La materia orgánica y los combustibles fósiles

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Portadas cn1 - modulo 4.ai 1 10-11-11 13:39DE_3324_T4_T1_m2.indd 1 05-12-12 20:553Gua didctica para el docentePresentacinPara el Ministerio de Educacin, es muy gratificante poner a disposicin de docentes y estudiantes de la modalidad flexible de nivelacin de estudios, materiales educativos de apoyo para el aprendizaje, en la Educacin Media.Tanto la Gua de apoyo pedaggico para el docente como las Guas de aprendizaje para el alumno fueron elaboradas de acuerdo con las exigencias curriculares que orientan la enseanza de las personas jvenes y adultas que nivelan estudios en modalidad regular y/o flexible.Terminar la Enseanza Media es un gran paso para todas aquellas personas que no han completado sus 12 aos de escolaridad. Finalizado este proceso de aprendizaje, tendrn la oportunidad de optar por nuevos y mejores caminos en lo que se refiere a la familia, el trabajo o la continuacin de sus estudios.Nuestro compromiso es proporcionar un servicio educativo de calidad, con materiales adecuados, pertinentes y motivadores, que permitan que todas aquellas personas jvenes y adultas que por diferentes circunstancias no han completado su escolaridad, puedan hacerlo.4Unidad 15NDICE Mdulo 4 Materia y entorno: La materia orgnica y los combustibles fsilesUnidad 1La materia orgnica y el tomo de carbonoLos compuestos orgnicos 10Estamos hechos de carbono? 11Propiedades del carbono 12Los hidrocarburos 14Grupos funcionales 20Sntesis de la unidad 24Bibliografa 266Unidad 2Energa y combustibles fsilesQu caractersticas tienen los combustibles fsiles y qu usos les damos hoy da? 32 Usos del carbn 34El gas natural, el combustible del siglo XXI? 36Electricidad del gas natural 38Petrleo, el oro negro 39La combustin de los hidrocarburos 42Los alimentos y la combustin en los seres vivos 47Sntesis de la unidad 50Bibliografa 52Unidad 17Energa y motor, foto G. Schouten de Jel, Holanda, 2008.8Unidad 1La materia orgnica y el tomo de carbonoDiamante, el elemento carbono sin impurezas, foto W. Dinkel, Holanda, 2007.Unidad 19La materia orgnica y el tomo de carbonoSituemos el temaLa materia, que forma parte de los seres vivos, es una combinacin de com-puestos orgnicos (protenas, lpidos, azcares, etc.) y de compuestos inor-gnicos (agua, sales minerales). La principal caracterstica de un compuesto orgnico es el estar conformado principalmente por carbono. Sin embargo, no slo en un organismo vivo hay compuestos orgnicos; en nuestro entorno existe una cantidad in nita de materiales orgnicos: la computadora est hecha de este tipo de material, la pintura de su casa, el colchn de nues-tra cama, la tela de la ropa que vestimos, los platos desechables, los vasos plsticos, la locin o perfume, el jabn lquido, el combustible que utiliza un automvil, el gas que utilizamos en la cocina, etc. Actualmente, hay ms de trece millones de compuestos orgnicos conocidos, y los cient cos de todo el mundo intentan obtener nuevos compuestos orgnicos con propiedades que puedan ser utilizadas en la industria farmacutica, entre otras. Entre los usos que el ser humano le ha dado a los compuestos orgnicos se encuentra la alimentacin, donde se utilizan estos compuestos como vi-taminas y protenas para enriquecer la leche, los cereales, y muchos otros alimentos de consumo diario. En la industria farmacutica, estos compuestos se extraen de las plantas ya que tienen propiedades curativas, por ejemplo, la manzanilla. Tambin se usan compuestos orgnicos en la produccin de gasolina, diesel, plsticos y llantas, entre otros. Sin embargo, uno de los compuestos orgnicos ms utilizado en la industria es el petrleo, que est formado por los restos de animales y vegetales que quedaron atrapados en las capas del subsuelo. 10Al igual que toda la materia que nos rodea, el ser humano tambin est constituido por tomos, los que se organizan en diferentes tipos de molculas de acuerdo al tipo de tejido u rgano que conforman. Por otra parte nuestro cuerpo, al igual que otros organismos vivos, es capaz de producir compues-tos que emplea para sus funciones vitales y desarrollo. La produccin de estos compuestos se realiza mediante complejos procesos que se ven favorecidos por la participacin de un tipo de tomo muy especial: el carbono. Tal como veremos en esta unidad, este tomo presenta ciertas caractersticas que le permiten combinarse de las ms variadas formas.Los compuestos orgnicosUna gran parte de las sustancias que componen a los seres vivos corresponden a compuestos orgnicos, que a su vez, estn constituidos principalmente por tomos de carbono (C). Es decir, plantas, animales y microorga-nismos estn hechos, entre otras cosas, de materia orgnica. Antiguamente, los cient cos pensaban que slo en los organismos vivos se producan este tipo de com-puestos, de ah que se les diera el nombre de org-nicos. Sin embargo, debido a las amplias posibilida-des de combinacin que presenta el carbono, se han sintetizado arti cialmente innumerables compuestos orgnicos, a los cuales se les da los usos y aplicacio-nes ms variadas, como jabones, champs, plsticos, medicinas y diversos utensilios.Recuerde que un compuesto qumico o sustancia compuesta, es una sustancia formada por ms de una clase de tomos o entre dos o ms elementos diferentes. Unidad 111Estamos hechos de carbono? En realidad no. Al igual que toda la materia viva, estamos constituidos por un gran nmero de molculas que tienen como base principal al car-bono, pero que tambin contienen otro tipo de tomos como el hidrgeno y el oxgeno. Lo que s es cierto, es que los compuestos orgnicos son esenciales para la vida.Los millones de compuestos orgnicos conoci-dos, tienen como base el carbono; sin embargo, presentan propiedades muy distintas, de acuer-do a la forma como se estructuran sus molcu-las en torno al tomo de carbono.Tubos plsticos, foto Kyb McLeod, Victoria, Australia.12Propiedades del carbono Qu es lo que le permite al carbono combinarse de tantas formas diferentes? El tomo de carbono tiene un nmero atmico igual a 6, es decir, posee seis protones en el ncleo y seis electrones orbitando en torno a dicho ncleo. De es-tos electrones, cuatro corresponden a electrones de valencia, de tal forma que un tomo de carbono pue-de formar simultneamente cuatro enlaces con cuatro tomos diferentes. Esto es lo que le permite formar una gran cantidad de compuestos diferentes con pro-piedades tambin diferentes.tomo de carbono. www.uhu.es/Sin embargo, una de las caractersticas ms relevantes del carbono es la capacidad de unirse consigo mismo y con tomos de otros elementos, formando cadenas largas y estables, ciclos o anillos. Unidad 113En efecto, los tomos de carbono pueden unirse en-tre s formando cadenas de miles de tomos o anillos de todos los tamaos imaginables. Del mismo modo, estas cadenas y anillos pueden tener rami caciones y uniones cruzadas, aumentando as las posibilidades de producir compuestos diferentes.Molcula con tomo central de carbono. www.sciencelearningcentres.org.uk/14Tipos de cadena en compuestos de carbono Debido a las diferentes formas que tienen los tomos de carbono de unirse entre s, de modo natural, el carbono puede presentarse de diversas maneras, siendo las ms comunes el carbono blando y amorfo (gra to) y el carbono en estado crista-lino, formando el duro diamante.Los hidrocarburos El metanoDesde el punto de vista de su estructura, algunos de los compuestos org-nicos ms simples que se conocen son los hidro-carburos, formados por tomos de carbono e hi-drgeno. El hidrocarburo ms sencillo es el meta-no, que contiene un slo tomo de carbono enla-zado a cuatro tomos de hidrgeno:Molcula de metano. www.autotecnicatv.com.ar/Frmula estructuralCH4Unidad 115El metano es una sustancia que se presenta en forma de un gas a temperaturas y presiones normales, y es e l principal componente del gas natural. En la naturaleza se produce como producto nal de la putrefaccin de las plantas; es e l que l lega a las casas o e l que se usa para los automviles. Se obt iene de la extraccin del gas natural o del petrleo. Su uso principal es la combust in.Flama de gas metano, foto Ludo 85, 2007. El etanoOtro hidrocarburo importante y al mismo tiempo co-mn, es el etano, cuya molcula es un poco ms com-pleja que el metano. sta contiene dos tomos de car-bono enlazados entre s, y al mismo tiempo, con otros tomos de hidrgeno.16Etano, modelo espacial.Transporte de gas natural comprimido, Foto Turner Images, 2008.Al igual como ocurre con el metano, e l e tano se encuentra en estado gaseoso en condiciones ambientales normales. Es uno de los componentes del gas natural y const ituye un excelente combust ible ut ilizado en el mbito automotriz.Frmula estructuralCH3 CH3El hexano es un lquido incoloro muy in amable, se obt iene del petrleo y se ut iliza como disolvente para pinturas y otros usos industriales.Unidad 117 Cadenas largas de carbonoTal como hemos sealado, el tomo de carbono pre-senta posibilidades casi ilimitadas de combinacin. Un ejemplo de ello son las cadenas largas de hidrocar-buros, que estn formadas en torno a una larga serie de tomos de carbono unidos linealmente. Un buen ejemplo de estas estructuras lineales la constituye el hidrocarburo llamado hexano, que est formado por una cadena lineal de seis tomos de carbono enlaza-dos entre s.Frmula estructural del hexanoCH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3Hexano: es un hidrocarburo lineal , formado por una larga cadena de 6 carbonos.Modelo espacial del hexano18 AnillosOtra forma en que se estructuran los hidrocarburos son los anillos. stos son estructuras cerradas forma-das de tomos de carbono que se enlazan entre s. A los compuestos que tienen este tipo de estructura se les llama aromticos ya que poseen un olor caracte-rstico.El benceno, de frmula molecular C6H6, es un com-puesto con forma de anillo (se le llama anillo benc-nico) y en l, cada tomo de carbono ocupa el vrtice de un hexgono regular.El benceno es un lquido incoloro de aroma dulce y sabor ligeramente amargo. Se evapora al aire rpidamente y es poco soluble en agua. Es sumamente in amable y se forma tanto en procesos naturales como en act iv idades humanas.Algunas industrias usan el benceno como punto de part ida para manufacturar otros productos qumicos usados en la fabricacin de plst icos, nylon y bras sintt icas. Tambin se usa benceno para hacer ciertos t ipos de gomas, lubricantes, t inturas, detergentes, medicamentos y pest icidas. El benceno es tambin un componente natural del petrleo crudo, gasolina y humo del cigarril lo.Frmula del benceno.El humo del cigarro contiene benceno.Unidad 119Actividad para discutir y trabajar en clase1. Complete las a rmaciones de la derecha, relacionadas con el concepto de la izquierda:Carbono En la naturaleza, cuando se encuentra en estado ____________, puede ser de manera amorfa como el _______________ o de manera _____________ como el diamante.Hidrocarburos Son los compuestos de carbono ms _____________ que hay en la naturaleza; pueden presentar es-tructuras en forma de _______________ , como el hexano o en forma de ______________, como el ________________tomo de carbono Permite una gran cantidad de ___________ con otros tomos, ya que posee ____________ de valencia que le permiten formar igual nmero de ______________ ______________.20Grupos funcionalesTal como lo hemos sealado, los compuestos org-nicos no slo son los hidrocarburos sino que existen millones de posibles combinaciones entre los to-mos de carbono y otros elementos. Dentro de los compuestos, existen dos grandes grupos llamados funcionales. Las caractersticas de los compuestos de uno u otro grupo, estn determinadas por la pre-sencia de oxgeno (compuestos oxigenados) o de nitrgeno (compuestos nitrogenados).Dentro de los compuestos oxigenados estn los al-coholes y los cidos, mientras que las aminas (sus-tancias muy utilizadas en medicina) corresponden a un tipo de compuestos nitrogenado.Botellas de cerveza, foto Matthew Bowden, Reino Unido, 2006.Unidad 121AlcoholesLos alcoholes se caracte-rizan porque adems de poseer tomos de carbo-no, contienen un tomo de oxgeno enlazado a un tomo de hidrgeno (-OH). Aunque nos pa-rezca increble, la sola presencia de este oxge-no cambia totalmente las propiedades del compues-to. Por ejemplo, el etano (que es un hidrocarburo con dos carbones) es un gas a temperatura am-biente; sin embargo, al agregarle un oxgeno, formamos el etanol o al-cohol etlico (alcohol de dos carbones), que es un lquido.Mural al vino, textura de Ninian Lif, foto Maureen F., 2008.El etanol , es e l alcohol que se bebe comnmente; es e l ingrediente act ivo en las bebidas "alcohlicas" como la cerveza y el v ino. Modelo espacial del etanolFrmula estructural del etanolCH3 CH2 OH22Frmula estructural de la glucosa: cada vrt ice del hexgono contiene tomos de carbono, excepto e l del vrt ice superior derecho que contiene un tomo de oxgeno (O)CarbohidratosUno de los compuestos orgnicos esenciales para nues-tra existencia son los carbohidratos; los encontramos en el pan, el pltano, las legumbres, la carne, y prctica-mente en todos los alimentos que consumimos. Estos compuestos, corresponden a biomolculas formadas de carbono, hidrgeno y oxgeno. Los carbohidratos son macromolculas formadas por unidades estructurales que se repiten; estas unidades se conocen como mo-nosacridos. Los monosacridos pueden ser azcares de cinco carbonos (pentosas) o seis carbonos (hexo-sas). Un monosacrido muy comn es la glucosa cuya frmula qumica es (C6H12O6). La frmula estructural de este monosacrido se incluye a continuacin:Modelo espacial de la glucosa.Modelo molecularLa molcula de la imagen es la molcula de la glucosa. Consiste en seis tomos de carbonos (azul), 12 Hi-drgenos (amarillo), y 6 tomos de oxgeno (blanco). Esto da la frmula qumica C6H12O6.La glucosa es un monosacrido muy comn que se uti-liza para la respiracin celular entre otras cosas; son fuentes importantes de energa para el cuerpo. Normal-mente se los encuentra en las partes estructurales de los vegetales y tambin en los tejidos animales.Manzanas, foto Vic Lic, 2006.Frmula estructural de la glucosaUnidad 123La comida es el combus-tible que le brinda ener-ga al cuerpo humano y le posibilita trabajar. Las cantidades adecuadas son esenciales para un funcionamiento normal. Algunos alimentos pro-veen ms energa que otros; algunos la proveen rpidamente y otros la li-beran lentamente dentro del sistema. Esta energa es utilizada para realizar ejercicios musculares y para mantener la tempe-ratura corporal. Los carbohidratos son la fuente de energa ms importante de la dieta y la mayora proviene de los vegetales y de los cereales. Se encuentran por ejemplo en el azcar, papa, durazno, pan, pas-ta, arroz, lenteja, banana, ajo y nuez, entre otros. Papas, foto Vic Lic, 2006.24Sntesis de la unidadLa materia viva en general, est formada por compuestos constituidos esencialmente por tomos de carbono. Estos compuestos, denominados compuestos orgnicos, no slo forman la materia viva sino que, adems, son la base de innumerables sustancias empleadas en la industria, en la alimentacin, en los medicamentos, etc.Los compuestos orgnicos ms simples son los hidrocarburos (con hi-drgeno), cuyos principales usos corresponden a combustibles. Los hi-drocarburos se forman de manera muy sencilla con uno o dos tomos de carbono (como en el metano o etano), o bien en estructuras un poco ms complejas, en cadenas o anillos.Adems, si un hidrocarburo se une a otros elementos como el oxgeno o el nitrgeno, da lugar a grupos funcionales con propiedades espec cas y totalmente diferentes a los anteriores, como por ejemplo, los cidos o las aminas, que son los compuestos orgnicos ms abundantes de la biosfera y, a su vez, los ms diversos. Normalmente, se los encuentra en las partes estructurales de los vegetales y tambin en los tejidos anima-les, como la glucosa. stos sirven como fuente de energa para todas las actividades celulares vitales. Lechugas, foto Vic Lic, 2006.Unidad 125Autoevaluacin1. Por qu razn pueden existir tantos tipos de compuestos orgnicos diferentes?2. Cul es la diferencia entre el alcohol y el hi-drocarburo?3. De acuerdo a la siguien-te frmula estructural de un hidrocarburo li-neal, dibuje su frmula espacial (puede guiar-se por la estructura del hexano). CH3 CH2 CH2 CH326Bibliografa Candel A., Satoca J., Soler J. B., Tent J. J., Fsica y qumica bachillerato 2, Madrid, Anaya, 1990. , Fsica y qumica bachillerato 3, Madrid, Anaya, 1990. Arriola A., del Barrio J. I., Caas A., Fernndez R. D. y otros, Fsica y qumica energa 2, Madrid, S. M., 1992. , Fsica y qumica energa 3, Madrid, S. M., 1992. Mora C., Daniel Marambio M., Leonor, Rojas S. Mara Soledad, Di Cosmo T., Mario, Qumica 2, Santiago de Chile, Ed. Santillana, 2005. Contreras, Martn, Letelier, Ricardo, Rojas, M-nica, Von Marttens, Hernn, Ciencias naturales, qumica 2 ao medio, Santiago de Chile, Ed. McGraw-Hill, 2003-2004. Santamara, Francisco, Qumica general, Santia-go de Chile, Ed. Universitaria, 2006. Grupo Ocano, Qumica (Atlas visual Ocano), Mxico, Ed. Ocano, 2004. Hewit, Paul G., Fisica Conceptual 2 edicin, Mxico, Prentice Hall, 1999. MacDonald, Simon G., Fsica para las ciencias de la vida y de la salud, Mxico, Fondo Educativo Interamericano, 1978. Chow Pangtay, S., Petroqumica y sociedad, Mxi-co, Fondo de Cultura Econmica, 2000. Chang, Raymond, Qumica 1 edicin, Mxico, McGraw-Hill, 1992.Unidad 127Puerros, foto Vic Lic, 2006.28Energa y combustibles fsilesUnidad 2Lmpara a petrleo, foto Sophie, Canad.Unidad 229Energa y combustibles fsilesSituemos el temaCunto petrleo queda en el mundo?Esta pregunta despierta peridicamente el inters del ciudadano, y ms an cuando una crisis como la de Irak salta a los medios de comunicacin.Segn diversos estudios, en el ao 2002, quedaban en el mundo entre 990.000 millones y 1,1 billones de barriles de crudo por extraer. Esto signi ca que al ritmo actual de consumo mundial, estas reservas se agotaran hacia el ao 2043, fecha que podra ser ms cercana si el consumo de energa aumentara, como se estima que ocurra por parte de los pases en vas de desarrollo. Sin embargo, estas previsiones no incluyen el hallazgo de nuevos pozos o la po-sibilidad de extraer petrleo de zonas que en la actualidad son consideradas reservas naturales y, por lo tanto, no perforables. La dependencia del petrleo de nuestra sociedad queda patente con el si-guiente dato: en 1880, la produccin mundial, localizada casi por completo en Estados Unidos, era inferior al milln de toneladas. Hoy, la produccin supera los 3.500 millones de toneladas. Por qu sube el precio del petrleo? La razn principal se encuentra en el tradicional jue-go de la oferta y la demanda. Al tratarse de una energa agotable cuyo consumo es ms intensivo en momentos de auge econmico, la demanda pre-siona sobre la oferta y sube los precios. A la ley del mercado hay que aadirle la presin de los pases miembros de la OPEP, que reducen o aumentan la produccin de crudo segn sus intereses. Para una mejor comprensin del mercado de este combusti-ble, es recomendable seguir de cerca la uctuacin del dlar pues en esta moneda se cotiza el crudo y se expresa el valor del barril.Texto tomado de www.consumer.esGotas de petrleo, foto Ilker, Turqua, 2008.30Como ciudadanos comunes y corrientes, quizs ms de alguna vez nos hemos hecho las dos preguntas del artculo anterior, al tratar de explicarnos por qu el petrleo es tan importante, motivando permanentes discusiones a nivel mundial. La importancia del petr-leo se debe fundamentalmente, a que durante siglos, el desarrollo tecnolgico, industrial y econmico de la humanidad, ha estado basado en el uso del petrleo y otros combustibles fsiles como el carbn mineral y el gas natural.Locomotora a petrleo, Espaa, 2008.Unidad 231Carbn mineral. www.carbonessaiz.com/Estos combustibles se denominan fsiles debido a que su formacin se produjo hace millones de aos, a partir de materia orgnica proveniente de animales y vegetales muertos. Durante los millones de aos de evolucin de nuestro planeta, diversas capas de lodo y sedimentos fueron cubriendo estos restos orgnicos, los que sin oxgeno se fueron descomponiendo, transformndose paulatinamente en molculas de hidrocarburos las que, de acuerdo a la profundidad y presin, fueron dando origen al carbn, petrleo o gas. Aparte de la contamina-cin, el gran problema del uso de combustibles fsiles se debe a que la humanidad lo consume a un ritmo muchsimo ms alto del que la naturale-za es capaz de producirlo. En efecto, en tres siglos de consumo, la humani-dad casi ha agotado es-tos recursos que llevaron millones de aos en ser formados.32Ferrocarril a vapor de carbn piedra. www.elpimiento.cl/Qu caractersticas tienen los combustibles fsiles y qu usos les damos hoy da? El carbn, un antiguo motor de la economaHace muchos aos, la red de ferrocarriles de nues-tro pas no slo era el orgullo de los chilenos, sino que, efectivamente, constitua el gran medio de transporte que comunicaba a las diferentes provin-cias con la capital y grandes ciudades, permitiendo transportar la produccin agrcola y minera desde los centros de produccin hasta las ciudades y los puertos, enviando as embarques a otros pases. Unidad 233Quizs nos parezca real-mente sorprendente, pero esta red que impulsaba la economa nacional, tan slo hace algunas dca-das, se mova fundamen-talmente con carbn mi-neral, que era extrado de los yacimientos naciona-les en Lota (VIII Regin del Bo Bo). El carbn mineral o car-bn piedra, que a simple vista aparece como una sustancia rocosa y oscu-ra, se extrae principal-mente desde minas bajo tierra. Su extendido uso se debe a que puede ser utilizado directamente sin re nar, obteniendo ener-ga trmica a partir de su combustin. Tal como su nombre lo indica, el principal componente del carbn mineral es car-bono (entre un 75 a un 90 %) y algunos hidrocarburos. Aunque su uso directo es muy contaminante, actualmente se busca desarrollar tecnologas para lograr una combustin ms limpia y respetuosa del medio ambiente. Pese a esto, el uso del carbn como energtico es muy alto, ya que corresponde a cerca de la cuarta par-te de la energa consumida de manera directa en todo el mundo.Extraccin de carbn, Sewell 1914-1926, Jos Luis Granese Phillips, 2004.34Usos del carbnGeneracin de electricidadEl uso de carbn como combustible principal en las centrales termoelctri-cas del mundo, equivale a un 40 %. Acopio de carbn, foto Craig Jewell, Australia, 2007.Industria del acero (Siderurgia)El acero consiste en una aleacin de hierro (que es muy blando) con car-bono, obteniendo de esta forma un material muy resistente pero al mismo tiempo elstico.Estructura de acero, Constantin Jurcut, Londres, 2009.Brocas de acero, Pawel Kryj, Polonia, 2009.Unidad 235Combustible industrialExiste una gran cantidad de industrias que en la ac-tualidad emplean carbn como combustible para sus calderas y otros procesos, como ocurre con fundicio-nes, fbricas de cermica, cemento o ladrillos. Central elctrica a carbn, foto Craig Jewell, Australia, 2007.Uso domsticoAun cuando nos parezca increble en pleno siglo XXI, el carbn mineral sigue siendo un combustible em-pleado para cocinar y calefaccionar hogares, ya sea de manera directa o mediante calderas. Es importante recordar que el primer uso de este combustible fue precisamente domstico. En los pases desarrollados, se prohbe el uso domstico del carbn en zonas urba-nas debido a su elevado efecto contaminante.Carbn en combustin, foto Sophie, Canad, 2008.36Motor de automvil a gas natural.El gas natural, el combustible del siglo XXI?Pese a que es un combustible fsil, tiene la ven-taja de presentar una combustin muy limpia comparada con el carbn y el petrleo y, actual-mente, hay evidencias de la existencia de gran-des reservas de este recurso. Aproximadamente en el siglo XIII, ya se conoca de su existencia, sin embargo, recin en el siglo XX (en 1920 aproximadamente) se realizaron las primeras exploraciones en busca de yacimientos. Debido a su naturaleza gaseosa, su extraccin era considerada de alto riesgo, por lo cual se haca en muy baja escala. De hecho, recin des-pus de 1950 comienza su explotacin ms sis-temtica.Unidad 237El gas natural consiste en una mezcla de hidro-carburos gaseosos; est compuesto principalmen-te por metano (CH4), aunque en menor pro-porcin tambin contiene etano, propano y butano. Dado su carcter de fsil, el gas natural se extrae desde grandes profundi-dades, normalmente en los mismos yacimientos de petrleo o en zonas cercanas. Como este gas es totalmente inodoro, cuando se emplea para el consumo residencial o industrial se mezcla con odorizantes (sustancias de olor muy fuerte), de tal forma que frente a una fuga de gas, las personas puedan darse cuenta r-pidamente.Nuestro pas no es parti-cularmente rico en estos recursos, sin embargo, en la zona de Magallanes existen importantes yaci-mientos de gas natural, cuya explotacin se ini-ci en 1970, permitiendo recin a partir de 1981, abastecer comercialmen-te a las ciudades australes de Punta Arenas, Porvenir y Puerto Natales. 38Electricidad del gas naturalQuizs usted haya ledo muchas veces en la prensa, la informacin acerca de que el aumen-to en el uso de gas natural, puede disminuir los precios de la energa elctrica. Esta a rmacin se basa en la existencia de centrales elctricas que actualmente hacen funcionar sus generado-res a partir de la energa trmica producida por la combustin del gas natural. En efecto, el calor producido en esta combustin aumenta la tem-peratura de calderas con agua, produciendo un ujo de vapor a gran velocidad, el que mueve al generador, tal como lo hace un caudal de agua en las centrales hidroelctricas. Central elctrica de gas natural, Escombreras, Espaa, 2008. www.panoramio.com/photo/En Chile existen actual-mente tres centrales de este tipo: Nehuen-co, San Isidro y Nueva Renca. Estas centrales son de bajo impacto ambiental comparadas con las centrales que funcionan a carbn o a petrleo, lo que las hace ms convenien-tes para su instalacin cerca de centros urba-nos.Unidad 239Pozo de petrleo en Zala, Hungra, foto Dora Pete, Hungra, 2008.Petrleo, el oro negro Aun cuando este viejo recurso ha sido el respon-sable del desarrollo experimentado por la huma-nidad durante los ltimos siglos, todo parecie-ra indicar que el uso indiscriminado que hemos hecho de l, lo ha convertido en un bien cada vez ms escaso y costoso. Esto, ya que desde la antigedad, fue conocido y utilizado por algu-nas culturas por su fcil explotacin inicial, sien-do nuestro principal energtico industrial pero, al mismo tiempo, una de las principales fuentes de contaminacin.40Esta sustancia oscura y viscosa, est compuesta por una mezcla de cientos de hidrocarburos, y constituye el principal energtico del que se ha servido la huma-nidad en los ltimos siglos. Tanto es as, que hace algunas dcadas se comenz a hablar de crisis energtica, al notar la acelerada disminucin de las reservas mundiales de este combustible. Su extraccin desde el interior de la Tierra (entre 500 a 4.000 metros de profundidad) es un proceso cada vez ms costoso.Debido a la complejidad de su mezcla, necesariamente debe ser re nado antes de su uso, para evitar la emisin de gases peligrosos, como los xidos (que producen lluvia cida). El principal mtodo empleado en su re nacin es la destilacin. De esta forma, se separa desde el petrleo crudo una gran cantidad de sustancias combustibles tales como: gas licuado, gasolina, diesel, aceites lubricantes, adems de numerosos subproductos que sirven para fabricar pinturas, detergentes, plsti-cos, cosmticos, fertilizantes, etc. Conexin para petrleo, foto Ariel Camilo, USA, 2003.Unidad 241Actualmente, pese a que el petrleo tiene mltiples usos, el 91,5 % de la pro-duccin mundial se emplea en la combustin y slo un 8,5 %, se emplea para la produccin de derivados como medicamentos, pinturas, perfumes, plsticos, etc.Derivados del petrleoHoy en da, existe una actividad industrial de-nominada petroqumica, que consiste en produ-cir diferentes productos a partir de las molculas derivadas del petrleo. Por ejemplo, a partir de la molcula de tolueno se pueden obtener pe-gamentos, detergentes, perfumes, explosivos, medicamentos, etc.Aplicando detergente, annimo, 2007.Perfume, foto Katch, 2008.42La combustin de los hidrocarburosTal como hemos sealado, la mayor parte de la ener-ga que se utiliza en el mundo proviene de los com-bustibles fsiles. Frente a esto, cabe preguntarnos:Qu tienen de especial estos combustibles que son de tanta importancia? La respuesta est en la energa trmica que produce su combustin. En efecto, la combustin o quema de cualquier combustible como lea, papel o plsticos, gene-ra calor; sin embargo, en el caso de los combustibles fsiles, la cantidad de calor es mucho mayor. Esto se debe a que los hidrocarburos, en general, almacenan una gran cantidad de energa en sus enlaces, la que se libera en forma de calor cuando se rompen en el proceso de combustin.Cuando se quema cualquier combustible fsil en presencia de oxgeno, se produce dixido de carbono (CO2), agua (H2O) y se libera energa en forma de calor (Q). Esquemticamente, la quema de combustibles fsiles o hidrocarburos, se repre-senta de la siguiente manera:Unidad 243Una caracterstica de la combustin, y que la diferencia de la oxidacin, es que no basta con poner en contacto el combustible con el oxgeno para producir la reaccin. Si esto fuera as, la lea, el carbn, el petrleo o el gas, arderan espon-tneamente en el interior de la atmsfera. Para iniciar la combustin, se requiere un iniciador, es decir, un poco de calor (Q) que aumente la temperatura del combustible. Por ejemplo, tenemos que poner un fsforo encendido en la salida de gas de la cocina para que el gas comience a combustionarse. Lo mismo para encender una fogata.De acuerdo con esto, entonces, podemos re escribir la ecuacin de la combus-tin como:Bajo determinadas condi-ciones de presin y tem-peratura, la combustin de ciertas sustancias pue-de ser extremadamente rpida, generando gran-des cantidades de ener-ga y gases que se expan-den y que pueden hacer estallar el recipiente que las contiene. En este fe-nmeno se fundamentan los explosivos.Combustin de gas en cocina, foto Jesse Miksic, USA, 2006.44Actividad para discutir y re exionar en claseEl petrleo es un recurso no renovable; se demora millones de aos en producirse. Del petrleo que se consume en el mundo, el 91,5 % se quema para usarlo como combustible, con mtodos muy ine cientes que no slo aprovechan mal la ener-ga, sino que, adems, generan contaminacin.Qu acciones concretas podemos emprender para utilizar e cientemente la energa?Unidad 245Combustin completaCuando un combustible se quema en buenas condiciones, es decir, con buena aireacin (oxgeno), se produce bastante calor y poco humo visible. A esta com-bustin, se le denomina combustin completa.Para que una combustin sea completa, se requiere que la cantidad de aire uti-lizado en la misma, tenga el oxgeno necesario (oxgeno en exceso) que permita transformar todo el hidrgeno en agua y el carbono en dixido de carbono.Combustible + O2 (en exceso) CO2 + H2O + energaCombustin incompletaA diferencia de la com-bustin completa, hay si-tuaciones en las cuales la quema de un combustible se produce en condiciones de baja aireacin, lo que produce mucho humo vi-sible y restos de carbonci-llo (holln). En este caso, hablamos de combustin incompleta.Tubo de escape de automvil con humo visible.46Esta combustin se produce cuando el oxgeno no es su ciente para transformar todo el hidrocarburo en dixido de carbono y en agua. En este caso, se produ-ce un gas mucho ms venenoso llamado monxido de carbono (CO) y gran cantidad de holln, as como otros hidrocarburos y xidos. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, cuando se encien-de una estufa a gas licuado o a para na en un lugar totalmente cerrado: la cantidad de oxgeno se em-pieza a acabar, y se genera este gas que es incoloro, inodoro e inspido. Luego, las personas lo respiran y reacciona con la hemoglobina de la sangre reempla-zando al oxgeno que respiramos e impidiendo que llegue a las clulas. Esto tiene como consecuencia que sea muy txico y mortal.Combustible + O2 (escaso) CO + H2O + energaEstufa, foto Kiril Havezov, Bulgaria, 2006.Unidad 247Los alimentos y la combustin en los seres vivosAunque nos parez-ca sorprendente, el cuerpo humano, al igual que el de los dems animales, ob-tiene energa para realizar sus procesos vitales y desarrollar-se, a partir del pro-ceso de combustin que realizamos en nuestro interior so-bre los alimentos que ingerimos. Las clulas que conforman un organismo, estn permanentemente formando cier-tos compuestos que ms tarde son degradados o combustionados, originando otros ms pequeos. Miles de reacciones diferentes se llevan a cabo a un mismo tiempo. El trmino metabolismo se emplea para describir los diversos procesos qumicos mediante los cuales los seres vivos utilizan los alimentos como fuente de energa, sustancia de crecimiento y restauracin celular. Los alimentos que consumimos estn constituidos de diferentes tipos de compues-tos: carbohidratos, lpidos, protenas, etc. Todos ellos sirven de combustible y de ellos obtenemos la energa que el cuerpo necesita. Alimento, foto Markku Pyymaki, Finlandia, 2007.48Desde luego, el proceso de combustin de los ali-mentos en el interior del cuerpo humano, es dife-rente de la combustin del carbn en una chime-nea. Sin embargo, tienen ciertas similitudes ya que se describen de manera semejante. Por ejemplo, la glucosa es un monosa-crido muy comn que se utiliza para la respiracin celular; es una fuente importante de la energa para el cuerpo. Normal-mente se encuentra en los vegetales y tambin en los tejidos animales. A travs de la respira-cin agregamos oxgeno a este combustible y ste se degrada (combustio-na) lentamente, originan-do CO2 que eliminamos en la respiracin, agua y energa que nuestro cuer-po emplea en los proce-sos vitales.El trmino respiracin se emplea en el sentido ms amplio, a n de incluir a todos los procesos me-tablicos en los cuales se utiliza el oxgeno para oxidar la materia orgni-ca a dixido de carbono (CO2) y agua.Uso de la energa. Ftbol femenino. www.colocolo.clUnidad 249A pesar de la gran cantidad de reacciones qumicas involucradas, hay solamente unas pocas de ellas que predominan en el metabolismo celular. Estas reac-ciones convierten la energa almacenada en los ali-mentos, en la energa que utilizamos cada minuto de nuestra vida para pensar, respirar, caminar, escribir, comer, etc.Cul es la diferencia entre la combustin de hidrocarburos y la que realiza nuestro cuerpo?Una de las diferencias tiene que ver con la rapidez. En efecto, en el cuerpo el proceso de combustin se realiza de manera muy lenta, con muchos pasos y reac-ciones, de tal forma que la energa es liberada paulatinamente. De otro modo nos combustionaramos por completo. Sin embargo, en ambos procesos se obtienen si-milares productos, es de-cir, energa se aprovecha en las funciones vitales, dixido de carbono que se elimina mediante la respiracin y agua que se elimina a travs de los ri-ones e intestinos, o de la misma respiracin.Ftbol femenino Iquique-Temuco, foto ANFP, 2008.50Sntesis de la unidadLos combustibles fsiles como el carbn mineral, el gas natural y el petrleo, son una gigantesca fuente de energa de la que depende la tecnologa mo-derna. El petrleo es una mezcla de cientos, probablemente miles, de diferentes alcanos, que van desde el metano hasta alcanos de 40 o ms tomos de car-bono. El petrleo tambin posee, aunque en menor proporcin, compuestos que contienen azufre, nitrgeno y oxgeno. La combustin de estos materia-les libera una cantidad enorme de calor que se puede transformar en energa mecnica o elctrica.Los combustibles fsiles son fuente de energa cuando sus molculas de hi-drocarburo, entran en combustin en combinacin con el aire dentro de un motor, caldera o turbina, generando calor. La combustin es una reaccin de oxidacin rpida que tiene lugar a altas temperaturas y que convierte a los compuestos orgnicos en dixido de car-bono, agua y energa en forma de calor y luz.Vela, foto Laura Morariu, Rumania, 2009.Unidad 251AutoevaluacinComplete los siguientes cuadros, sealando las diferencias y semejanzas entre: combustin y oxidacin y entre combustin de los hidrocarburos y combustin de los alimentos.52Bibliografa Candel A., Satoca J., Soler J. B., Tent J. J. Fsica y qumica bachillerato 2, Madrid, Anaya, 1990. Arriola A., del Barrio J. I., Caas A., Fernndez R. D. y otros, Fsica y Qumica Energa 2, Madrid, S. M., 1992. Mora C., Daniel Marambio M., Leonor, Rojas S. Mara Soledad, Di Cosmo T., Mario, Qumica 2, Santiago de Chile, Ed. Santillana, 2005. Contreras, Martn, Letelier, Ricardo, Rojas, M-nica, Von Marttens, Hernn, Ciencias naturales, qumica 2 ao medio, Santiago de Chile, Ed. McGraw-Hill, 2003-2004. Chang, Raymond, Qumica 1 edicin, Mxico, McGraw-Hill, 1992. MacDonald, Simon G., Fsica para las ciencias de la vida y de la salud, Mxico, Fondo Educativo Interamericano, 1978. Santamara, Francisco, Qumica general, Santia-go de Chile, Ed. Universitaria, 2006. Chow Pangtay, S. Petroqumica y sociedad, Mxi-co, Fondo de Cultura Econmica, 2002. Grupo Ocano, Qumica (Atlas visual Ocano), Mxico, Ed. Ocano, 2004.Unidad 253Tubos, foto Luke Partridge, Estados Unidos, 2008.Unidad 155IMPORTANTEEn el marco de la poltica de igualdad de gnero impulsada por el Gobierno de Chile, el Ministerio de Educacin se esfuerza en utilizar un lenguaje con conciencia de gnero, que no discrimine ni marque diferencias entre hombres y mujeres. Sin embargo, nuestra lengua propone soluciones muy distintas para su uso, sobre las que los lingistas no han consensuado acuerdo.En tal sentido y con el n de evitar la sobrecarga gr ca y visual que supondra utilizar en espaol o/a para marcar la presencia de ambos sexos, hemos optado por utilizar el clsico masculino genrico (tanto en singular como plural), en el entendido que todas las menciones en tal gnero representan siempre a todos/as, hombres y mujeres por igual. DE_33241_T4_T1DE_33241_01DE_33241_02DE_33241_03DE_33241_04DE_33241_05DE_33241_06DE_33241_07DE_33241_08DE_33241_09DE_33241_10DE_33241_11DE_33241_12DE_33241_13DE_33241_14DE_33241_15DE_33241_16DE_33241_17DE_33241_18DE_33241_19DE_33241_20DE_33241_21DE_33241_22DE_33241_23DE_33241_24DE_33241_25DE_33241_26DE_33241_27DE_33241_28DE_33241_29DE_33241_30DE_33241_31DE_33241_32DE_33241_33DE_33241_34DE_33241_35DE_33241_36DE_33241_37DE_33241_38DE_33241_39DE_33241_40DE_33241_41DE_33241_42DE_33241_43DE_33241_44DE_33241_45DE_33241_46DE_33241_47DE_33241_48DE_33241_49DE_33241_50DE_33241_51DE_33241_52DE_33241_53DE_33241_54DE_33241_55DE_33241_56

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