4.6: enlaces covalentes y química verde

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La naturaleza de los enlaces covalentes está fuertemente relacionada con la química verde. Algunas razones por las que esto es así incluyen las siguientes:

• Los enlaces de alta energía en las materias primas requieren mucha energía y condiciones severas, como las de temperatura y presión, para desarmar en la síntesis

• Los enlaces especialmente estables pueden hacer que las sustancias sean indebidamente persistentes en el ambiente.

• Los enlaces relativamente débiles pueden permitir que las moléculas se separen con demasiada facilidad, contribuyendo a especies reactivas en la atmósfera o en sistemas biológicos.

• Los enlaces inestables o arreglos de enlaces pueden llevar a una reactividad excesiva en los productos químicos haciéndolos propensos a explosiones y otros peligros.

• Algunos arreglos de enlaces contribuyen a la toxicidad química.

Un ejemplo de una sustancia que tiene una estabilidad de unión muy alta, lo que la convierte en una fuente de materia prima intensiva en energía es N ₂. Como se mencionó anteriormente, se requieren grandes cantidades de energía y condiciones severas para desarmar esta molécula en la síntesis de amoníaco, NH ₃, el compuesto que es la base de la mayoría de los compuestos sintéticos de nitrógeno. Como se discutió con el nitrógeno en la Sección 2.5, las bacterias Rhizobium que crecen en las raíces de plantas leguminosas como la soja convierten el N ₂ en nitrógeno químicamente fijado. La cantidad de nitrógeno fijada por esta ruta totalmente verde es sin duda una adición bienvenida a la piscina de nitrógeno fertilizante.

Un ejemplo de un compuesto en el que los enlaces especialmente estables contribuyen a la persistencia y último daño ambiental es el diclorodifluorometano, Cl ₂ _{CF 2}, un clorofluorocarbono implicado en la destrucción del ozono estratosférico (ver Capítulo 3, Sección 3.5, y Capítulo 10). Los enlaces químicos en este compuesto son tan fuertes que nada los ataca hasta que la molécula haya penetrado muchos kilómetros de altura en la estratosfera donde la radiación ultravioleta extremadamente energética rompe el enlace C-Cl en la molécula. Esto produce Clatomos que provocan la destrucción del ozono estratosférico protector.

Una condición algo opuesta ocurre en el caso del dióxido de nitrógeno atmosférico, NO ₂, cerca del nivel del suelo en la atmósfera. Aquí el enlace NO es relativamente débil de modo que la radiación ultravioleta de relativamente baja energía (\(h \nu\)) que está cerca de la longitud de onda de la luz visible y penetra a la atmósfera a o cerca del nivel del suelo puede romper NO ₂, moléculas:

\[NO_{2} + h \nu \rightarrow NO + O\]

Los átomos de O liberados son muy reactivos e interactúan con hidrocarburos contaminantes, como los de la gasolina, en la atmósfera dando como resultado la desagradable condición de smog fotoquímico.

Algunos arreglos de unión son notables por inestabilidad. Estos incluyen enlaces en los que dos átomos de N son adyacentes o muy cercanos en una molécula y están unidos con dobles enlaces. También se incluyen disposiciones de desafío en las que los átomos de N y O son adyacentes y también están presentes dobles enlaces.

La presencia de algunos tipos de enlaces en las moléculas puede contribuir a su reactividad bioquímica y, por tanto, a su toxicidad. Un compuesto orgánico con uno o más dobles enlaces C=C en la molécula suele ser más tóxico que una molécula similar sin tales enlaces.

Al evitar la generación, el uso o la liberación al ambiente de compuestos con los tipos de enlaces descritos anteriormente como parte de un programa de química verde, la práctica de la química y la industria química pueden hacerse mucho más seguras. La química verde también considera enlaces que pueden tener que ser protegidos en la síntesis química. A menudo se deben agregar etapas para unir grupos protectores a grupos de unión para evitar que reaccionen durante una etapa de una síntesis. Después de realizar la etapa deseada, se deben eliminar los grupos protectores para dar el producto final. Los materiales se consumen y se generan subproductos por estos pasos, por lo que la práctica de la química verde intenta evitarlos siempre que sea posible.