ligero del uranio, el uranio 235, se divide sin dificultad a causa de los neutrones producto de la
fisión y al hacerlo emite una media de 2,5 neutrones. Para sostener una reacción en cadena basta con un
neutrón por cada generación de fisiones nucleares. Otros pueden perderse al escapar del material reactivo, o
ser absorbidos por las impurezas o por los isótopos más pesados como el uranio 238, si existen. Cualquier
sustancia capaz de mantener una reacción de fisión en cadena se llama material físil.
Masa crítica
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Una pequeña esfera, del tamaño de una pelota de golf, de un material físil puro, como el uranio 235, no
mantendría una reacción en cadena. Escaparían demasiados neutrones de la reacción en cadena a través de su
superficie que es demasiado grande respecto a su volumen. Sin embargo, en el caso de una masa de uranio
235 del tamaño de una pelota de béisbol, el número de neutrones perdidos en la superficie se compensaría por
el número de neutrones generados por las reacciones internas de fisión. La cantidad mínima de material físil
con una forma dada necesaria para mantener la reacción en cadena se llama masa crítica.
Al aumentar el tamaño de la esfera producimos una configuración supercrítica en la que las sucesivas
generaciones de fisiones aumentan con mucha rapidez, con lo que se puede llegar a una posible explosión,
como resultado de la liberación en extremo rápida de una gran cantidad de energía.
Por tanto, en una bomba atómica se debe ensamblar y mantener en contacto una masa de material físil mayor
que la crítica durante una millonésima de segundo. Esto permite que la reacción en cadena se propague antes
de la explosión. Un contenedor, hecho de algún material pesado, rodea el material físil y evita su explosión
prematura. El contenedor también reduce el número de neutrones que se escapan.
Si se dividiese cada átomo de 0,5 kilogramos de uranio, la energía producida equivaldría a la potencia
explosiva de 9,9 kilotones de TNT. En este hipotético caso la eficiencia de la reacción sería del 100%. En las
primeras pruebas de la bomba A no se acercaron a ella. Además 0,5 kilos de uranio es poco para alcanzar la
masa crítica.
Detonación de las bombas atómicas
Se han creado varios sistemas para detonar una bomba atómica. El más simple es utilizar una pistola: se
dispara un proyectil de material físil a un objetivo del mismo material, para que ambos se fundan y formen un
conjunto supercrítico. La bomba atómica que Estados Unidos hizo explotar sobre Hiroshima (Japón) el 6 de
agosto de 1945 fue un arma de ese tipo. Su energía era equivalente a 20 kilotones de TNT.
Un sistema más complejo, llamado de implosión, se utiliza con bombas de forma esférica. La parte exterior de
la esfera consiste en una capa de dispositivos llamados lentes con una forma y ensamblado especial. Están
hechos de material explosivo y diseñados para concentrar la explosión en el centro de la bomba. Cada sección
de este material altamente explosivo tiene un detonador que a su vez está unido por cable con las demás
secciones. Una señal eléctrica hace explotar todas las partes del material explosivo de forma simultánea, lo
que provoca una onda explosiva que converge en el núcleo de la bomba. En éste hay una esfera de material
físil que se comprime por la poderosa presión ejercida hacia el interior, es decir, la implosión. Esto aumenta la
densidad del material y produce un conjunto supercrítico. La bomba que se probó en Alamogordo y la que
Estados Unidos lanzó sobre Nagasaki (Japón), el 9 de agosto de 1945, fueron de este tipo. Cada una de ellas
equivalía a 20 kilotones de TNT.
Con independencia del método utilizado para alcanzar una configuración supercrítica, la reacción en cadena
se produce durante una millonésima de segundo y libera grandes cantidades de energía térmica. La liberación
tan rápida de una cantidad tan grande de energía en un volumen relativamente pequeño, provoca que la
temperatura alcance decenas de millones de grados. La posterior expansión y vaporización del material de la
bomba provoca una potente explosión.
Producción de material físil
Fueron necesarios muchos experimentos para hacer factible la producción de material físil.
Separación de los isótopos de uranio
El isótopo físil uranio 235 representa sólo el 0,7% del uranio natural.
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El resto se compone del más pesado uranio 238. Los métodos químicos no son suficientes para separar el
uranio 235 del uranio normal, porque ambos isótopos del uranio son idénticos en su forma química. Se han
creado varias técnicas para separarlos, pero todas ellas se basan en la pequeña diferencia de peso que hay
entre los dos tipos de átomos de uranio.
Durante la II Guerra Mundial se construyó en Oak Ridge (Tennessee) una inmensa planta de difusión gaseosa.
Esta planta se amplió después de la guerra y se construyeron dos similares cerca de Paducah (Kentucky) y de
Portsmouth (Ohio).
El material de base para este tipo de planta es el gas hexafluoruro de uranio, que es muy corrosivo. Este gas se
bombea sobre barreras que tienen millones de pequeños agujeros, a través de los cuales las moléculas más
ligeras (que contienen átomos de uranio 235) se difunden a una velocidad mayor que las moléculas más
pesadas que contienen átomos de uranio 238 . Una vez que el gas se ha difundido a través de miles de estas
barreras (también llamadas fases), se hace muy rico en el isótopo más ligero del uranio. El producto final es
uranio apto para fabricar bombas con más de un 90% de uranio 235.
Producción de plutonio
Aunque el isótopo de uranio 238 no puede mantener una reacción en cadena, sí puede convertirse en material
físil si se bombardea con neutrones. Este proceso puede llevar a la obtención de un nuevo elemento. Cuando
el átomo de uranio 238 captura un neutrón en su núcleo se transforma en un isótopo más pesado: el uranio
239. Éste se desintegra con mucha rapidez y forma neptunio 239 que es un isótopo del elemento 93. Una
nueva desintegración convierte este isótopo en otro del elemento 94, llamado plutonio 239. Éste, como el
uranio 235, se fisiona después de la absorción de un neutrón y puede usarse como material para bombas. La
producción de plutonio 239 en grandes cantidades requiere una intensa fuente de neutrones. Esta fuente se
obtiene de la reacción en cadena controlada que se produce en un reactor nuclear. Véase Física nuclear.
Durante la II Guerra Mundial se diseñaron reactores que proporcionaban los neutrones necesarios para
producir el plutonio. Se construyeron algunos capaces de producir grandes cantidades de plutonio en Hanford
(Washington) y cerca de Aiken, en Carolina del Sur.
Armas termonucleares o de fusión
Antes de que se fabricara la primera bomba atómica los científicos ya se dieron cuenta de que en teoría era
posible una reacción nuclear diferente de la fisión, como fuente de energía nuclear. En vez de aprovechar la
energía que se produce en una reacción en cadena en el material físil, las armas nucleares podrían utilizar la
energía liberada en la fusión de los elementos más ligeros. Esta reacción es la opuesta a la fisión, ya que
consiste en la fusión de dos núcleos de isótopos de algún átomo ligero como el hidrógeno. Por esta razón, las
bombas de fusión nuclear se llaman muchas veces bombas de hidrógeno o bombas H. De los tres isótopos de
hidrógeno, los dos más pesados, deuterio y tritio, son los que se combinan con más facilidad para formar
helio. Aunque la liberación de energía por reacción nuclear durante la fusión es menor que en la fisión, la
cantidad de átomos en 0,5 kilogramos de un material ligero es mucho mayor. La energía que liberan 0,5
kilogramos de un isótopo de hidrógeno es equivalente a 29 kilotones de TNT, es decir, tres veces más que la
misma cantidad de uranio. Pero esta estimación presupone la fusión de todos los átomos de hidrógeno. La
fusión se produce sólo a temperaturas de varios millones de grados y su velocidad sufre un incremento
espectacular con la temperatura. Estas reacciones se llaman, por tanto, reacciones termonucleares (inducidas
por calor).
Hablando en términos estrictos, la palabra termonuclear denota que los núcleos tienen un rango (o
distribución) de energías característico para cada temperatura. Este hecho es importante, al posibilitar las
reacciones de fusión rápidas mediante un incremento de la temperatura.
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El desarrollo de las bombas de hidrógeno era imposible antes de que se perfeccionaran las bombas A, dado
que sólo éstas podían proporcionar la tremenda cantidad de calor necesaria para iniciar la fusión de los átomos
de hidrógeno. Los científicos atómicos consideraban las bombas A como el detonador del dispositivo
termonuclear proyectado.
Pruebas termonucleares
Después de algunas pruebas experimentales llevadas a cabo en la primavera de 1951 en la zona de pruebas de
Estados Unidos en las islas Marshall, el 1 de noviembre de 1952 se realizó con éxito la primera prueba a gran
escala de un dispositivo de fusión. Esta bomba, llamada Mike, produjo una explosión de la potencia de varios
millones de toneladas de TNT (es decir, varios megatones).
La Unión Soviética detonó una bomba termonuclear de más de un megatón en agosto de 1953, mucho antes
de lo que se esperaba. El 1 de marzo de 1954, Estados Unidos hizo explotar una bomba de fusión de una
potencia de 15 megatones. Provocó una bola de fuego de más de 4,8 kilómetros de diámetro y una enorme
nube en forma de hongo, que se elevó con mucha rapidez hasta la estratosfera.
La explosión de marzo de 1954 dio lugar a que se reconociera mundialmente la existencia de la lluvia
radiactiva. La lluvia de desechos radiactivos procedentes del hongo atómico reveló también muchas cosas
sobre la naturaleza de una bomba termonuclear. Si la bomba hubiese sido una bomba A, como detonador de
un núcleo de isótopos de hidrógeno, la única radiactividad persistente hubiera sido la de los restos de la fisión
del detonador y la inducida por los neutrones en el agua de mar y en los corales. Pero algunos residuos
radiactivos cayeron en un barco japonés llamado el Dragón afortunado, un atunero que se encontraba a 160
kilómetros del lugar de la explosión. El polvo radiactivo fue analizado con posterioridad por científicos
japoneses y sus resultados probaban que la bomba cuyos residuos se habían recogido sobre el Dragón
afortunado era algo más que una bomba H.
Bombas de fisión−fusión−fisión
La bomba termonuclear de 1954 fue un arma de tres fases. La primera fase era una bomba A que actuaba
como detonador. La segunda era una bomba H, resultante de la fusión de deuterio y tritio en el interior. Al
detonar se formaban átomos de helio y neutrones de alta energía. La tercera fase se iniciaba con el impacto de
estos neutrones en la cubierta exterior de la bomba, que estaba hecha de uranio natural o uranio 238. En este
punto no se producía reacción en cadena, pero los neutrones de la fusión tenían suficiente energía como para
producir la fisión del núcleo de uranio, lo que se sumaba a la potencia explosiva total y a la radiactividad de
los residuos de la bomba.
Efectos de las armas nucleares
Los efectos de las armas nucleares se estudiaron con mucho detenimiento.
Efectos de la onda expansiva
Al igual que con las explosiones de armas convencionales, la mayor parte del daño causado por una explosión
nuclear en los edificios y en otras estructuras proviene, de modo directo o indirecto, de los efectos de la onda
expansiva. La rápida expansión de los materiales de la bomba produce un impulso de altas presiones, también
llamado onda de choque, que se mueve desde la bomba en explosión hacia fuera con mucha rapidez. En el
aire, esta onda de choque se llama onda expansiva, porque es equivalente a ésta y la acompañan vientos de
una fuerza mucho mayor que los de un huracán.
Los daños son producidos tanto por el gran exceso (o sobrepresión) de aire que anteceden a la onda expansiva
como por los vientos tan fuertes que siguen soplando después del paso de la onda expansiva. El alcance de los
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daños en tierra como consecuencia de la explosión depende de su equivalente en TNT, de la altitud a la que
explotó la bomba (altura de la explosión) y de la distancia de la estructura hasta el punto cero (es decir, el
punto situado justo bajo la explosión de la bomba en vertical). En el caso de las bombas A que explotaron
sobre Japón, la altura de la explosión fue de unos 550 metros, ya que se calculó que esta altura produciría un
área de destrucción máxima. Si el equivalente en TNT hubiera sido mayor, se habría escogido también una
mayor altitud de explosión.
Si se elige una altura de explosión que maximice el área afectada, una bomba de 10 kilotones provocará daños
graves en las casas con estructura de madera (muy comunes en Estados Unidos) a una distancia de más de 1,6
kilómetros del punto cero y provocará daños moderados hasta los 2,4 kilómetros (una casa con graves daños
ya no se puede reparar). El radio de devastación se incrementa con la potencia de la bomba, de modo
proporcional a su raíz cúbica. Por tanto, si una bomba de 10 megatones (1.000 veces más poderosa que una de
10 kilotones) explota a una altura óptima, las distancias se incrementarán por un factor diez: 16 kilómetros de
radio para los daños graves y 24 kilómetros para los daños moderados.
Efectos térmicos
Las altísimas temperaturas que se alcanzan en una explosión nuclear provienen de la formación de una masa
de gas incandescente muy caliente que se llama bola de fuego. Por una bomba de 10 kilotones detonada en el
aire, la bola de fuego alcanzaría un diámetro de 300 metros y la de una bomba de 10 megatones sería de 4,8
kilómetros. La bola de fuego emite un fogonazo de radiación térmica (es decir, calor), que se extiende sobre
una gran área pero con una intensidad cada vez más débil. La cantidad de energía térmica recibida a cierta
distancia de la explosión nuclear depende de la potencia de la bomba y de las condiciones de la atmósfera. Si
hay poca visibilidad o la bomba explota sobre las nubes, la efectividad de la onda térmica disminuye. La
radiación térmica provoca quemaduras en la piel que no está protegida. Una explosión de 10 kilotones en el
aire puede producir quemaduras de gravedad moderada (de segundo grado y que requieren atención médica) a
2,4 kilómetros del punto cero. Para una bomba de 10 megatones la distancia se eleva a más de 32 kilómetros.
También se producirían quemaduras menos graves de la piel expuesta mucho más lejos. La mayor parte de la
ropa ordinaria protege de la radiación térmica, al igual que casi cualquier objeto opaco. Las quemaduras
provocadas por el fogonazo térmico sólo se producen si la piel está expuesta de forma directa, o la ropa es
demasiado ligera para absorber la radiación térmica.
La radiación térmica puede provocar incendios en materiales inflamables secos, como por ejemplo el papel o
algunos tejidos. Estos incendios pueden propagarse si hay condiciones apropiadas. La experiencia de las
bombas A detonadas sobre Japón indica que muchos incendios, en especial los de las zonas cercanas al punto
cero, se iniciaron por causas secundarias como cortocircuitos, conductos de gas rotos y hornos y calderas
industriales volcados. La onda expansiva produjo escombros que ayudaron a mantener los incendios y que
dificultaron el acceso de los servicios de bomberos. Por tanto, gran parte de los daños provocados por el fuego
en Japón fueron efectos secundarios de la onda expansiva.
Bajo ciertas condiciones, como las que se dieron en Hiroshima pero no en Nagasaki, muchos fuegos dispersos
se pueden combinar y producir una tormenta de fuego, como las que acompañan a algunos grandes incendios
forestales. El calor del fuego provoca una fuerte corriente ascendente, que a su vez provoca vientos fuertes,
dirigidos hacia la zona que está ardiendo. Estos vientos avivan las llamas y convierten la zona en un
holocausto en el que se destruye cualquier cosa inflamable. Sin embargo, como el viento lleva las llamas hacia
el interior, se puede limitar la zona en que se propague un fuego.
Radiactividad
Aparte de la onda térmica y expansiva, las bombas nucleares tienen un efecto característico. Liberan radiación
penetrante que es diferente por completo de la radiación térmica, es decir, del calor . Cuando es absorbida por
el cuerpo, la radiación nuclear puede provocar graves daños. Si la explosión ocurre a gran altitud, el radio en
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que se producen estos daños es menor que el de los daños por incendios y por la onda expansiva o que el de
las quemaduras por radiación térmica. Sin embargo, en Japón debido a la radiación murieron más tarde
muchas personas que estaban protegidas de la onda expansiva y de las quemaduras.
Existen dos categorías de radiación nuclear provocadas por una explosión: la radiación instantánea y la
radiación residual. La radiación instantánea se compone de un fogonazo de neutrones y rayos gamma que se
propagan por una zona de varios kilómetros cuadrados. Los efectos de los rayos gamma son idénticos que los
de los rayos X. Tanto los neutrones como los rayos gamma pueden atravesar la materia sólida, por lo que para
protegerse hacen falta materiales de gran espesor.
La radiación residual conocida como lluvia radiactiva puede ser un peligro en grandes zonas que no sufran
ninguno de los otros efectos de la explosión. Las bombas que obtienen su energía de la fisión del uranio 238 o
del plutonio 239 producen dos núcleos radiactivos por cada núcleo físil que se divide. Estos productos de la
fisión producen una radiactividad permanente en los restos de la bomba, ya que la vida media de estos átomos
se puede medir por días, meses o años.
Se conocen dos tipos de lluvia radiactiva, la inicial y la tardía. Si la explosión nuclear se produce cerca de la
superficie, la tierra o el agua se levantan formando una nube en forma de hongo. Además el agua y la tierra se
contaminan al mezclarse con los restos de la bomba. El material contaminado empieza a depositarse a los
pocos minutos y puede seguir haciéndolo durante 24 horas, cubriendo una zona de varios miles de kilómetros
cuadrados, en la dirección en que el viento lo lleve. Se llama lluvia radiactiva inicial y supone un peligro
inmediato para los seres humanos. Si una bomba nuclear explota a gran altitud, los residuos radiactivos se
elevan a gran altura junto con la nube en forma de hongo y cubren una zona aún más extensa.
La experiencia de la lluvia radiactiva en el hombre ha sido mínima. El caso más importante es el de la
exposición accidental de isleños y pescadores en la explosión de 15 megatones del 1 de marzo de 1954. La
lluvia radiactiva ha afectado a los seres humanos en diversas ocasiones: las secuelas de los experimentos
nucleares estadounidenses en Bikini (Micronesia, 1946) y de las bombas nucleares de Hiroshima y Nagasaki
en 1945 todavía se manifiestan en la población que sufrió sus efectos y en sus descendientes. El 26 de abril de
1986 estalló el reactor de la central nuclear ucraniana de Chernóbil, y emitió radiación durante 10 días. En el
plazo de cinco años el cáncer y la leucemia aumentaron en la zona un 50%. No es posible calcular o predecir
las generaciones futuras que todavía se verán sometidas a las consecuencias de los accidentes o explosiones
nucleares. Las propiedades de la radiactividad y las inmensas zonas que pueden contaminarse convierten a la
lluvia radiactiva en lo que, potencialmente, pudiera ser el efecto más letal de las armas nucleares.
Efectos climáticos
Aparte de los daños por la onda expansiva y por la radiación, una guerra nuclear a gran escala entre naciones
tendría casi con certeza un efecto catastrófico sobre el clima mundial. Esta posibilidad, que se planteó en un
artículo publicado por un grupo internacional de científicos en diciembre de 1983, se conoce como la teoría
del 'invierno nuclear'. Según estos científicos, la explosión de menos de la mitad del total de las cabezas
nucleares de Estados Unidos y Rusia enviaría a la atmósfera enormes cantidades de polvo y humo. Esta
cantidad sería suficiente para ocultar al Sol durante varios meses, sobre todo en el hemisferio norte, lo que
acabaría con las plantas y provocaría un clima de temperaturas bajo cero hasta que se dispersase ese polvo.
La capa de ozono también se vería afectada, lo que agravaría los daños como consecuencia de la radiación
ultravioleta solar. Si esta situación se prolongase, significaría el fin de la civilización humana. Desde
entonces, la teoría del invierno nuclear ha estado permanentemente envuelta en polémica. En 1985 el
Departamento de Defensa de Estados Unidos reconoció la validez de la idea, pero afirmó que no afectaría a la
política de defensa.
Bombas H Limpias
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Por término medio, un 50% de la potencia de una bomba H proviene de las reacciones termonucleares y otro
50% de la fisión de la bomba A, que actúa como detonante, así como de la fisión de la capa externa de uranio.
Se define la bomba H limpia como aquélla en la que menos del 50% de su potencia proviene de la fisión.
Dado que la fusión no produce sustancias radiactivas de forma directa, los residuos de una bomba limpia son
menores que los de una bomba H media normal con la misma potencia. Si se construyese una bomba H, sin
cubierta de uranio pero con un detonador de fisión, sería relativamente 'limpia'. Quizá tan poco como un 5%
de la potencia explosiva provendría de la fisión; por tanto, la bomba sería limpia en un 95%. Esta bomba de
fusión mejorada, también llamada bomba de neutrones, ha sido probada por Estados Unidos y otras potencias
nucleares. Aunque la fisión no libera residuos radiactivos que sean duraderos, sí libera una gran cantidad de
los neutrones creados en la reacción termonuclear. Estos neutrones inducen la radiactividad en otros
materiales, sobre todo en la tierra y el agua, en un radio relativamente pequeño alrededor de la explosión.
Por eso, la bomba de neutrones se considera un arma táctica, porque puede producir daños graves en el campo
de batalla. Destruye los carros blindados y otros vehículos similares y provoca la muerte o deja heridas de
escasa gravedad a las personas expuestas, pero no produce los residuos radiactivos que ponen en peligro a
seres humanos o a las casas a kilómetros de distancia.
ESQUEMA
1− La química en nuestra sociedad
1.1− Química inorgánica
1.1.1− Ácido Sulfúrico
• Industrias de vidrio y jabón
• Coquerías
• Química orgánica
• Gas de coquerías
• Alquitrán de hulla
• Explosivos químicos
• Pólvora
• Nitroglicerina
• Dinamita
• Abonos
• Nitrogenados
• Fosfatados
• Potásicos
• Triple
• Medicamentos
• Antibióticos
• Analgésicos
• Petróleo y carbón
• Cemento hierro y acero
• Controlar residuos
OPNIÓN PERSONAL
Yo creo que la química tiene sus cosas buenas y sus cosas malas como todas las cosas; por ejemplo una cosa
buena de la química es la producción de medicamentos, la producción de petróleo en las refinerías, etc, y
algunas de sus cosas malas son la fabricación de drogas, explosivos, etc.
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Hay que reconocer que la química ha provocado grandes avances en nuestra sociedad como por ejemplo la
invención de la Penicilina por Alexander Flemming en 1929; pero también tiene ha provocado retrocesos
como por ejemplo la explosión de la bomba atómica Durante la II Guerra Mundial, en Hiroshima a mando de
los Estados Unidos de América el 6 de Agosto de 1945.
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