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Tema1:El medio ambiente como sistema >> La ciencia: ¿para bien o para mal? |
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La ciencia: ¿para bien o para mal? |
Síntesis de Haber para producción de amoniaco La síntesis del amoniaco descubierta y puesta a punto por Haber es un buen ejemplo de
la ambivalencia de los avances científicos. En relación con este tema se propone la
siguiente lectura que se ha preparado adaptando un texto de "Ciencia y Sociedad"
(The Open University Unidades 33 y 34. Ed Mcgraw-hill 1974 pp 66 a 74) junto a un cuadro
de la vida de Haber adaptado de un artículo de Investigación y Ciencia (septiembre de
1997): "El problema de los fertilizantes químicos". Los descubrimientos científicos: ¿un bien o un mal?. El título de este estudio es engañoso. Parece frío y poco interesante. Sin embargo tiene que ver con uno de los avances más fascinantes de la química del siglo XIX, que cambió el curso de la historia. Los compuestos que contienen nitrógeno, tales como las proteínas y ácidos nucleicos
constituyen componentes esenciales de todos los organismos vivos. Todos estos compuestos
de nitrógeno llegan a los organismos a partir de los nitratos del suelo. Los materiales compuestos de nitrógeno, especialmente la orina y el estiércol, han venido siendo usados durante siglos como fertilizantes en la agricultura, desde mucho antes de que se conociera la razón de sus beneficiosos efectos. Durante la primera parte del siglo XIX algunos científicos demostraron que el crecimiento de las plantas dependía del nitrógeno. Cuando se supo esto se produjo una mayor demanda, de compuestos de nitrógeno para suplementar la provisión natural del suelo y obtener mejores resultados en la agricultura. Se encontró que fertilizantes nitrogenados como el nitrato de potasio ('nitro', de la India) o el guano podían duplicar e inclusive triplicar la producción de las cosechas de cereales. Además del nitro y el guano se usaron otras fuentes de nitrógeno. Una de ellas fueron
los grandes depósitos de nitrato de sodio encontrados en Chile - nitrato de Chile o
"caliche". La exportación de dicho material a Europa se inició a mediados del
siglo XIX. Otra fuente procedía de la nueva industria del gas de hulla. Cuando se
calienta hulla en ausencia
de aire, se descompone para dar un gas (gas de hulla), dos líquidos, un alquitrán de
carbón y otro formado principalmente por agua que contiene amoníaco disuelto (licor
amoniacal), y un residuo sólido llamado coque. Con el desarrollo del alumbrado con gas de hulla en el siglo
XIX y con la demanda de coque en la industria siderúrgica, hubo disponibilidad de gran
cantidad de licor amoniacal que se utilizaba para producir fertilizantes nitrogenados como
el sulfato amoníaco. La agricultura no fue la única industria que demandó nitrógeno en gran cantidad en la primera mitad del siglo XIX. Desde 1242 hasta la década de 1860, el único explosivo disponible era la pólvora (una mezcla de nitrato de potasio, azufre y carbón). Sin embargo, Sobrero, un químico italiano, hizo por primera vez un explosivo muy poderoso, la nitroglicerina y así llegó a ser uno de los fundadores de una nueva gran industria. La nitroglicerina explota con gran violencia, y aunque se usa para barrenar, tiene que manejarse con gran cuidado debido a que con cualquier golpe puede explosionar. Cuando se empapa de nitroglicerina un material poroso, se forma el explosivo denominado
dinamita que es mucho menos sensible y más fácil de manipular. Este invento hizo la
fortuna del sueco Alfred Nobel, y le permitió establecer los premios Nobel para las
ciencias y la paz. El pensaba que con estos explosivos las armas serían tan terribles que
llevarían al fin de la guerra. En esta época también se desarrollaron otros explosivos
poderosos como el algodón-pólvora y se emplearon en grandes cantidades en la
construcción de ferrocarriles y en la minería. De forma similar, hasta mediados del siglo XIX, virtualmente los únicos colorantes que había eran aquellos derivados de las plantas, como añil y rubia. Pero en 1856 el químico inglés W. H. Perkin elaboró el primer colorante sintético, la mauveina (anilina púrpura), un derivado nitrogenado del alquitrán de hulla. En comparación con los colorantes naturales, los sintéticos eran baratos y se podían hacer de una mayor variedad de colores. Resultó que los colorantes naturales fueron eliminados del mercado. Otra consecuencia social de dicho cambio de colorantes naturales a sintéticos fue que las ropas de color poco a poco se encontraran al alcance de todos y no siguieran reducidas al uso de los más acomodados. El descubrimiento de los colorantes sintéticos llevó al crecimiento de una amplia industria química dominada, no por Inglaterra donde se hizo el descubrimiento inicial de la mauveina, sino por Alemania. Lo cual es un interesante ejemplo de la importancia de tener una base industrial firme, como la tenía Alemania en aquel tiempo, para la explotación de los descubrimientos de los laboratorios. Toda esto hizo que la demanda de nitrógeno en la última mitad del siglo XIX fuese mayor que la que se podía satisfacer con el nitrato de Chile y el licor amoniacal. Sir William Crookes, en un discurso a la British Association en 1898, planteó el que, debido a las limitaciones en el suministro de nitrógeno y al crecimiento de la población, a partir de 1931 no habría pan suficiente para hacer frente a las necesidades mundiales. Además, en la tensa situación política que se desarrolló en Europa a principios del siglo, era claro que la nación que se quedara sin suministro de nitrato de Chile no podría mantener una provisión suficiente de munición. La solución era fabricar los compuestos de nitrógeno a partir del nitrógeno presente
en el aire - un suministro prácticamente ilimitado y a nuestra disposición-. Crookes
sugirió que el problema de fijar el nitrógeno atmosférico era de principal importancia
y "llevaría al desarrollo de una poderosa industria destinada a resolver un gran
problema alimenticio". Sin embargo, fue más fácil reconocer el problema que
resolverlo, ya que una de las principales características del nitrógeno gaseoso
elemental, que es el que está en el aire, es su relativa inactividad lo que hace difícil
convertirlo en compuestos nitrogenados. El proceso Haber-Bosch A pesar de las dificultades, se desarrollaron varios procesos exitosos durante el período 1904-1908. El más ventajoso, el proceso Haber-Bosch, se desarrolló en Alemania. Permitía fabricar amoniaco a partir del nitrógeno del aire y a partir del amoniaco se pueden sintetizar los demás compuestos de nitrógeno. Una planta piloto con el proceso Haber funcionó por primera vez en 1910, y una planta completa con capacidad de 30.000 toneladas de sulfato amónico anuales empezó su producción en 1913. Igual que con otros avances científicos y tecnológicos la guerra, en este caso la de 1914, fue un estímulo para su extensión. Gran Bretaña y sus aliados controlaban las rutas marítimas por las cuales llegaban el nitrato de Chile y el guano peruano. Alemania y las potencias centrales quedaron aisladas de esta fuente de nitrógeno para la agricultura y los explosivos y se vieron obligados a innovar o perecer. Alemania construyó importantes plantas industriales y amplió la capacidad de
producción a 120.000 toneladas de amoníaco sintético anuales. Hay pocas dudas acerca de
que el proceso Haber fue de importancia decisiva en la primera guerra mundial.
Proporcionó a Alemania y sus aliados el nitrógeno que necesitaban para la producción de
municiones y alimentos. Algunos autores piensan que una de las principales razones por las
cuales Alemania perdió la guerra no fue la escasez de explosivos sino que el ejército
usó tal cantidad de compuestos nitrogenados que no quedaron suficientes para los
agricultores. En 1917 y 1918 las cosechas fueron desastrosas. Irónicamente, en el país
donde se había encontrado la solución al problema del nitrógeno, escaseaba el trigo y
la gente tenía hambre. El curioso destino de Fritz Haber Fritz Haber recibió el Premio Nobel de Química después de haber sido considerado un criminal de guerra. Aunque fue galardonado con el Premio Nobel en 1919 por la síntesis de¡ amoníaco, la vida de Fritz Haber fue esencialmente trágica. Como director que era del Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física durante la primera Guerra Mundial, desarrolló el uso de gas de cloro por encargo de las autoridades alemanas, visitando además el frente para supervisar su uso y mejorar los dispositivos con los cuales se lanzaba.. Haber creía que esta arma terrible ayudaría a conseguir una victoria rápida y así evitaría sufrimientos mayores. No faltaron quienes desaprobaron sus investigaciones. En vísperas de la primera utilización del gas contra las tropas aliadas en 1915, su esposa se suicidó, atormentada por la horrorosa contribución de su marido a la guerra. Después del armisticio los aliados le consideraron un criminal de guerra. Aunque estaba desmoralizado, Haber continuó investigando. Pero, irónicamente, Haber, cuyo servicio a la causa alemana era indiscutible, era
judío. Con la llegada de los nazis en 1930 fue desplazado de la universidad y se refugió
en Inglaterra. Murió poco tiempo después, en 1934, desilusionado y en la miseria, en
Basilea, Suiza. ¿Cuáles fueron las consecuencias del éxito de Haber en el desarrollo de su proceso para obtener amoníaco sintético? Una consecuencia triste fue la prolongación de la primera guerra mundial uno o dos años, período en el cual murieron cerca de un millón de personas que de otra manera hubieran vivido. Pero, por otra parte el proceso contribuyó a resolver uno de los mayores problemas
humanos, el de la desnutrición. Y, además, se han podido producir otros muchos
materiales sintéticos que contienen nitrógeno y que son importantes en la vida diaria.
Así, por ejemplo, fibras sintéticas como el nylon, casi todos los colorantes, la
mayoría de las medicinas, plásticos de urea-formaldehido, melanina y la mayoría de los
explosivos. Algunos problemas, como el aumento de la crueldad de la guerra con el desarrollo de explosivos más potentes, pueden ser previsibles. Pero los nuevos avances científicos traen otros problemas imprevisibles. Inesperadamente se presentó un nuevo problema con el aumento del uso de los fertilizantes. Cuando se iban usando cantidades crecientes de compuestos de nitrógeno, muchos de ellos acababan siendo arrastrados por las aguas y se acumulaban en lagos y ríos. Los fertilizantes nitrogenados estimulan el crecimiento de las plantas en el agua de la misma manera que ocurre sobre la tierra, proceso que se conoce con el nombre de eutrofización . Las algas se multiplican hasta tal punto que la luz del sol sólo puede penetrar unos pocos centímetros dentro del agua. Las algas más profundas se mueren y descomponen. El oxígeno disuelto en el agua es totalmente absorbido y los peces y demás animales se mueren. No podemos subsistir sin fertilizantes pero es imprescindible controlar su uso para que
nuestras aguas no queden contaminadas e inutilizadas por un proceso inesperado, pero de
gran trascendencia, derivado del uso de los compuestos de nitrógeno. |
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