Alquimia No 2 Química Verde - Pedro E Del Rio

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 N° 2 
Julio 2019 
QUÍMICA 
VERDE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Science Magazine 
Historia y Origen 
pag. 
Química Verde. 
Historia y Origen Pág. 4 
Los 12 principios 
de la Química Verde Pág. 7 
Energías limpias y 
Biocombustibles Pág. 10 
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Queridos Alquimistas. 
Sean Bienvenidos a este nuevo número de 
su revista digital Alquimia. Como pueden 
observar en lo portada de este mes, el 
número estará enfocado en la Química 
Verde: que es, como surge, algunas de las 
aplicaciones de la misma entre otras 
cosas. 
Sabemos que hoy en día existe un enorme 
deterioro del ambiente y esto ha 
generado la necesidad de buscar 
alternativas que conduzcan a la 
sustentabilidad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Una de estas alternativas es la llamada 
“Química verde, la cual contempla el 
diseño de productos y procesos que 
reduzcan la generación de sustancias 
peligrosas y maximicen la eficacia al 
utilizar los recursos materiales y 
energéticos. 
Esperamos la disfruten. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mensaje 
Editorial 
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Química Verde. Historia y Origen…………………………………………………… 4 
 
Los 12 principios de la Química Verde……………………………………………..7
Energías Limpias y Biocombustibles……………………………………………….10 
 
Biodiesel..………………………………………………………………………………………13 
 
Biogás……………………………………………………………………………………………16 
 
Celdas de Hidrógeno………………………………………………………………………19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Revista de Divulgación Científica 
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a y Origen 
 
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¿Qué e s la Química Ve rde ? 
Los problemas ambientales, como lo son 
el cambio climático, la contaminación del 
aire y el deterioro de la capa de ozono, 
han afectado tanto al planeta como los 
seres que lo habitamos. Gran parte de 
estos problemas se genera por procesos 
químicos, uso indiscriminado de recursos 
naturales, manejo inadecuado de 
residuos, etc. 
Esto ha generado la necesidad de 
promover acciones para preservar el 
ambiente que en conjunto son 
denominadas “Química Verde”. 
 
La Química Verde se puede definir como 
la práctica de la ciencia química y la 
manufactura de una manera sustentable, 
segura, que no contamina y 
que consume pocas 
cantidades de 
materiales y de 
energía mientras no 
produce residuos o 
lo hace de manera 
mínima. 
 
Historia 
En 1990 se aprobó, en Estados Unidos, la 
Ley de Prevención de la Contaminación. 
Esta Ley ayudó a crear un modus operandi 
para tratar la contaminación de una 
manera innovadora. Esto allanó el camino 
hacia el concepto de Química Verde. Paul 
Anastas y John Warner acuñaron el 
término y desarrollaron los 12 principios 
de la Química Verde. En 2005, Ryoji 
Noyori identificó 3 desarrollos clave: el 
uso de dióxido de carbono supercrítico 
como disolvente verde, el peróxido de 
hidrógeno acuoso para oxidaciones 
limpias y el uso de hidrógeno en síntesis 
asimétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Orige n 
Esta área de la química 
se había desarrollado 
por la necesidad de 
evitar los peligros 
químicos que los 
compuestos orgánicos 
e inorgánicos tenían en 
el cuerpo de los 
humanos y los 
animales. 
Actualmente se ocupa 
de la aplicación de los 
compuestos químicos 
que son amigables con 
el ambiente en las 
diversas áreas en las 
que actúan. 
 
 
 
Por: Paracelso 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referencias: 
International Journal of Advanced Research in Chemical Science (IJARCS) Volume 1, Issue 1, March 2014 
Stanley E. Manahan, ChemChar Research, Inc. Publishers, 2006 
 
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Los principios de la química verde fueron propuestos originalmente por Paul Anastas y John 
Warner en su libro Green Chemistry, Theory and Practice en 1998, y constituyen el pilar de 
la química verde. La aplicación de estas estrategias en la implementación de procesos 
innovadores, contribuirán a la sustentabilidad del Planeta en la sociedad, la economía y el 
ambiente. 
1. Prevenir la creación de residuos. 
Es mejor evitarlos o reducirlos que 
tratarlos o limpiarlos tras su 
transformación. 
2. Maximizar la economía atómica. 
Los métodos sintéticos deben 
maximizar la incorporación de 
cada material utilizado en el 
proceso. 
3. Realizar síntesis química menos 
peligrosa. Consiste en elaborar 
procesos que generen la mínima 
toxicidad e impacto ambiental. 
4. Diseñar productos y compuestos 
menos peligrosos. Los productos 
químicos se deben diseñar con 
una toxicidad mínima. 
5. Utilizar disolventes y condiciones 
seguras de reacción. Las 
sustancias auxiliares de los 
procesos químicos han de ser 
inocuas y reducirlas al mínimo. 
6. Diseñar para la eficiencia 
energética. Debe minimizarse los 
requerimientos energéticos para 
los procesos químicos. 
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7. Utilizar materias primas 
renovables. Los materiales de 
partida utilizados deben proceder 
de fuentes renovables, en la 
medida en que sea económica y 
técnicamente factible. 
8. Evitar derivados químicos. La 
síntesis debe diseñarse con el uso 
mínimo de grupos protectores 
para evitar pasos extras y reducir 
los desechos. 
 
9. Utilizar catalizadores. Debe 
emplearse catalizadores lo más 
selectivos y reutilizables posibles. 
 
 
 
10. Diseñar productos biodegradables 
Los productos químicos han de ser 
diseñados de tal manera que al 
culminar su función no persistan 
en el ambiente y puedan 
degradarse a derivados inertes o 
biodegradables. 
11. Monitorear los procesos químicos 
en tiempo real para evitar la 
contaminación. Debe crearse 
sistemas de control y 
monitorización continuos para 
prevenir la producción de 
sustancias peligrosas durante los 
procesos. 
12. Prevenir accidentes. Diseñar los 
procesos químicos, utilizando 
métodos y sustancias que 
reduzcan los accidentes. 
Por: Paracelso 
Referencias: 
P. Anastas and J. C. Warner, Green Chemistry: Theory and 
Practice; Oxford Science Publications, Oxford, 1998 
 
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l ambiente está en constante 
modificación, positiva o 
negativa, por los cambios que 
pueden ser hechos por los 
humanos o por la naturaleza misma y los 
problemas ambientales que ya todos 
conocemos afectan en gran medida al 
planeta. Es por esto que debemos mejorar las 
condiciones en que el ambiente se encuentra 
y esto podemos lograrlo utilizando 
alternativas a las energías que actualmente 
utilizamos. 
 
Energías Limpias 
Una de estas alternativas son las energías 
limpias o energías renovables. Estas son 
energías que aprovechan los caudales 
naturales de energía del planeta y constituyen 
un gran flujo energético. Una ventaja 
importante con la que cuentan es que no 
generan residuos como consecuencia de su 
utilización. 
En medida de que seamos capaces de utilizar 
las energías limpias en un mayor grado 
reduciremos el impacto negativo al ambiente. 
Por esta razón desdehace ya algunos años se 
han estudiado las diversas formas de 
generación de energía producida por medio 
naturales que son amigables con el ambiente, 
ejemplo de esto son la energía solar y las 
celdas de hidrógeno. 
Biocombustibles 
Los biocombustibles son recursos energéticos 
procesados a partir de materias producidas 
por seres vivos. Pueden ser líquidos, sólidos o 
gaseosos y su finalidad es liberar la energía 
contenida en sus componentes químicos 
mediante una reacción de combustión. 
Existen varios tipos de biocombustibles, a los 
cuales se les clasifica en generaciones de 
acuerdo al insumo o materia prima y a la 
tecnología empleada para producirlos. 
 
Primera Generación 
Algunos de las materias primas son de 
procedencia agrícola y están conformados 
por las partes alimenticias de las plantas, las 
cuales tienen un alto contenido de almidón, 
azúcares y aceites así como grasas animales, 
grasas y aceites de desecho provenientes de 
la cocción y elaboración de alimentos, y 
desperdicios sólidos orgánicos. 
 
 
Los biocombustibles son 
producidos empleando 
tecnología convencional como la 
fermentación (para azúcares y 
carbohidratos), 
transesterificación (para los 
aceites y grasas), y la digestión 
anaerobia (para los desperdicios 
orgánicos). 
 
E 
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 De estos procesos se obtiene etanol, metanol 
y n-butanol (a partir de azúcares), biodiesel (a 
partir de los aceites), y biogás (a partir de los 
desperdicios orgánicos). Las ventajas de estos 
biocombustibles son su facilidad de 
procesamiento y sus bajas emisiones de gases 
de efecto invernadero. 
 
Segunda Generación 
Los insumos son residuos agrícolas y 
forestales compuestos principalmente por 
celulosa. 
Los procesos de producción tienen un nivel de 
complejidad más alto que los de primera 
generación, y como ejemplos destacan la 
sacarificación-fermentación y el proceso 
Fischer-Tropsch. 
Mediante los procesos de segunda 
generación se fabrica etanol, metanol, gas de 
síntesis, biodiesel, 2.5-dimetilfurano (DMF), 
entre otros. 
Tercera Generación 
Las materias primas son vegetales no 
alimenticios de crecimiento rápido y con una 
alta densidad energética almacenada en sus 
componentes químicos, por lo que se les 
denomina “cultivos energéticos”. Entre estos 
vegetales están los pastos perennes, árboles 
y plantas de crecimiento rápido, y las algas 
verdes y verde-azules. 
Los procesos de obtención de 
biocombustibles se encuentran en fase de 
desarrollo, sin embargo, se ha logrado 
producir biodiesel y etanol a nivel planta 
piloto. 
Cuarta Generación 
Los biocombustibles son producidos a partir 
de bacterias genéticamente modificadas, las 
cuales emplean anhídrido carbónico (CO2) o 
alguna otra fuente de carbono para la 
obtención de los biocombustibles. 
A diferencia de las generaciones anteriores, 
en las que también se pueden emplear 
bacterias y organismos genéticamente 
modificados como insumo o para realizar 
alguna parte de los procesos, en la cuarta 
generación, la bacteria es la que efectúa la 
totalidad del proceso de producción de los 
Biocombustibles. 
 
 
 
 
Por Paracelso 
 
 Referencias: 
Asia-Pacific Economic Cooperation (APEC); Biofuels 
Energías Renovables y Eficiencia Energética, 
InstitutoTecnológico de Canarias, S.A., 2008 
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Desde una definición general, el biodiesel 
corresponde a un combustible renovable, 
derivado de lípidos naturales como aceites 
vegetales o grasas animales, obtenido a 
través de un proceso industrial relativamente 
simple de transesterificación del aceite 
vegetal o animal. 
La reacción química de la transesterificación 
como proceso industrial utilizado en la 
producción de biodiesel consiste en tres 
reacciones reversibles y consecutivas. 
El triglicérido (aceite) es convertido 
consecutivamente en diglicéridos, 
monoglicéridos y glicerina. 
 
 
 
 
 
 
Todo este proceso se lleva a cabo en un 
reactor donde se producen las reacciones y en 
posteriores fases la limpieza, separación y 
purificación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Otra alternativa importante para la 
producción de biodiesel, es la utilización de 
aceites usados (como ejemplo podemos citar 
los aceites de fritura), ya que es la materia 
prima más barata y con su utilización, se evita 
la contaminación del ambiente, ya que 
generalmente éstos aceites usados se tiran a 
las redes de drenaje o a las redes de agua, sin 
efectuarles ningún tratamiento previo, siendo 
su destino final los ríos o mares a donde se 
descargan estás redes, con la consiguiente 
contaminación indeseable. 
 
 
 
Por Paracelso 
 
 Referencias: 
Asia-Pacific Economic Cooperation (APEC); Biofuels 
Atlas de la agroenergía y los biocombustibles en las 
Américas: II Biodiésel, IICA, 2010 
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Biogás 
Al igual que para la 
composta, los desechos 
orgánicos se pueden usar para 
producir biogás 
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¿Qué es Biogás? 
El biogás es un gas que se genera en medios 
naturales o en dispositivos específicos, por las 
reacciones de biodegradación de materia 
orgánica, mediante la acción de 
microorganismos en medio anaeróbico (esto 
es en ausencia de oxígeno). 
La producción de biogás por descomposición 
anaeróbica es un modo considerado útil para 
tratar residuos biodegradables ya que 
produce un combustible de valor además de 
generar un efluente que puede aplicarse 
como abono. 
 
Generación del Biogás 
Como el nombre lo indica, el biogás se 
produce en un proceso biológico. Este 
proceso se encuentra ampliamente en la 
naturaleza y ocurre, por ejemplo, en los 
pantanos y en el rumen de los rumiantes. La 
materia orgánica se convierte casi 
enteramente en biogás gracias a la acción de 
una gama de distintos microorganismos. 
 
La mezcla de gases resultantes consiste 
principalmente de metano (50-75 vol. %) y de 
dióxido de carbono (25-50 vol. %) además de 
pequeñas cantidades de hidrógeno, sulfuro 
de hidrógeno, amoníaco y otros gases traza. 
 El proceso por el que se forma el biogás 
puede dividirse en una serie de pasos: 
hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y 
metanogénesis. 
Biogás 
y el uso de residuos orgánicos 
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Hidrólisis 
Durante esta primera etapa, los compuestos 
complejos del material inicial (como 
carbohidratos, proteínas y grasas) se dividen 
en compuestos orgánicos más simples (por 
ejemplo aminoácidos, azúcares y ácidos 
grasos). Las bacterias hidrolíticas que 
participan en esta etapa liberan enzimas que 
descomponen el material por medios 
bioquímicos. 
Acidogénesis 
Los productos intermedios formados durante 
el proceso de hidrólisis se dividen luego 
durante la acidogénesis por medio de 
bacterias fermentadoras para formar ácidos 
grasos más bajos (como acético y butírico) 
junto con dióxido de carbono e hidrógeno. 
Además, también se forma pequeñas 
cantidades de ácido láctico y de alcoholes. 
Acetogénesis 
En la acetogénesis, es decir, la formación de 
ácido acético, los productos de la fase 
anterior se convierten luego por medio de 
bacterias acetogénicas en precursores de 
biogás (ácido acético, hidrógeno y dióxido de 
carbono). 
Metanogénesis 
Durante la fase de la metanogénesis, el ácido 
acético, el hidrógeno y el dióxido de carbono 
se convierten en metano por medio de 
bacterias metanogénicas 
 
 
 
 
 
 
Aprovechamiento de desechos 
Por lo visto anteriormente podemos decir que 
la producción de biogás es una buena manera 
de aprovechar los desechos y residuos de la 
actividad humana y no solo los agrícolas, 
también la basura que se genera en nuestrascasas. 
 
 
 
 
 
 
 Por Paracelso 
 
 
 
Referencias: 
Kaltschmitt, M.; Hartmann, H.: Energie aus Biomasse –
Grundlagen, Techniken und Verfahren; Springer Verlag; 
Berlín, Heidelberg, Nueva York, 2001 
 
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C
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g
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n
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Por medio de la 
electrólisis del 
agua podemos 
obtener hidrogeno y 
utilizarlo como 
fuente de energía 
 
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l hidrógeno, pese a ser el elemento 
más abundante en el universo, no 
es una fuente primaria de energía, 
ya que generalmente se encuentra 
asociado a otros elementos, como es el caso 
del agua donde se encuentra formando una 
molécula con el oxígeno. 
Está siendo considerado mundialmente como 
medio de almacenamiento energético, 
debido a su extraordinaria flexibilidad. 
Además de ser utilizado en pilas de 
combustible, para alimentar motores 
eléctricos, el hidrógeno también puede 
usarse como combustible en turbinas de gas, 
en ciclos combinados o en motores de 
combustión interna en vehículos. 
La primera demostración de una celda de 
combustible fue por el abogado y científico 
William Grove en 1839. 
Para extraer hidrógeno del agua hay que 
descomponer la molécula a través de un 
aporte de energía eléctrica, proceso que se 
lleva a cabo en un electrolizador. 
Posteriormente se almacena el hidrógeno y se 
transporta, en forma de gas, hasta el lugar de 
consumo. Finalmente, se recombina el 
hidrógeno con el oxígeno utilizando pilas de 
combustible, para producir electricidad, calor 
y agua. 
 
 
Electrolizador 
Para entender como la reacción entre el 
hidrógeno y el oxígeno produce una corriente 
eléctrica y de donde vienen los electrones, 
debemos ver las reacciones por separado de 
cada electrodo. 
En el ánodo de la celda, el gas de hidrógeno 
se ioniza y libera electrones y crea iones H+ (o 
protones). 
2H2 → 4H+ + 4e− 
Esta reacción libera energía. 
En el cátodo, el oxígeno reacciona con el 
electrón que toma del electrodo y los iones 
H+ del electrólito para formar agua. 
O2 + 4e− + 4H+ → 2H2O 
 
 
 
Hidrógeno 
Como fuente de Energía 
E 
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Por Paracelso 
Estas reacciones son procesos continuos, los 
electrones producidos en el ánodo pasan a 
través de un circuito eléctrico hacia el cátodo. 
Así mismo, los iones H+ pasan a través del 
electrólito. 
Las celdas de hidrógeno impactan de manera 
positiva el ambiente pues reducen la 
contaminación del aire. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referencias: 
J. Larminie, “Fuel Cell Systems Explained”, 2nd ed., Ed. 
John Wiley & Sons Ltd, 2003 
Energías Renovables y Eficiencias Energéticas, 2008 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
N° 2 
Julio 2019 
 
Comentarios y sugerencias 
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Revista Digital de Divulgación Científica Alquimia. 
Año 1, Numero II. Julio de 2019 
Alquimia