Tema 14: La industria química y las relaciones ciencia/tecnología/sociedad
El Siglo XIX y el Rango de Ciencia de la Química
El siglo XIX fue testigo de cómo la química alcanzó el rango de ciencia, consolidándose como una disciplina con un cuerpo teórico bien definido. Durante este período, se multiplicaron los ensayos y estudios que permitieron profundizar en el conocimiento de las propiedades y la naturaleza de las sustancias químicas. Esta acumulación de conocimientos exigió una sistematización y una clasificación que llevaron a la división de la química en diversas ramas.
Desarrollo y Sistematización de la Química
Con el avance de la teoría, la experimentación y las técnicas correspondientes, la química comenzó a tener amplias repercusiones en muchos ámbitos. A medida que se conocían mejores propiedades de las sustancias, se podía deducir su posible utilidad para la vida del ser humano. Esto impulsó la producción de sustancias en mayor cantidad y la creación de nuevas sustancias útiles, marcando el desarrollo de la industria química, especialmente a partir de la segunda mitad del siglo XIX.
Origen y Explosión de la Industria Química
Aunque la industria química tiene sus orígenes en el siglo XVII con la fabricación a gran escala de ciertos productos, se considera que la producción de carbonato sódico por Leblanc a finales del siglo XVIII marca el verdadero inicio de la industria química. Sin embargo, fue en el siglo XIX cuando la industria química experimentó una explosión en todos los órdenes, fenómeno que en sociología se conoce como revolución industrial. Este período también vio el desarrollo de la química técnica, que tuvo un impacto significativo en la producción y en la vida cotidiana.
La Química Industrial y su Relación con Ciencia, Tecnología y Sociedad
El vertiente industrial de la química es un claro ejemplo de las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad. Aunque no se hará una revisión exhaustiva de toda la historia de la industria química, se abordarán casos específicos que han marcado un hito en su trayectoria. Estos ejemplos han sido seleccionados por su trascendencia desde el punto de vista químico y por su incidencia en las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad.
Primeras Industrias Químicas
Contexto histórico y desarrollo industrial
La devastación económica causada por la Guerra de los Treinta Años (1618-1648) en los numerosos estados del Sacro Imperio Romano Germánico impulsó a los gobiernos de esos estados a promover la recuperación económica. Este esfuerzo incluyó la protección de la economía, el fomento de la industria y el comercio, y el control riguroso de las materias primas, buscando su uso más provechoso. Este movimiento, conocido como cameralismo (de la palabra alemana Kammer , que significa cámara, en referencia al desarrollo de las cámaras de industria y comercio), jugó un papel crucial en este contexto.
Relación entre Economía, Ciencia y Técnica El problema económico, en este caso producto de una guerra, fue un impulsor clave del desarrollo de la ciencia y la técnica. En esta época, además de las tradicionales industrias metalúrgicas, comenzaron a desarrollarse la fabricación organizada ya mayor escala de diversos productos necesarios para la vida cotidiana, como jabón, vidrio, cerámica, cervezas y vinos, tejidos, tintes, papel y azúcar de remolacha. Este período marca el inicio del desarrollo de la industria química.
La química del flogisto y el apoyo de la nobleza
La era de la química del flogisto coincidió con este periodo de crecimiento industrial. Los príncipes y reyes de los estados alemanes protegían a los químicos, similar a cómo muchos alquimistas habían sido protegidos por la nobleza durante la Edad Media. Esta protección se basaba en la conciencia de los gobiernos sobre la utilidad práctica de la química para el desarrollo económico.
Ejemplo : La industria de la porcelana
Desarrollo de la Porcelana Europea Pott llevó a cabo numerosos experimentos, mezclando distintos minerales y sometiéndolos a altas temperaturas. A pesar de sus esfuerzos, no logró encontrar la fórmula correcta, que requeriría el uso de caolín. Su sucesor, Johann Friedrich Böttger, finalmente tuvo éxito al mezclar caolín blanco con feldespato y cuarzo, produciendo una porcelana de excelentes cualidades. Este éxito llevó al establecimiento de la primera fábrica de porcelana blanca en Sajonia, en Meissen (1710), iniciando una tradición en la fabricación de porcelanas en toda Europa Central.
Expansión de la Industria de la Porcelana La industria de la porcelana se extendió a otros lugares como Viena (1720), Höchst (1740), Fürstenberg (1744), Nymphenburg (1751) y Berlín (1751). En Francia, Pierre-Joseph Macquer contribuyó significativamente a la industria, haciendo famosas las porcelanas de Sèvres y Limoges. La industria también se estableció en Inglaterra, donde el trabajo de Josiah Wedgwood llevó a la creación de la famosa fábrica de porcelana que lleva su nombre, seguida por muchas otras célebres porcelanas y cerámicas inglesas. Este ejemplo destaca cómo la protección y el fomento gubernamental de la química y otras ciencias no solo condujeron a avances técnicos y económicos, sino que también desarrollaron industrias que perduraron y prosperaron en el tiempo.
Industrias Inorgánicas: Ejemplos Clave
El método de Leblanc
Nicolás Leblanc, un médico cirujano con gran interés en la química, desarrolló un método innovador. Transformó la sal marina (cloruro sódico) en sulfato sódico utilizando ácido sulfúrico. Luego, calentó el sulfato sódico con carbón y carbonato de calcio para obtener carbonato sódico. En 1789 ganó el concurso de la Academia y en 1791 construyó la primera fábrica de "sosa" en Saint-Denis, París. Aunque la fábrica de Leblanc no sobrevivió a los eventos revolucionarios y su procedimiento fue divulgado, llevándolo a la ruina económica, su método marcó un hito. Fue la primera síntesis industrial de una sustancia química, iniciando la era de la industria química.
Problemas y el método Solvay
El método de Leblanc presentaba problemas, incluyendo residuos de ácido clorhídrico y sulfurosos, que causaban graves problemas ambientales y de salud. En 1863, Ernest Solvay desarrolló un método alternativo utilizando sal marina, carbonato cálcico y amoniaco, eliminando los subproductos molestos. La primera fábrica Solvay se estableció cerca de Bruselas en 1871. Este método resultó ser más eficiente y económico, reemplazando el método de Leblanc por completo para 1915.
El ácido sulfúrico y los sulfatos eran conocidos desde la antigüedad, referidos comúnmente como vitriolos. En la Edad Media, los alquimistas obtenían ácido sulfúrico a partir de sulfato de hierro. Este procedimiento era difícil y de bajo rendimiento.
Primeros métodos de producción
En el siglo XVII, Angelus Sala desarrolló un método más sencillo para obtener ácido sulfúrico por la combustión de azufre en un ambiente húmedo. Posteriormente, Lemery introdujo la adición de nitrato potásico para acelerar la combustión. En 1736, el ingeniero químico inglés Ward construyó la primera fábrica de producción de ácido sulfúrico en Richmond, Londres. Se utilizaron vasos grandes y calderas de plomo, reduciendo significativamente el costo del ácido. En 1746, Roebuck y Garbett reemplazaron las vasijas por cámaras de plomo, construyendo la primera fábrica de este tipo en Birmingham.
Espionaje Industrial y Expansión
El método se extendió a Francia gracias a John Holker, un partidario de los Estuardo exiliado en Francia, quien importó la técnica y estableció una fábrica en Rouen en 1766. Este ejemplo ilustra la interrelación entre conflictos bélicos, políticos y la evolución de la ciencia y la técnica.
Innovaciones en el siglo XIX
En el siglo XIX, Désormes y Clément descubrieron la acción catalítica de los óxidos de nitrógeno, y Gay-Lussac mejoró el proceso al introducir una torre de absorción de gases nitrosos en 1827. J. Glover añadió otra torre en 1859 para preparar sulfúrico fumante.
El método de contacto
En 1901, se introdujo un cambio radical en la producción de ácido sulfúrico con el método de contacto. Se utilizaron piritas en lugar de azufre, y la oxidación del dióxido de azufre al trióxido se facilitó mediante catalizadores de platino o vanadio. Este método surgió en respuesta a problemas económicos, como el aumento del precio del azufre debido al monopolio siciliano. El método de contacto representó una clara interrelación entre ciencia, técnica y economía, impulsando la investigación científica y la aplicación de nuevos conocimientos teóricos para resolver problemas industriales.
Industrias Orgánicas
El desarrollo de la química estructural permitió avances significativos en la síntesis orgánica, posibilitando la creación de procedimientos de síntesis a escala de laboratorio y, eventualmente, a escala industrial. A partir de la segunda mitad del siglo XIX, se comenzó a formar una industria de compuestos orgánicos que crecían rápidamente. Este crecimiento se puede observar claramente en la industria de colorantes sintéticos, que se inició en 1856 y promovió el desarrollo de productos farmacéuticos y perfumería sintética.
La industria de los colorantes sintéticos
Primer Periodo: Investigación Empírica
En la primera etapa de la industria de colorantes sintéticos, la investigación era empírica debido a la falta de conocimiento sobre la estructura de las moléculas de los colorantes. Los químicos trabajaban con compuestos como el benceno, tolueno y anilinas, descubriendo nuevos colorantes a través de pruebas y errores. Durante este periodo, se obtuvieron importantes descubrimientos como la fucsina y el amarillo de anilina.
Segundo Periodo: Química Estructural
Con el establecimiento de la estructura del benceno por Kekulé en 1866, la investigación en colorantes se volvió más sistemática. Los científicos pudieron determinar la estructura de los colorantes naturales y sintetizarlos artificialmente. Este cambio permitió el crecimiento de la industria de colorantes, ejemplificado por el éxito de la alizarina y la empresa BASF, que se convirtió en uno de los mayores complejos químicos del mundo.
Competencia y Patentes
La industria de colorantes experimentó una intensa competencia, con países y empresas involucradas en una "guerra de patentes". Esto conduce a un rápido avance tecnológico y económico en la industria. A finales del siglo XIX, la producción de colorantes se desplazó hacia Suiza y Alemania, consolidando la posición de estos países en la industria química.
Consecuencias y nuevas industrias
La industria de colorantes no solo tuvo un impacto económico y tecnológico, sino que también condujo al desarrollo de nuevas industrias. Por ejemplo, el subproducto de dióxido de azufre generado en la síntesis del índigo llevó al desarrollo del método de contacto para la obtención de ácido sulfúrico. Sin embargo, la producción de colorantes sintéticos también tuvo consecuencias negativas, como la depresión económica en países productores de índigo natural como India y Java, debido a la competencia del índigo sintético más barato.
Innovaciones y Petroquímica
A principios del siglo XX, la aparición de nuevos materiales como los polímeros dio lugar a una industria orgánica aún más diversificada. Los procesos de hidrogenación catalítica descubiertos por Sabatier y Senderens ampliaron las posibilidades industriales. La petroquímica, en particular, enriqueció la industria orgánica con una amplia variedad de procesos de síntesis, contribuyendo al desarrollo de productos como caucho sintético y seda artificial.
Industrias Químicas y las Guerras
El siglo XX fue testigo de importantes mejoras en las industrias químicas existentes, así como del surgimiento de nuevas industrias. Este periodo estuvo marcado por cambios significativos en los estilos de vida, generando nuevas necesidades que la industria debía satisfacer. Las dos Guerras Mundiales, en particular, jugaron un papel crucial en el avance de la investigación y producción industrial, impulsando la creación de nuevos procesos y productos.
Influencia de las Guerras en la Industria Química
Durante las Guerras Mundiales, la necesidad de fabricar armas y productos químicos, junto con la escasez de alimentos, medicinas y materias primas, llevó a una intensificación en la investigación y desarrollo industrial. La demanda de explosivos, combustibles y armas químicas durante la Primera Guerra Mundial, así como la necesidad de suministros básicos, obligaron a los científicos a trabajar a un ritmo mucho más acelerado y productivo que en tiempos de paz.
Ejemplo: La Síntesis del Amoniaco
Uno de los ejemplos más notables de la influencia de las guerras en la industria química es la síntesis del amoniaco. Este proceso, desarrollado por el químico alemán Fritz Haber, utiliza directamente el nitrógeno de la atmósfera para producir amoniaco mediante una combinación directa de elementos en una reacción de equilibrio químico. Haber, quien ganó el Premio Nobel de Química en 1918, logró perfeccionar este proceso en 1908 gracias a su conocimiento en termodinámica de reacciones gaseosas.
La primera fábrica de amoniaco se estableció en 1913 dentro de la firma alemana BASF, poco antes del inicio de la Primera Guerra Mundial. Cuando la guerra comenzó en 1914, el amoniaco se convirtió en un compuesto esencial, utilizado como punto de partida para la síntesis de ácido nítrico, fundamental para la fabricación de explosivos y fertilizantes. Además, el amoniaco se empleaba en diversas industrias como agente químico y como fluido refrigerante.
El proceso de Ostwald, que permite la obtención de ácido nítrico a través de la oxidación catalítica del amoniaco, fue crucial para Alemania, especialmente debido al bloqueo fiscal por los países aliados, que impedía las importaciones de nitrato de Chile, la fuente tradicional de nitrógeno . . Esta autosuficiencia en la producción de nitratos permitió a Alemania mantener la producción de explosivos y fertilizantes durante la guerra. La síntesis del amoniaco no solo tuvo un impacto significativo durante los conflictos bélicos, sino que también influyó en la industria química en tiempos de paz, demostrando cómo las necesidades y políticas provocadas por la guerra pueden acelerar el desarrollo tecnológico e industrial
Entre ellas, la industria química no sólo refleja los resultados de la investigación científica, sino que también está influenciada por factores económicos, políticos, jurídicos y tecnológicos. Estos factores incluyen la interferencia económica, las leyes del mercado, el aprovisionamiento de materias primas, el mundo de las patentes, los secretos de los descubrimientos industriales y los problemas de contaminación.
La relación entre la industria química y los conflictos bélicos ha sido bidireccional. Las guerras han impulsado la investigación y la producción en la industria química para obtener productos de rentabilidad bélica o productos de subsistencia, que luego han encontrado utilidad en tiempos de paz. A la inversa, la escasez de productos básicos o materias primas ha sido, en algunos casos, una causa de conflictos bélicos. Las dos Guerras Mundiales son un claro ejemplo de esta observación.
Desde el siglo XIX, la química se ha institucionalizado, siendo reconocida y apoyada tanto por los gobiernos como por la opinión pública. Los gobiernos y entidades públicas o privadas financian la investigación en química pura y aplicada, lo que beneficia tanto a la ciencia como a la industria. Los investigadores ya no dependen de su fortuna personal ni de mecenas, como fue el caso de Lavoisier y Leblanc, sino que cuentan con un apoyo sistemático y organizado para sus investigaciones. Esta interdependencia y apoyo mutuo entre la ciencia, la tecnología y la sociedad ha permitido un desarrollo significativo en la industria química, con beneficios tangibles en diversos sectores industriales y en la vida cotidiana.
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