2.6: Química Verde y Química Sintética

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La química sintética es la rama de la ciencia química involucrada en el desarrollo de medios para fabricar nuevos productos químicos y desarrollar formas mejoradas de sintetizar los productos químicos existentes. Un aspecto clave de la química verde es la participación de los químicos sintéticos en la práctica de la química ambiental. Los químicos sintéticos, cuyo principal objetivo siempre ha sido hacer nuevas sustancias y hacerlas más baratas y mejores, han llegado relativamente tarde a la práctica de la química ambiental. Otras áreas de la química han estado involucradas mucho más tiempo en la prevención de la contaminación y la protección ambiental. Desde el inicio, la química analítica ha sido clave para descubrir y monitorear la gravedad de los problemas de contaminación. La química física ha jugado un papel importante en la explicación y modelación de los fenómenos químicos ambientales. La aplicación de la química física a las reacciones fotoquímicas atmosféricas ha sido especialmente útil para explicar y prevenir los efectos químicos atmosféricos nocivos, incluyendo la formación de smog fotoquímicos y el agotamiento del ozono estratosférico. Otras ramas de la química han sido instrumentales en el estudio de diversos fenómenos químicos ambientales. Ahora ha llegado el momento de que los químicos sintéticos, aquellos que fabrican productos químicos y cuyas actividades impulsan los procesos químicos, se involucren íntimamente en hacer que la fabricación, el uso y la eliminación definitiva de los productos químicos sean lo más amigables con el medio ambiente posible.

Antes de que los temas ambientales y de salud y seguridad ganaran su protagonismo actual, los aspectos económicos de la fabricación y distribución de productos químicos eran relativamente simples y directos. Los factores económicos involucrados incluyeron costos de materia prima, requerimientos de energía y comerciabilidad del producto. Ahora, sin embargo, los costos deben incluir los derivados del cumplimiento normativo, la responsabilidad, el tratamiento de desechos al final de la tubería y los costos de eliminación de desechos. Al eliminar o reducir en gran medida el uso de materias primas y catalizadores tóxicos o peligrosos y la generación de intermedios y subproductos peligrosos, la química verde elimina o reduce en gran medida los costos adicionales que se han asociado con el cumplimiento de los requisitos ambientales y de seguridad de fabricación química convencional.

Como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\), existen dos enfoques generales y a menudo complementarios para la implementación de la química verde en la síntesis química, los cuales desafían la imaginación y el ingenio de químicos e ingenieros químicos. El primero de ellos es utilizar las materias primas existentes pero hacerlas mediante procesos más respetuosos con el medio ambiente, “más ecológicos”. El segundo enfoque consiste en sustituir otras materias primas elaboradas por medios respetuosos con el medio ambiente. En algunos casos, se utiliza una combinación de los dos enfoques.

Figura 2.4. Dos enfoques generales para la implementación de la química verde. Los bucles discontinuos de la izquierda representan enfoques alternativos a los medios ambientalmente benignos de proporcionar químicos ya utilizados para la síntesis química. Un segundo enfoque, en su caso, es sustituir materias primas completamente diferentes y ambientalmente más seguras.

Rendimiento y economía atómica

Tradicionalmente, los químicos sintéticos han utilizado el rendimiento, definido como un porcentaje del grado en que una reacción química o síntesis va a completarse para medir el éxito de una síntesis química. Por ejemplo, si una reacción química muestra que se deben producir 100 gramos de producto, pero solo se producen 85 gramos, el rendimiento es de 85%. Una síntesis con un alto rendimiento puede generar cantidades significativas de subproductos inútiles si la reacción lo hace como parte del proceso de síntesis. En lugar del rendimiento, la química verde enfatiza la economía atómica, la fracción de material reactivo que realmente termina en el producto final. Con una economía de 100 por ciento de átomos, todo el material que entra en el proceso de síntesis se incorpora al producto. Para una utilización eficiente de las materias primas, lo más deseable es un proceso de economía de 100% átomos. La Figura 2.7.1 ilustra los conceptos de rendimiento y economía atómica.