Diferencias Q Verde y Q Ambiental, Principios de Q Verde

Vista previa del material en texto

Química Verde: Los 12
Principios
CHEM 3370
Dra. M. Cartagena
Agosto 2020
Diferencias entre Química Verde y Química 
Ambiental
• Química ambiental
• Es la aplicación de la química al estudio de los problemas y a
la conservación del medio ambiente.
• Estudia los procesos químicos que tienen lugar en el:
• suelo (litosfera),
• agua (hidrosfera),
• aire (atmósfera)
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 2
Diferencias entre Química Verde y Química 
Ambiental
• Química Verde
• Se centra en las reacciones y procesos que se llevan a cabo
en la industria química e industrias afines.
• Se define como la aplicación de la ciencia y la manufactura
química de una manera sostenible o sustentable, segura no
contaminante y que consuma cantidades mínimas de
materiales y energía.
• Requiere el desarrollo de metodologías para modificar la
naturaleza de los productos o procesos para reducir los
riesgos que estos representan para la salud y el medio
ambiente.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 3
Diferencias entre Química Verde y Química 
Ambiental
• Química Verde
• Se enfoca en los procesos químicos para reducir o eliminar:
• intermediarios (productos de reacciones que son material de
partida para obtener el producto principal en síntesis
subsecuentes)
• productos secundarios (sustancias que se obtienen en un
proceso, cuyo valor o utilidad es menor)
• residuos (sustancias no aprovechables) en las reacciones
involucradas en un proceso.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 4
• Química Ambiental
• busca la solución a los problemas de contaminación presentes.
Eliminación de contaminantes que ya están en la naturaleza.
• Química Verde
• evita, en la medida que sea posible, la generación de productos
peligrosos.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 5
Diferencias entre Química Verde y Química 
Ambiental
Entonces…
¿Qué es “Green Chemistry”? 
• Anastas y Warner, en el 1998, lo definieron como:
• El diseño de productos y procesos químicos que son más
ambientalmente benignos y reducen impactos negativos a la
salud humana y al ambiente.
• Se basa en el uso de unos principios básicos que reducen o
eliminan el uso o generación de sustancias peligrosas en el
diseño, manufactura y aplicación de productos químicos.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 6
¿Porqué necesitamos la Química Verde?
• La química es sin duda una parte muy importante y prominente en
nuestra vida diaria.
• El desarrollo químico trae nuevos problemas ambientales y efectos
secundarios inesperados, lo que resulta en la NECESIDAD de crear
productos químicos sin afectar al ser humano ni al medio
ambiente.
• Por ejemplo, el pesticida DDT.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 7
Beneficios de la Química Verde
• Elegancia sintética
• Eficiencia
• Economía de átomo vs. rendimiento
• Riesgos vs. exposición
• Inovación
• Reducción del costo total Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 8
Metas de la Química Verde
1. Reducir el impacto adverso al medio ambiente, y tratar la elección
apropiada e inovadora de materiales y su transformación química.
2. Desarrollar procesos basados en materiales renovables y no en
materiales no renovables.
3. Desarrollar procesos que estén menos propensos a liberar
químicos desagradables, fuegos y explosión.
4. Minimizar los productos secundarios en transformaciones químicas
por el re-diseño de reacciones y secuencias de reacciones.
5. Desarrollar productos que sean menos tóxicos.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
9
Metas de la Química Verde
6. Desarrollar productos que se degraden más rápidamente que los
productos presentes en el medio ambiente.
7. Reducir los requisitos de solventes persistentes peligrosos y
extractantes en procesos químicos.
8. Mejorar la eficiencia energética por el desarrollo de bajas
temperaturas y presiones bajas usando nuevos catalíticos.
9. Desarrollar métodos eficientes y fiables para monitorear los
procesos para mejorar los controles.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 10
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 11
12 Principios de la Química Verde
1. Prevención – es mejor evitar la formación de residuos que tratarlos o
limpiarlos después de que se hayan formado.
• La química verde se ocupa de que no se generen esos residuos.
• Ejemplo:
• si se incorporan la mayor cantidad de los reactivos, en los productos, se
producirán menos residuos;
• si trabajamos con sustancias no tóxicas y producimos sustancias no tóxicas
no tendremos residuos tóxicos para limpiar;
• si no usamos solventes o utilizamos solventes inocuos luego no tendremos
que buscar la forma de eliminar los residuos generados por dichos
solventes. Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 12
12 Principios de la Química Verde
2. Economía de átomo– los
métodos de síntesis deberían
diseñarse para maximizar la
incorporación de todos los
materiales utilizados en el
producto final.
• Economía de átomo responde a la
pregunta: ¿qué átomos de los
reactantes están incorporados en el
producto final deseado y qué átomos
son productos secundarios?
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 13
12 Principios de la Química Verde
• Tradicionalmente, la eficiencia de una reacción se mide calculando
el porciento de rendimiento de una reacción.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
14
12 Principios de la Química Verde
• Asumamos que la siguiente reacción de sustitución la obtenemos con 100%
de rendimiento. Aunque esto fuera así, podríamos obtener mayor
información sobre la eficiencia de la reacción si calculamos el porciento de
economía de átomo (%EA).
% EA = (MW producto deseado/MW todos reactantes) X 100
% EA = (137/275) X 100 = 50%
• Si el porciento de rendimiento es 100%, solamente la mitad de los átomos
reactantes se incorporaron para formar el producto deseado, mientras que
el otro 50% fueron productos secundarios no deseados.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 15
74g/mol 103g/mol 98g/mol 137g/mol
¿Es verde la reacción?
En esta reacción el producto deseado es H2.
C + 2H2O CO2 + 2H2
12 18 44 2
Tome en consideración la cantidad de moles reactantes y producidos. 
C + 2H2O CO2 + 2H2
C = 1 x 12 = 12g/mol CO2 = 1 x 44 = 44g/mol 
H2O = 2 x 18 = 36g/mol H2 = 2 x 2 = 4g/mol
12 Principios de la Química Verde
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
16
Economía de átomo = masa del producto deseado/ masa total de 
reactantes x 100 
= 4/(48) x 100 = 8.3%
Masa total de reactantes = 12 + 36 = 48g/mol
• ¿Cuál es la economía de átomo de la siguiente reacción para
producir agua?
CH4(g) + 2O2(g) 2H2O(g) + CO2(g)
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 17
12 Principios de la Química Verde: Ejercicio
economía de átomo
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
18
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
19
12 Principios de la Química Verde: Ejercicio economía de 
átomo (Asignación, entregar por blackboard)
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 20
12 Principios de la Química Verde: Ejercicio economía de 
átomo (Asignación, entregar por blackboard)
Economía de átomo vs. 
Porcentaje de rendimiento
Atom Economy Porcentaje de rendimiento
La economía del átomo es la 
determinación de la eficiencia de una 
síntesis química con respecto a los átomos 
utilizados durante la reacción de síntesis.
El rendimiento porcentual es el rendimiento 
real obtenido de una reacción de síntesis 
química, con respecto al rendimiento 
teórico.
Propósito
La economía del átomo se calcula para 
estimar la eficiencia de un proceso y para 
determinar el desperdicio de átomos.
El rendimiento porcentual se calcula para 
determinar la cantidad de producto dado 
prácticamente en comparación con las 
expectativas teóricas.
Cálculo
La economía del átomo se calcula 
dividiendo la masa molar del producto 
deseado por la masa molar de todos los 
reactivos
El rendimiento porcentual se calcula 
sumergiendo el rendimiento real del 
producto a partir del rendimiento teórico del 
producto.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 21
12 Principios de la Química Verde
3. Síntesis químicas menos tóxicas - siempre
que sea posible, las metodologías sintéticas
deberíandiseñarse para usar y generar
sustancias con poca o ninguna toxicidad para
la salud humana y el medio ambiente.
• Ejemplo: uso del DDT
(diclorofeniltricloroetano). La Organización
Mundial de la Salud (OMS), considera que el
DDT ha contribuido a salvar millones de
vidas, junto con otros insecticidas, sin
embargo, se descubrió que el DDT es tóxico
para numerosas especies de peces, aves y el
ser humano.
• En 1972 se prohibió su uso en Estados
Unidos.
• En los intentos por sustituir el DDT se ha
encontrado la espinosina, un insecticida
obtenido a partir de una bacteria, la
Saccharopolyspora spinosa (LópezGressa,
2006: 18).
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
22
12 Principios de la Química Verde
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
23
12 Principios de la Química Verde
4. Diseñar químicos más seguros - los
productos químicos deberían diseñarse
para mantener la eficacia de su función,
a la vez que reducen su toxicidad.
• Productos que a pesar de ser eficaces no
sean tóxicos a corto o largo plazo para los
seres vivientes o el ambiente pero que
sean efectivos para la aplicación deseada.
• La toxicidad y la ecotoxicidad son
propiedades de los productos.
• Inflamabilidad
• Se han desarrollado polímeros menos
inflamables que retienen sus propiedades.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 24
12 Principios de la Química Verde
5. Reducción del uso de sustancias
auxiliares - el empleo de sustancias
auxiliares (como disolventes, agentes
de separación, etc.) debería evitarse en
lo posible, y ser inocuo cuando se
empleen.
• En los procesos químicos se debe utilizar
la menor cantidad posible de sustancias
auxiliares y solventes. Si hay que
utilizarlos optar por los que sean lo
menos contaminantes posible.
• Se puede tratar que alguno de los
reactivos actúe como solvente o utilizar
solventes inocuos como solventes en
estado supercrítico y el uso de líquidos
iónicos.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
25
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
26
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 27
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 28
12 Principios de la Química Verde
6. Reducción del consumo energético -
el impacto medioambiental y
económico de los requerimientos
energéticos debe ser reconocido y
minimizado. Los métodos sintéticos
deberían aplicarse a presión y
temperatura ambiente.
• Se debe buscar procesos químicos
que puedan realizarse con el menor
gasto de energía posible.
• Las biotransformaciones, procesos
químicos catalizados con enzimas,
son de los recursos más utilizados
por la química verde ya que permiten
cumplir con varios principios siendo
uno de ellos este.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 29
• Uso de equipo de destilación,
microondas, gas natural y otras
fuentes de energía renovable.
12 Principios de la Química Verde
7. Uso de materias primas renovables -
deben utilizarse materias primas
renovables siempre que sea técnica y
económicamente viable.
• Utilizar materias primas renovables para
la generación de energía y nuevos
materiales.
• Por ejemplo, para la producción de
energía es posible realizarlo a partir de
biocombustibles. Éstos se pueden
generar de materias primas de origen
vegetal, sin que compitan con la
producción de alimentos. Utilizar
desechos agrícolas posible utilizarlos para
producir biogas.
• Producción de biodiesel a partir de algas.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 30
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 31
12 Principios de la Química Verde
Uso de materias primas renovables 
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
32
12 Principios de la Química Verde
Uso de materias primas renovables – levulinic acid as a 
platform material 
12 Principios de la Química Verde
8.Reducción de la derivatización innecesaria - la
derivatización innecesaria (grupos
bloqueadores, etapas de
protección/desprotección, modificaciones
temporales) debe evitarse en la medida de lo
posible ya que estos pasos requieren reactivos
adicionales y pueden generar desperdicios.
• En química orgánica, por ejemplo, en algunas
ocasiones se protegen grupos funcionales para
que no intervengan en una reacción mientras se
hace reaccionar otro grupo activo que se
encuentra en la misma molécula.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
33
• También se sustituye un grupo especialmente inerte frente a un reactivo, por otro
grupo más activo.
• Cuantas más etapas tenga un proceso, menor será su economía atómica.
• Todas las sustancias auxiliares que se utilicen aparecerán como desechos.
• Cada etapa adicional implica procedimientos con mayor gasto de energía y
mayores riesgos para los trabajadores.
• Ejemplo: Síntesis de Ibuprofeno
12 Principios de la Química Verde
9. Uso de catalizadores - los
reactivos catalíticos (tan
selectivos como sea posible)
son superiores a los reactivos
estequiométricos.
• Reduce energía necesaria
• Aumenta la eficiencia
• Reduce la formación de 
productos secundarios
• Biocatalíticos (enzimas)
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
34
12 Principios de la Química Verde
10. Diseño para la degradación - los productos
químicos deben diseñarse de forma tal que al
final de su función no persistan en el entorno
y se degraden en productos inocuos (no
dañinos para el ser humano).
• Ejemplo:
• Insecticidas naturales (se degradan
fácilmente luego de matar los
insectos)
• Detergentes biodegradables
• Los polímeros biodegradables
provienen de materias primas
renovables, ya que son obtenidos a
partir de vegetales como por
ejemplo el polímero obtenido a
partir del 1,3-propanodiol obtenido
del maíz.Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 35
12 Principios de la Química Verde
11. Desarrollo de tecnologías analíticas
para la monitorización en tiempo
real - deben desarrollarse
metodologías analíticas que
permitan el seguimiento y control de
procesos en tiempo real, antes de
que se formen sustancias peligrosas.
• Se debe verificar el progreso de la
reacción a medida que va ocurriendo la
reacción.
• Conocer cuando se ha obtenido el
producto deseado puede minimizar la
cantidad de desperdicios generados,
tiempo y energía.
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370
36
12 Principios de la Química Verde
12. Minimización del riesgo de
accidentes químicos - las sustancias
químicas y las formas en que se
usan dichas sustancias en un
proceso químico deben escogerse
para minimizar el potencial de
accidentes químicos, incluyendo
vertidos, explosiones e incendios.
• Este principio se cumple en gran medida
al cumplir con los otros.
• Si los trabajos se hacen con sustancias
no tóxicas, si los solventes volátiles y
combustibles han sido sustituidos por
otros, si se trabaja a temperatura y
presión ambiente, ya se han minimizado
la mayoría de los riesgos de accidentes
que lleva implícito el trabajo en química.Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 37
Resumen de los 12 principios de la 
Química Verde
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 38
Formas de 
contacto
Dra. M. Cartagena, CHEM 3370 39
Mensajería de Blackboard
Correo electrónico 
mcartagena@br.inter.edu
Horas de oficina a través 
de Salas Virtuales
mailto:mcartagena@br.inter.edu