La ciencia para todos (página 2)

A lo largo de la obra hemos utilizado recuadros para explicar más detalladamente algunos términos usuales en la química. Estos recuadros podrán ser evitados por el lector conocedor, pero representan un microcurso de química para el no familiarizado con esta ciencia, como un estudiante de secundaria, por ejemplo.

Resulta perentorio presentar al mexicano común y corriente una imagen útil y cotidiana de la química. Es indispensable modificar radicalmente los esquemas predominantes de la difusión y la enseñanza de las ciencias. Para lograrlo se requiere incorporar tempranamente temas de la química orgánica, como los que se presentan en los capítulos II y III de esta obra. En resumen, esperamos que la lectura de este libro proporcione una idea realista e interesante de la ciencia central, que motive al lector a la profundización y venza, en por lo menos algún estudiante, la fobia existente hacia el aprendizaje de las ciencias. Si ello ocurre, los autores estaremos satisfechos, pues estamos convencidos de que este país no irá a ninguna parte sin más y mejores científicos e ingenieros.

Julio de 1988

Casi seis años después de haber escrito la primera introducción, nuestro pensar no se ha transformado un ápice respecto a los objetivos que guiaron la escritura de esta obra. No obstante, nuestro mundo sí ha evolucionado a velocidad impensable. Los cambios en nuestro país han sido fundamentales, por lo menos en los aspectos económico y ambiental.

Del tequesquite al ADN se ha vuelto una lectura común para muchos estudiantes del bachillerato, gracias a la estupenda acogida que le dieron un sinnúmero de profesores. Nos ha tocado analizar el libro en una multitud de escuelas y gozar con el hecho de que reseñas del mismo hayan sido premiadas en el concurso Para leer la Ciencia desde México. En esas ocasiones, al conocer los puntos de vista de los lectores jóvenes, se hizo transparente para nosotros la necesidad de actualizarlo. En los alumnos surgían nuevas preguntas que la primera edición no alcanzaba a resolver: ¿qué es la gasolina Magna Sin? ¿Y el diésel Sin? ¿Y los convertidores catalíticos de los autos? ¿Todavía no se hacen detergentes biodegradables en México?

Las transformaciones más importantes de esta revisión afectaron esencialmente al segundo capítulo, aunque los otros dos también las sufrieron. El resultado nos vuelve a dejar satisfechos. Veremos cuánto tiempo nos dura la satisfacción. Suponemos que poco, pues cada día prospera una conciencia ambiental más clara, más equilibrada y más profunda. La industria química realiza esfuerzos importantes dirigidos hacia el bienenestar de sus trabajadores, sus consumidores y el medio ambiente, así que su metamorfosis continuará. Y con ella la de Del Tequesquite al ADN. ANDONI GARRITZ

JOSÉ ANTONIO CHAMIZO

Enero de 1994

La química en México. Un poco de la historia científica mexicana

CIERTO ES que la química, como parte de la ciencia, es un patrimonio universal. Cualquiera de sus leyes y teorías puede ser verificada en cualquier punto del planeta, siempre que se siga la experimentación adecuada. No obstante, el desarrollo de la ciencia sigue modelos cambiantes de un lugar a otro. La actividad científica misma se desenvuelve en un medio local que influye sobre ella. Por esta razón, diversos pasajes de este capítulo contienen citas, datos y anécdotas correspondientes al desarrollo de la química en México.

Debido a diferentes razones, la investigación científica ha prosperado muy lentamente en el país. En particular, la investigación química sufre un retraso adicional cuando se la compara con la que se realiza en otras ciencias básicas, tales como la física o la biología. Sin embargo, aquí se han dado diversos hallazgos sobresalientes, algunos de los cuales vale la pena relatar en este capítulo.

Los átomos en elementos y compuestos

¿Podría el lector levantar la vista del libro en este momento? Observe la solidez de las paredes de la casa, ese objeto metálico, aquel vistoso árbol, los colores de ese cuadro, el aire aparentemente inexistente, el café que toma en esa taza de plástico, el papel y la tinta de este libro… Todo, todo cuanto existe está formado por una cantidad menor que cien elementos, del hidrógeno al uranio. Bastan 92 de esos "ladrillos" para construir cualquier cosa. ¿Cómo es posible tal diversidad?

Figura 1. Dos tipos de agregados estables de átomos. a) Molécula del agua que muestra dos átomos de hidrógeno enlazados a un oxígeno. b) Red de cloruro de sodio. En este compuesto los átomos de cada elemento adquieren carga eléctrica y forman lo que se conoce como iones. De aquí el nombre de sólidos iónicos.

Para los griegos, todas las cosas estaban hechas por diferentes proporciones de aire, agua, fuego y tierra. Esta visión cambió conforme pudieron separarse los componentes de las mezclas. Así, los científicos encontraron sustancias puras que no podían descomponerse en otras más simples. Estas sustancias reciben el nombre de elementos químicos. Por ejemplo, hace apenas dos siglos sabemos que ni el aire ni el agua son sustancias elementales.

Fue el inglés John Dalton, un profesor de escuela, quien hacia principios del siglo pasado esbozó la respuesta: Toda la materia está formada de pequeñísimas partículas, los átomos, de los cuales existen en forma natural menos de una centena.

De esta forma surgió la primera clasificación de las sustancias puras. Los elementos están formados por una multitud de átomos, pero todos equivalentes. Por su parte, los compuestos contienen átomos de dos o más diferentes elementos. Así, por ejemplo, el hierro es un elemento; sólo contiene un tipo de átomo, el de hierro. Sin embargo, la herrumbre es hierro oxidado, por lo tanto, un compuesto con átomos de hierro y oxígeno, al que pomposamente los químicos denominamos óxido de hierro (III).

Símbolos y fórmulas químicas

Desde el siglo pasado, los químicos usan letras mayúsculas, seguidas en ocasiones por una minúscula, para dar símbolo a un átomo o un elemento. Así, H significa un átomo de hidrógeno, o también el elemento hidrógeno.

C carbono

H hidrógeno

O oxígeno

N nitrógeno

P fósforo

S azufre

Los anteriores son los símbolos de los seis elementos constituyentes de todos los seres vivos.

Los símbolos químicos provienen de palabras del latín. Por ejemplo, Fe viene de ferrum, la palabra latina para designar al hierro. El extraño símbolo del sodio, Na, viene del latín natrium.

Figura 2. Cuadro cronológico del descubrimiento de los elementos químicos. Se citan también las técnicas que llevaron a los hallazgos. (Tomado de Cruz, Chamizo y Garritz, Estructura atómica. Un enfoque químico, Addison Wesley Iberoamericana Wilmington, 1986.)

Los átomos pueden formar agregados estables que caracterizan a todo material puro. Un tipo de agregado, las moléculas, contiene unos pocos átomos reunidos. Otros, por el contrario, están formados por enormes bloques de elementos repetidos que se encuentran enlazados, los llamados sólidos iónicos.

El número de combinaciones que pueden alcanzarse a partir de 92 elementos es impensable, de allí la diversidad de ellas en la naturaleza.

Para abreviar y referir a las sustancias puras con propiedad, el químico hace uso de fórmulas, expresando los elementos presentes y la proporción que existe en aquellas de cada uno de los átomos.

Cuando escribe "NaCl", el químico habla de una sustancia que sólo contiene sodio y cloro, y que por cada átomo de sodio contiene uno de cloro. Sólo hay un compuesto con estas características: la sal común. Por otro lado, el bicarbonato de sodio que se empleaba para combatir las agruras tiene por fórmula NaHCO3, por lo cual debe entenderse que cada átomo de sodio viene acompañado de uno de hidrógeno, uno de carbono y tres de oxígeno.

EN EL MEXICO PREHISPÁNICO

Desde antes de la Conquista, los pobladores del valle de México sabían de la existencia y el aprovechamiento de las sales alcalinas. En tiempo de secas, estas sales afloraban a la superficie y formaban costras, que recibieron el nombre de tequixquitl o tequesquite. Sahagún cita que: "La tierra salitrosa se llama tequixquitlalli, que quiere decir tierra donde se hace el salitre." El lago de Texcoco contiene 81% de sales, entre las que sobresale el carbonato de sodio, Na2CO3, con 45%, y el cloruro de sodio, NaCl, con 34 por ciento.

El comercio del tequesquite se hacía en Iztapalapa, nombre que significa "pueblo donde se recoge la sal" o ixtail. Así, en el nombre Ixtapan de la Sal se hace un uso redundante de dos lenguas.

Al añadir el tequesquite a la comida se condimentaba con sal y se facilitaba la cocción de las legumbres. También se lo empleó como detergente alcalinizante ligero.

Figura 3. El caracol. Las aguas del lago de Texcoco siguen siendo aprovechadas hoy para obtener carbonato de sodio. Como primer paso, la industria Sosa Texcoco emplea un enorme evaporador solar, ¡de 800 hectáreas!, Que concentra en sales las aguas extraídas del subsuelo. (foto tomada del artículo "un caracol gigante permanece activo", ICYT, núm. 136, enero de 1988, p.47. cortesía del ingeniero Alberto Urbina del Razo.)

Los ácidos, las bases y las sales

En química, como en todas las ciencias, se acostumbra efectuar clasificaciones. En este caso, lo que se clasifica son los tipos de sustancias puras conocidas. Existen unas —los ácidos— con sabor agrio, que cuando se disuelven en agua liberan partículas llamadas iones hidrógeno (H+). Un ejemplo es el vinagre, que es una disolución de ácido acético en agua. Otras sustancias —las bases, también llamadas álcalis— tienen un sabor amargo y se sienten resbalosas al tacto. Al disolver una base en agua se reduce la proporción de iones hidrógeno. La leche de magnesia que tomamos contra la acidez estomacal es una base.

Se puede decidir si un compuesto es ácido o base gracias a sustancias especiales, llamadas indicadores, que cambian de color en función de la concentración de los iones hidrógeno presentes. Por ejemplo, el papel tornasol adquiere color rojo en presencia de un ácido, y azul frente a una base. Hasta un té negro cambia de color al añadirle unas gotas de limón, ¿verdad?

Ácidos y bases desempeñan un papel esencial en la química de nuestra vida diaria. Son ampliamente utilizados en diversos procesos de manufactura y de ellos depende, entre otras cosas, el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo y el de todos los seres vivientes. Por ejemplo, la acidosis o la alcalosis de la sangre pueden provocar la muerte. Igualmente, la mayoría de las cosechas crecen sanamente en suelos ligeramente ácidos. De esta forma, del análisis que lleve a cabo y de las medidas que tome el químico agrícola, depende la productividad del suelo y, por lo tanto, la existencia de suficiente alimento.

Ambos tipos de compuestos se combinan, aniquilando uno al otro sus propiedades originales. El resultado es la formación de una sal. La sal común —NaCl, cloruro de sodio— se obtiene al combinar un ácido que contiene cloro (HCl, ácido clorhídrico) con una base que posee sodio (NaOH, hidróxido de sodio o sosa cáustica, que, por cierto, es común para las amas de casa, pues ¡es buena para destapar caños obstruidos!).

En el cuadro 1 se muestran los nombres de algunas sales con sus aplicaciones.

CUADRO 1. Algunas sales y sus aplicaciones.

Nombre Aplicaciones

Bicarbonato de sodio (polvo para hornear) Antiácido

Bromuro de plata Emulsiones fotográficas

Carbonato de sodio deshidratado (sosa de lavar) Manufactura del vidrio; ablandador de agua

Cloruro de calcio Para deshielo de calles y aceras en países frios

Cloruro de potasio Sustituto de la sal, libre de sodio

Cloruro de sodio (sal de mesa) Electrólito corporal; manufactura de cloro y sosa caústica

Fluoruro de sodio (fluorita) Para obtener de derivados fluorados (el teflón de las sartenes, por ejemplo)

Ioduro de sodio Se mezcla con la sal común para prevenir el bocio

Nitrato de plata Agente cauterizante

Permanganato de potasio Desinfectante y fungicida

Sulfato de aluminio y potasio (alumbre) Industria del vidrio; pigmentos y tintorería

Sulfato de amonio Fertilizante

Sulfato de bario Estudios gastrointestinales; pigmento blanco

Sulfato de calcio dihidratado Yeso para construcción

Sulfato de cobre pentahidratado (azul de vitriolo) Tintura; fungicida

Sulfato de magnesio heptahidratado (sal de Epsom) Purgante

Sulfato de sodio decahidratado (sal de Glauber) Purgante

Tiosulfato de sodio Agente fijador en el proceso fotográfico

Es característico de todas las sales formar cristales, que son la manifestación macroscópica del arreglo interno ordenado de sus átomos.

Otras sustancias conocidas antes de la conquista

La sal común era apreciada por los antiguos mexicanos. Se dice que su carencia fue motivo de guerra entre aztecas y tlaxcaltecas.

Entre otras sales conocieron también el alumbre, la mica, el yeso y la calcita, con las que fabricaron colorantes, recubrieron muros y labraron columnas. Respecto a las piedras preciosas, trabajaron la turquesa, el jade, el azabache, el ojo de gato, el rubí y el ámbar. Los dignatarios aztecas usaban, en forma exclusiva, piedras preciosas verdes de fluorita (fluoruro de calcio), mineral del que México sigue siendo primer productor mundial.

El cristal de roca (cuarzo) fue bellamente trabajado en el México antiguo. En Monte Albán, Oaxaca, se encontraron copas, orejeras y cuentas de este material. Se piensa también que son mixtecas las calaveras de cristal de roca del Museo del Hombre en París y del Británico de Londres.

Su cerámica era poco técnica, pero muy artística. Los olleros de Tlaxcala, a juicio de Gómara, hacían tan buena loza como la que había en España. Un buen número de minerales servía para la elaboración de colores para pintura, especialmente los óxidos de hierro, el negro de humo y las arcillas mineralizadas. El color rojo que obtenían de la cochinilla (nocheztli), o sangre de tunas, fue exportado a todo el mundo por los españoles y utilizado durante siglos.

El barro y el adobe fueron materiales comunes de edificación en las más antiguas construcciones del valle de México (el cerro del Tepalcate y la pirámide de Cuicuilco). Los aztecas obtenían una especie de cemento al mezclar la cal con una arcilla negra. Por otra parte, los muros de las casas de Moctezuma estaban revestidos con jaspe, una variedad cristalina del cuarzo, de muy diversos colores.

CUADRO 2. Los metales en el México antiguo.

Para construir armas emplearon el vidrio volcánico (obsidiana) y extraían diversas resinas (incluido el hule) que empleaban como pegamentos en la pintura y la medicina.

Los aztecas producían varios tipos de tejidos. El más común era el hequen, fabricado con las fibras de magueyes y agaves. La clase alta empleaba vestidos de algodón blanco. Hacían papel con la corteza del árbol amatl.

El azúcar, que obtenían por evaporación del aguamiel, la usaban en su alimentación, lo cual era un lujo en la Europa de aquella época. También conocían la fermentación, por medio de la cual fabricaban el pulque.

Respecto a los metales, los aztecas conocían los siete elementos de los alquimistas (oro, plata, cobre, estaño, mercurio, plomo y hierro; véase el cuadro 2). Se ha insistido en que sólo trabajaban los metales nativos, o sea que nunca alcanzaron la edad del hierro, ya que este metal lo encontraron únicamente en meteoritos. Sin embargo, según Humberto Estrada, un hacha hallada en Monte Albán, con 18% de hierro, prueba lo contrario.

La herbolaria se desarrolló enormemente en el México precortesiano. Los aztecas curaban sus males con plantas medicinales. En 1555, un médico indígena de Xochimilco, Martín de la Cruz, recopiló en un libro los medicamentos empleados por los mexicas (véase la figura 4). Este libro, con material gráfico excepcional, apareció en 1925 en la Biblioteca del Vaticano, después de siglos de aparente pérdida.

Figura 4. El libro sobre herbolaria medicinal mexicana de Martín de la Cruz es un importante legado para la botánica y la medicina tradicionales. Todavía en años recientes, su estudio permitió al grupo del doctor José Luis Mateos, en el IMSS, encontrar el principio activo del cihuapahtli o zoapatle. De la Cruz cita que este vegetal se empleaba para facilitar el parto. Las investigaciones ratificaron que el zoapatle contiene un poderoso ocitósico (provoca la contracción del útero). Toda la sabiduría contenida en este libro fue heredada por los químicos orgánicos mexicanos de este siglo, que han sobresalido en el terreno internacional con sus investigaciones sobre productos naturales. (Ilustración tomada de Elías Trabulse, Historia de la ciencia en México. Siglo XVI, FCE, 1983.)

La química en la colonia

Cierto es que la llegada de los españoles alentó la producción en beneficio de la metrópoli, pero también rigió la formación y desarrollo de la Nueva España. Por muchos años se asentó aquí el liderazgo en diversas ramas de la mineralogía.

La primera industria original de nuestro país se creó en Pachuca en 1555, gracias al genio de Bartolomé de Medina. Su proceso de recuperación de la plata por amalgamación con mercurio ha sido calificado por Bargalló como "el mejor legado de Hispanoamérica a la metalurgia universal". La formación de la amalgama de los metales preciosos con el mercurio permite su extracción en frío, proceso mucho más barato que el de la fundición. Posteriormente, hacia 1758, este proceso metalúrgico fue modificado por el clérigo minero Juan Ordóñez y Montalvo, a partir de un método de amalgamación en caliente, desarrollado en Perú. Irónicamente, una misión alemana intentó introducir esta técnica en 1786 a México, indicando que acababa de ser descubierta en Austria por el barón De Born.

Un vasco, Fausto de Elhuyar, se encargó del Real Cuerpo de Minería de la Nueva España en 1792. Diez años antes había descubierto el elemento químico llamado hoy tungsteno, al que bautizó como wolframio (por eso su símbolo químico es W). Elhuyar fue el primer profesor de química en México. El libro de texto que empleaba era el Tratado elemental de química, (1789) de Antoine Laurent Lavoisier; el creador de la química moderna. Esta obra fue traducida al español, en México en 1797, un año antes que en España.

Dentro del Real Cuerpo de Minería, Andrés Manuel del Río destacó por su trabajo de análisis químico de minerales mexicanos. En 1801, como resultado del estudio de un mineral de Zimapán, Del Río descubrió un elemento químico más, al que llamó eritronio. Posteriormente lo convencieron de que había confundido al eritronio con el cromo (Cr), lo que resultó falso. El metal fue redescubierto en 1830 por Sefstrom, quien lo denominó vanadio (V), como lo conocemos hoy.

En realidad, la primera aportación americana a la tabla de los elementos fue el platino (Pt), que era conocido por los indígenas de Sudamérica y fue presentado al mundo científico en 1748. Salvo esta contribución prehispánica, el eritronio (vanadio) fue el primer elemento químico descubierto en América. Habrían de pasar 125 años para descubrir el siguiente, en un laboratorio de Estados Unidos.

Metales y no-metales

Hacia mediados del siglo XIX, gracias al hallazgo de un buen número de elementos y a la aceptación que había logrado la teoría atómica de Dalton, surgió la llamada clasificación periódica de los elementos, realizada por Mendeleiev en 1869.

Figura 5. Tabla periódica corta. Los cuadros en blanco corresponden a los metales. El mexicano Del Río descubrió el metal de transición llamado hoy vanadio. Los no-metales se presentan con pantalla oscura. En la zona fronteriza (pantalla clara) están los elementos que presentan propiedades de ambos conjuntos: los elementos anfotéricos.

De acuerdo con la similitud de sus propiedades, los 92 elementos se arreglan en filas y columnas de la tabla periódica. En la parte izquierda e inferior de la tabla se encuentran los metales y en la superior derecha los no-metales. Sus propiedades pueden consultarse en el cuadro 3.

CUADRO 3. Características de metales y no-metales.

Propiedades Metales No-metales

Propiedades químicas:

Al reaccionar con agua, sus óxidos forman Bases Ácidos

Sus iones son generalmente Positivos Negativos

Propiedades físicas:

Apariencia Brillantes Opacos

Conducción del calor y la electricidad Buenos conductores Malos conductores

Deformaciones y rupturas de los sólidos Pueden desformarse sin romperse Quebradizos, se rompen fácilmente

El siglo XIX en nuestro país

Antes del movimiento de independencia, para ser precisos en 1803, recorrió México el ilustre barón alemán Alejandro de Humboldt, quien describió con lujo de detalle la vida y costumbres del México de aquella época. Respecto al comercio del jabón, que fuera introducido al país con la llegada de los españoles, menciona: En Puebla, México y Guadalajara, la fabricación de jabón sólido es objeto de comercio considerable. La primera de estas fábricas produce cerca de 200 000 arrobas al año [más de 17 000 kilogramos]. En la intendencia de Guadalajara se cuentan por el valor de 260 000 pesos. Favorece mucho a esta fabricación la abundancia de sosa, que se encuentra casi por todas partes en la meseta interior de México, a 2 000 o 2 500 metros. El tequesquite cubre la superficie del terreno sobre todo en el mes de octubre, en el valle de México, en las orillas de los lagos de Texcoco, de Zumpango y de San Cristóbal; en los llanos que rodean a la ciudad de Puebla; en los que se extienden desde Celaya hasta Guadalajara… Ignoramos si se debe su origen a la descomposición de las rocas volcánicas o a la acción lenta de la cal sobre la sal. En México, por 62 pesos se compran 1 500 arrobas de tierra tequesquitosa, una tierra arcillosa impregnada de mucho carbonato y de un poco de sal. Estas 1 500 arrobas, purificadas en las fábricas de jabón, dan 500 arrobas [43 kg.] de carbonato de sodio puro.

Después de que Iturbide asumiera el poder, se creó la Sección de Farmacia dentro del Establecimiento de Ciencias Médicas. En ella laboró Leopoldo Río de la Loza, un mexicano ilustre que nació en la capital de la República en 1807. Allí obtuvo los títulos de cirujano y farmacéutico, y el diploma de médico. Es autor del primer tratado mexicano de química; que lleva el titulo de Introducción al estudio de la química (1849-1862).

Río de la Loza fue, por muchos años, profesor de química y estudió los productos naturales existentes en diversos vegetales mexicanos. En uno de ellos halló el ácido pipitzahoico, descubrimiento que lo hizo merecedor de un importante premio internacional. Fundó la Sociedad Farmacéutica, cuyo principal objetivo fue la edición de la Farmacopea Mexicana, que consta de multitud de sustancias y preparaciones curativas utilizadas en el país.

En esa misma época, cuando la química orgánica daba sus primeros balbuceos como ciencia, un mexicano llamado Vicente Ortigosa trabajó en Europa, donde aisló y analizó el alcaloide del tabaco, la nicotina, al que le dio la fórmula C10 H16 N2, a partir de los resultados del porcentaje presente de cada elemento: C= 73.355%, H= 9.6% y N= 17.1%. Los análisis más modernos informan la siguiente composición: C= 74%, H= 8.7% y N= 17.3%. Vemos que los resultados de Ortigosa son sumamente buenos para su época.

Fórmula 1. Fórmula desarrollada de la nicotina, el alcaloide del tabaco.

A su regreso a México, Ortigosa no continuó con su trabajo, lo cual quizá se debió a una ausencia total de infraestructura para realizar investigación.

Gracias a la fundación del Instituto Médico Nacional, en 1888, se amplió la investigación de las plantas mexicanas y se analizó la posibilidad de fabricar medicamentos en gran escala.

Química orgánica e inorgánica

De forma muy general, se acepta que la química es el estudio de las sustancias, su estructura, su composición y las transformaciones en las que intervienen. Ahora bien, por razones históricas se acostumbra dividir las sustancias en dos grandes grupos: las orgánicas y las inorgánicas. De esta manera, tradicionalmente se ha hablado de la existencia de dos químicas, la orgánica y la inorgánica.

Aunque muchas sustancias orgánicas, como el azúcar, el vinagre o el alcohol, han sido conocidas desde la Antigüedad, fueron aisladas por primera vez en el siglo XVIII. En esa época, este tipo de compuestos se obtenía por la acción de los seres vivos. Por ejemplo, el ácido láctico fue aislado de la leche por Scheele (1742-1786), quien demostró que su presencia es la causa de que la leche se agrie. Juan Jacobo Berzelius propuso que los compuestos orgánicos sólo podían obtenerse por la acción de la fuerza vital y que por lo tanto existían dos tipos de compuestos en la naturaleza: los materiales inorgánicos, presentes aun en ausencia de vida, y los orgánicos, reservados para la materia animada.

Poco le iba a durar el gusto a Berzelius, pues en 1828 el químico alemán Federico Wöhler preparó urea (que se sabía era un producto de desperdicio de los seres vivos) a partir de una sal inorgánica llamada cianato de amonio.

Fórmula 2. Reacción de Wöhler. Primera muestra de que no sólo dentro de los organismos vivos pueden realizar transformaciones de substancias inorgánicas en orgánicas.

A pesar de lo arbitrario de la clasificación, ésta persiste hasta nuestros días. Hoy se llama química orgánica a la relacionada con los compuestos que contienen carbono (salvo algunas excepciones, como los óxidos de carbono o los carbonatos). Como veremos en el siguiente capíptulo, el carbono es un elemento peculiar. Existen tantos compuestos de carbono que conviene estudiarlos en paquete. No obstante, hay que subrayar que la química es única. Los compuestos orgánicos e inorgánicos también reaccionan entre sí. Una rama moderna de la química, la organometálica, se encarga del estudio de un tipo de compuestos que no podríamos clasificar dentro de ninguna de las dos químicas tradicionales.

La creación de la primera escuela de química

Durante este siglo, la ciencia central ha prosperado notablemente en México. Sin embargo, su desarrollo no ha sido espectacular, sino más bien moderado. Tal vez sea la más rezagada de las ciencias básicas.

A principios de siglo, la incipiente industria se reducía a la producción cervecera, minera, de azúcar, de hilados y tejidos, así como de algunos productos farmacéuticos. El pavoroso dato de un 80% de analfabetismo en el país reflejaba el atraso cultural e intelectual generalizado. La fuga de técnicos extranjeros, debida al inicio del movimiento revolucionario y a la primera Guerra Mundial, marcaba la urgente necesidad de formación de personal especializado.

Desde luego, poco puede prosperar una ciencia sin la existencia de un semillero de científicos y técnicos. Para la química, esta fecha llegó en septiembre de 1916. Por iniciativa de don Juan Salvador Agraz, a la mitad del movimiento revolucionario se creó la Escuela Nacional de Química Industrial (hoy Facultad de Química), que en febrero de 1917 se incorporó a la UNAM.

La idea de Agraz era "instalar los cursos de peritos químicos industriales […] obreros químicos y pequeños industriales, y a los ingenieros químicos y doctores en química". Este último programa no pudo arrancar sino décadas después, pero hay que destacar que Agraz fue un gran visionario que apreció la necesidad de complementar la formación de profesionales con la de investigadores químicos. Ésta es la manera correcta de formar personal técnico que vaya más allá de la simple actitud imitativa y dependiente. Fue una desdicha que, por falta de fondos, el doctorado no haya podido iniciarse entonces.

Hacia 1919 se anexa a la Escuela la carrera de farmacia, que hasta entonces se realizaba en la Escuela Nacional de Medicina. Pronto se crearon los laboratorios de análisis y el de preparación de productos químicos orgánicos e inorgánicos. Además, se instaló una planta de éter y se levantaron nuevos edificios destinados a las industrias orgánicas de fermentación, azúcares y almidones, tanantes y curtientes, y farmacéutica.

LOS PRIMEROS BECARIOS

Cuando José Vasconcelos ocupó la Secretaría de Educación Pública surgió la iniciativa de becar a los mejores alumnos para realizar estudios complementarios en Europa. Así, por acuerdo de la Presidencia, en 1921 se otorgaron las primeras diez becas para estudiar en diferentes universidades alemanas.

Durante la estancia de estos primeros becarios mexicanos de la química ocurrió en Alemania un hecho sin precedentes: la gran inflación. Mientras que en febrero de 1922 un dólar se cambiaba por 300 marcos, hacia mediados de 1923 el dólar llegó a valer cuatro billones de marcos. ¡Y resulta que las becas se pagaban en dólares! Antes de esta inflación, con menos de la décima parte de la beca se cubrían todos los gastos de estancia. Se cuenta que uno de aquellos becarios, Fernando Orozco (luego director de la Escuela y del Instituto de Química), vivía en un ala de un elegantísimo castillo alemán. ¡Qué contraste con los becarios de décadas más tarde!

Hacia 1924 estudiaban becados en Europa un total de 22 estudiantes mexicanos de química. Al año siguiente, casi todos regresaron al país en busca de un lugar donde aplicar los conocimientos adquiridos. Se encontraron con una ausencia total de la infraestructura necesaria para realizar investigación. Algunos se colocaron en industrias, a las que dieron una importante renovación; otros participaron de cerca en el desarrollo de la Escuela — que llevaba entonces el nombre de Escuela Nacional de Ciencias Químicas— y habrían de desempeñar un papel importante en su consolidación. Tal vez quien más sobresalió entre ellos fue el mismo Fernando Orozco que residió durante sus estudios en aquel castillo. Orozco, doctorado en la Universidad de Hamburgo en análisis inorgánico de metales, promovió la actualización de los planes de estudio y fue de los asesores de PEMEX que hicieron posible la producción del antidetonante de las gasolinas inmediatamente después de la expropiación, tema en el que profundizamos en el segundo capítulo.

Casi veinte años después de que se fundó la Escuela de Química se creó el Instituto Politécnico Nacional, y en él la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas.

En 1941 se creó en la UNAM el Instituto de Química, con fondos provenientes de la Casa de España y del Banco de México. El Instituto vino a llenar el vacío de investigación química que existió durante muchos años e hizo realidad el inicio de la formación de científicos de esta área en México. Su primer director fue don Antonio Madinaveitia, uno de los refugiados españoles que México acogió después de la guerra civil. Don Antonio participó también en el diseño del proceso que hizo factible el aprovechamiento de las aguas del lago de Texcoco para la fabricación de sosa cáustica y carbonato de sodio. Esta moderna tecnología del tequesquite se implantó en la empresa Sosa Texcoco en 1942.

Como relatamos más adelante, la especialidad del Instituto fue la química orgánica. En el año de 1947 se graduó allí el primer doctor formado en el Instituto. Se trataba de Alberto Sandoval Landázuri, quien luego lo dirigiría por dieciocho años. Otro egresado conspicuo de esos años fue José F. Herrán Arellano, quien fundó y fue primer director de la División de Estudios Superiores, hecho por el que la Escuela Nacional de Ciencias Químicas se transformó en la hoy Facultad de Química de la UNAM

Aunque han sido diversas y muy amplias las aportaciones de la química mexicana en este siglo, a manera de ejemplo relatamos a continuación cuatro de ellas.

Los anticonceptivos orales y la cortisona

En la misma década de su fundación, el Instituto de Química habría de coparticipar en uno de los descubrimientos modernos más sobresalientes: la píldora anticonceptiva.

La historia empieza en 1943, cuando el estadounidense Marker descubre en México un vegetal, llamado "cabeza de negro", con alto contenido de diosgenina, una sustancia que Marker sabía transformar en progesterona (compuesto de la familia de los esteroides). Esta hormona es segregada por las mujeres durante el embarazo, lo cual inhibe la menstruación. Para industrializar su descubrimiento, Marker se asoció con dos mexicanos, Somlo y Lehmann, y creó la empresa Syntex.

Figura 6. "La cabeza de negro" es un vegetal mexicano de raíz tuberosa que sirvió de materia prima para fabricar progesterona en los años cuarenta. Anteriormente, un gramo de esta sustancia costaba unos doscientos dólares. Cinco años más tarde, por los trabajos desarrollados en México, costaba sólo dos dólares. (Tomada del libro Una corporación, una molécula, Syntex, México, 1964.)

El éxito académico y comercial que tuvo la producción de hormonas en México fue espectacular. Hacia 1959, los científicos de Syntex habían publicado más artículos sobre esteroides que cualquier otra institución académica o industrial en el mundo. En cuestión de diez años, nuestro país, del que no constaba previamente ninguna contribución notable en química básica, se había transformado en uno de los centros mundiales de una rama especializada de la química orgánica.

Nos visitaron los más renombrados investigadores del mundo y se formaron en México importantes grupos de científicos.

Tal vez la labor más sobresaliente fue la del hidrocálido Jesús Romo Armería, investigador del Instituto de Química y de Syntex, quien participó en diversos proyectos de síntesis a partir de progesterona, los que culminaron en 1951 con la síntesis de la cortisona, que contiene tres átomos de oxígeno más, en posiciones cruciales, que la convierten en un eficaz antiinflamatorio y antiartrítico.

Fórmula 3. Si la posición de uno o más átomos difiere de una molécula a otra, las propiedades de las sustancias pueden variar enormemente. Las fórmulas están escritas en una especie de taquigrafía química en la que se sobrentiende que en cada vértice existe un átomo de carbono con los hidrógenos necesarios. A) Fórmula molecular de la progesterona, la hormona del embarazo. B) Fórmula molecular de la cortisona, un potente antiinflamatorio.

Pocos años más tarde se produjeron en México los primeros antiovulatorios orales, que impiden que el óvulo abandone el ovario e interfieren por lo tanto en la gestación. Cinco años después, millones de mujeres en todo el mundo los estaban utilizando. Actualmente hay muy diversos tipos de antiovulatorios y sigue estudiándose cómo establecer la inocuidad de su empleo prolongado.

Por otra parte, Syntex fue vendida a una compañía estadounidense y se transformó en una corporación internacional. Hoy alcanza ventas anuales por más de mil millones de dólares. El centro de sus operaciones administrativas, de mercado y de investigación se ubicó en Palo Alto, California. En México continuó la fabricación de productos esteroidales intermedios, mientras que la de productos terminados se desplazó a Puerto Rico y las Bahamas.

El Instituto Mexicano del petróleo

A raíz de la nacionalización del petróleo en 1938, las compañías extranjeras negaron la venta de tetraetilo de plomo (antidetonante de la gasolina, véase el capítulo II).

Pb (C2H5)4

Fórmula 4. Tetraetilo de plomo. Aunque mejora el desempeño de las gasolinas, la presencia de plomo en este compuesto es un agente grave de contaminación. La mayoría de los metales pesados son tóxicos para los humanos.

Después de un primer intento fallido, los ingenieros químicos mexicanos lograron, con la tenacidad que inspiran los bloqueos, echar a andar una planta de tetraetilo que se instaló en el mismo lugar donde 27 años más tarde (1966) se crearía el IMP.

México no sólo es el quinto productor de petróleo crudo en el mundo, sino también el decimosegundo de productos petroquímicos. Hacia 1982 se encontraba entre los primeros cinco por el número de plantas en desarrollo, situación que empeoró debido a la escasa inversión de los años críticos posteriores.

En el Instituto se han diseñado cerca de 100 plantas petroquímicas y de refinación de petróleo. Sin embargo, no todo ha sido diseño. El IMP cuenta con más de 150 patentes con registro internacional, entre las que destacan las de procesos de hidrodesulfuración (eliminación del contaminante azufre de las gasolinas y el diesel) y de desmetalización selectiva de residuos pesados (conocido como proceso DEMEX), con plantas que trabajan en el país y el extranjero.

El aporte del Instituto al desarrollo nacional ha sido muy importante. En fecha reciente concluyó, por ejemplo, el estudio global de la calidad del aire en la zona metropolitana de la ciudad de México, que permite simular y valorar el efecto que sobre la contaminación por azufre, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y ozono, tendría la aplicación de diversas medidas de control tales como algunos cambios en la composición de gasolinas y diésel, el efecto de las fuentes móviles y fijas, la eliminación de la refinería de Azcapotzalco, etcétera.

EL HIERRO ESPONJA

Tal vez la tecnología mexicana más conocida en el extranjero sea la que desarrolló la compañía Hojalata y Lámina (HYLSA) de Monterrey, respecto al llamado hierro esponja. Sobre dicha tecnología se informa en la Encyclopedia of Chemical Technology.

En 1957, un efecto de la guerra de Corea fue la elevación de los precios de la chatarra. HYLSA, que producía aeroplanos a partir de chatarra, hubo de iniciar un programa de investigación cuyo resultado fue el proceso de reducción directa del mineral de hierro. Una tecnología tercermundista de primera línea.

Treinta años más tarde, cuando la producción mundial de hierro alcanza los mil millones de toneladas, la tecnología de HYLSA sigue siendo líder en el campo de obtención de hierro por reducción directa.

Figura 7. Aspecto del hierro esponja, mineral de hierro después de ser sometido al tratamiento de reducción directa (cortesía del doctor Gabriel Gojon, UANL.)

Reducción y oxidación, pilares de la química

El término oxidación se aplicó originalmente a la ganancia de oxígeno en un cambio químico. La formación de herrumbre a partir de hierro es una oxidación, lo mismo que cualquier combustión. Al proceso inverso, la pérdida de oxígeno, se lo llamó reducción.

Posteriormente, ambos términos fueron ampliados para incluir la ganancia o pérdida de hidrógeno o electrones (véase el cuadro 4).

CUADRO 4. Significado de oxidación y reducción

Se oxida la sustancia o el átomo que Se reduce la sustancia o el átomo que

Gana oxígeno o pierde hidrógeno o pierde electrones Pierde oxígeno o gana hidrógeno o gana electrones

En el proceso del hierro esponja, la proporción de oxígeno que se encuentra combinada químicamente con el hierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la acción de una mezcla de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO), que se alimenta a 800° C. Ambas sustancias toman átomos de oxígeno del mineral (se oxidan) para formar H2O y CO2. De esta manera, el óxido de hierro del mineral, Fe2 O3 se convierte en Fe3 O4, luego en FeO y finalmente en el elemento Fe. Es decir, el mineral de hierro se reduce (pierde oxígeno). El resultado es un hierro poroso, esencialmente con la misma forma y tamaño que la partícula del mineral, que es una magnífica carga para la elaboración de acero en un horno eléctrico, pues está libre de impurezas metálicas, es fácil de manejar y transportar y posee una composición química uniforme y precisa.

La revolución verde

En México se inició y desarrolló el proceso conocido como revolución verde, el cual permitió a Norman Borlaug ganar el Premio Nobel de la Paz de 1970, por sus descubrimientos en el campo de la agricultura.

Este proyecto, con influencia política pero esencialmente biológico y bioquímico, revolucionó la producción agrícola e influyó en la consolidación de importantes grupos mexicanos de investigación, como el del Centro Internacional para el Mejoramiento del Maíz y del Trigo (CIMMYT), el del Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas (INIA) y el del Colegio de Posgraduados de Chapingo.

En veinte años, la productividad de maíz por hectárea pasó de 975 a 1 770 kilogramos y la de trigo, de 1 417 a 3 480 kilogramos, lo cual constituyó un aporte que alivió en parte los problemas de escasez de alimentos y la desnutrición. Debemos tener presente que se hace necesario un importante apoyo financiero y tecnológico para lograr la generalización de este sistema en todo el país, dado que los problemas del campo siguen siendo muy graves.

Además de las citadas, son varias las instituciones nacionales que realizan investigación de carácter biológico y bioquímico, orientada al reino vegetal: la Facultad de Química de la UNAM, el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN de Irapuato y el Centro de Investigación Científica de Yucatán. Parte de la investigación se orienta hacia el mejoramiento de las poblaciones vegetales para obtener mayor resistencia genética a las enfermedades y a las plagas, así como hacia el desarrollo de una mayor tolerancia a la sequía y el almacenamiento. Todo esto es de gran importancia en un país en el que el maíz y el frijol son la base de la alimentación, y donde 80% de la superficie cultivada depende de la lluvia como única fuente de humedad.

UN PROBLEMA GRAVE Y UNA ENORME POTENCIALIDAD

Después de presentar este panorama de la química mexicana, vale la pena resaltar las razones por las que el desarrollo de la ciencia central ha sido tan moderado.

Desde luego, la química comparte con otras ciencias una problemática común de financiamiento y ausencia de tradición, heredadas de nuestra condición de país tercermundista. De aquí se deriva la tragedia de la ciencia mexicana. Sin embargo, esta ciencia presenta una característica muy peculiar, ya que de ella ha derivado una de las industrias más dinámicas de la economía: la industria química. Esto representa una gran ventaja y potencialidad, pero también un grave problema.

Las aplicaciones de la química empezaron a darse aun antes de que ésta se estableciera como ciencia. Por ejemplo, la edad de hierro sólo pudo ocurrir mediante el aprendizaje de la transformación de los minerales en metales, pero ello tuvo lugar milenios antes del nacimiento de Lavoisier y Dalton. Así, el conocimiento empírico se adelantó grandemente al conocimiento científico, el cual es muy reciente. Con ello, mucha gente se contentó con el saber hacer sin importar mucho el saber por qué. Fueron pocos los países donde se utilizó la química para comprender todos esos hechos y técnicas producto de la experiencia acumulada. Muy pronto esos mismos países pudieron acoplar la investigación fundamental con la producción de nuevos bienes. Nosotros importamos la manera de hacerlos, pero no cultivamos ni trasladamos la forma de conocer cómo desarrollar otros.

Así, cuando en México se presentó el fenómeno de la industrialización, la química participó como una actividad técnica (más que científica) modelada por nuestro carácter dependiente. De esta manera, el ejercicio creativo de la química y la ingeniería química se restringió a los espacios académicos universitarios, en franca desconexión con la producción, ya que ésta no necesitaba de creatividad, pues surgió como una actividad refleja.

Este es el gran reto de la química en México: lograr que se realicen nuevos descubrimientos que luego transiten, en el tiempo necesario, de la mesa de laboratorio a la instalación industrial o al campo y de allí se conviertan en beneficio para la población. Es urgente que se deje de concebir a la química como una ciencia "para hacer cosas" y que se piense en ella "para conocer más cosas", que luego nos beneficien más.

Los pocos ejemplos citados deben repetirse con más frecuencia. Pero ello sólo se logrará cuando se adquiera total conciencia de la importancia capital que tiene para un país el desarrollo de la ciencia y de sus aplicaciones originales. Otro será el estado de este país cuando tengamos menos cosas que aprender y más que enseñar. Por ahora, seguimos aprendiendo…

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

Bargalló, M., La química inorgánica y el beneficio de los metales en el México prehispánico y colonial, UNAM, México, 1966.

De Gortari, E., La ciencia en la historia de México, Fondo de Cultura Económica, México, 1963.

García Fernández, H., Historia de una Facultad, UNAM, México, 1985.

Garritz, A. y J. A. Chamizo, Química, Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1994.

Hernández B., E. R., Desarrollo de la química inorgánica en México y la contribución de la Facultad de Química en esa área, trabajo monográfico, Facultad de Química, UNAM, 1986.

Siguiura. Y, "La ciencia y la tecnología en el México antiguo", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, núm. 43, marzo-abril de 1982, pp. 113-141.

Syntex, Una corporación y una molécula, México, 1967.

Trabulse, E., Historia de la ciencia en México, Fondo de Cultura Económica, México, 1983.

Waissbluth, M. et al, "El desarrollo de la ciencia y la tecnología en México", Ciencia y Desarrollo, vol. 8, núm. 45, julio-agosto de 1982, pp. 27-83.

El petróleo y sus quimiderivados

LA VALENTÍA DE LA EXPROPIACIÓN

HACIA 1935 operaban en México alrededor de veinte compañías petroleras, todas ellas extranjeras salvo alguna excepción. Los primeros lugares en la producción eran ocupados por subsidiarias de la Royal Dutch Shell, la Standard Oil y la Sinclair.

El primer conflicto laboral de los trabajadores con las compañías extranjeras se presentó con la huelga de 1937, una vez que se había constituido el Sindicato de Trabajadores Petroleros de la República Mexicana. Durante esos días, en que dejó de surtirse combustible a todo el país, la población adquirió conciencia plena de la importancia del petróleo. Las fábricas sin suficientes reservas comenzaron a detener actividades. Las máquinas agrícolas no tenían forma de trabajar. Las calles de la ciudad de México empezaron a verse semidesiertas. La fuerza y necesidad del energético se hicieron sentir en toda su magnitud.

Don Eduardo Suárez, quien participara en la solución del conflicto y fuera firmante del decreto expropiatorio como Secretario de Hacienda y Crédito Público, cita un dato que revela el provecho injusto que esas compañías sacaban de sus operaciones en México: … mientras el precio en Nueva York de un barril de petróleo, en promedio, en el año de 1936, era de 3.19 dólares, la compañía mexicana de petróleo El Aguila se lo entregaba a su filial a 1.96 dólares. ¿Con qué objeto?, se preguntarán algunos. Sencillamente con el propósito de ocultar aquí las utilidades para reducir el pago del Impuesto sobre la Renta y trasladar parte de la contribución sobre utilidades a otro país. Así, revisando la contabilidad encontramos numerosas triquiñuelas.

El dictamen de la Junta Federal de Conciliación y Arbitraje en diciembre de 1937, confirmado el 1º de marzo de 1938 por la Suprema Corte, obligaba a las empresas a cubrir 26 millones de pesos a los trabajadores. Las compañías se negaron a pagar y adoptaron una posición soberbia, intransigente y retadora frente a la máxima autoridad legislativa de la nación y ante el mismo Presidente, general Lázaro Cárdenas.

A pesar de las continuas y graves amenazas, y de las presiones económicas que las empresas impusieron sobre la paridad del peso con el dólar; que entonces se mantenía en 3.60 pesos, la expropiación se anunció por todas las estaciones radiofónicas el 18 de marzo de 1938. En el decreto, el gobierno se obligaba a pagar una indemnización a las empresas.

El hondo impacto que causó sobre la opinión pública no ha tenido repetición en los años subsecuentes. Puede decirse que todo México estuvo con el gobierno frente a las compañías petroleras. Cita Eduardo Suárez: . .. el 12 de abril hubo una manifestación de mujeres frente al Palacio de Bellas Artes. Miles de mujeres de todas las clases sociales, desde la más humilde hasta las aristocratizantes, fueron a entregar su contribución para pagar la deuda petrolera. Algunas entregaron joyas valiosas, y otras objetos de valor escaso. Hubo una viejecita de la clase humilde que llevó una gallina, la cual seguramente representaba una buena parte de su exiguo patrimonio. Actos ingenuos y conmovedores, pero de todos modos dan idea de lo que en momentos difíciles somos capaces de realizar los mexicanos.

EL PROBLEMA TÉCNICO DESPUÉS DE LA EXPROPIACIÓN

El 19 de marzo se presentó un problema esperado, pero no por ello menos pavoroso. Todos los técnicos de las compañías expropiadas habían abandonado el país y no existía un solo buque-tanque en nuestros puertos. En realidad, apenas se había iniciado la batalla de las empresas contra México.

El boicot establecido por las empresas extranjeras expropiadas fue de una magnitud enorme, pues pesaba una amenaza sobre todas las compañías que hubieran podido comprarnos petróleo o vendernos maquinaria, refacciones o materia prima (como el tetraetilo de plomo, que ya citamos en el capítulo anterior), indispensables para la industria petrolera.

Fue necesario un esfuerzo titánico para no dejar al país sin combustible. Los actos heroicos se dieron tanto en las fábricas como en la distribución de los productos. Afortunadamente, las dificultades técnicas fueron vencidas con gran oportunidad. Mucho tuvieron que ver en ello los profesionales de la química que habían empezado a formarse en el país desde 1916. A los 22 años de su creación, la Escuela Nacional de Ciencias Químicas empezaba a cubrir con eficiencia la necesidad de químicos e ingenieros químicos que la nueva industria nacionalizada requería.

FORMAS ALOTRÓPICAS DEL CARBONO

Un mismo elemento puede presentarse de diversas formas en la naturaleza, y no nos referimos precisamente a que pueda encontrárselo gaseoso, líquido o sólido, sino a las diferentes formas que adquiere un elemento aun en un mismo estado de agregación —por lo general el sólido—. A éstas se las denomina formas alotrópicas y este fenómeno se conoce como alotropía.

De nuestro formador de cadenas, el carbono, existen dos alótropos ampliamente conocidos: el diamante y el grafito. La existencia de ambos demuestra que las propiedades de las sustancias no dependen sólo de los átomos que las constituyen, sino también de cómo se encuentran arreglados.

El grafito de un lápiz y el diamante de una joya sólo contienen átomos de carbono, pero ¡qué diferentes son ambos sólidos! El grafito es negruzco, brillante, quebradizo y buen conductor de la electricidad, mientras que el diamante es transparente, aislante eléctrico y tan duro que permite cortar vidrio o bloques de granito. A pesar de las diferencias tan notables, si se calienta un diamante hasta 1 800°C, lentamente se convierte en grafito, que es el alótropo más estable. A la inversa, al aplicar presiones enormes, pequeñísimas muestras de grafito han podido transformarse en diamante.

Recientemente se han detectado otras dos formas alotrópicas del carbono, no tan conocidas como las anteriores: el carbón VI y los fullerenos. El primero está constituido por una larga cadena de átomos de carbono en los que se alternan triples enlaces y se lo ha encontrado en meteoritos y en almacenamientos terrestres de grafito. Por su parte, los fullerenos han sido la novedad científica de la segunda mitad de los años ochenta; su síntesis se logró en 1985 mediante la evaporación del grafito por medio de un rayo láser. Uno de los fragmentos formados tenía 60 átomos de carbono y se encontró que poseía una estructura simétrica cuasiesférica, muy parecida al balón de fútbol, con pentágonos y hexágonos alternados. Más tarde aparecieron otras moléculas con 28, 32, 50, 70, 76 y 84 carbonos. Al alótropo más abundante, el C60, se lo conoce de manera informal como futboleno, aunque formalmente todas estas formas llevan el nombre de fullerenos en honor a Buckminsterfuller, arquitecto inventor del domo geodésico, que tiene una estructura similar.

EL DILEMA SOBRE LA TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DEL PETRÓLEO O SU EMPLEO COMO ENERGÉTICO

Desde que México tuvo en sus manos las decisiones sobre la industria petrolera fue factible aprovechar esta materia prima en forma más racional y eficaz. No obstante, parece que aún se debate cómo hacerlo con el mayor provecho para la nación. Leopoldo García-Colín, uno de los científicos más destacados de nuestro país; ha dicho que "la tragedia más grande que le puede ocurrir a un país productor de petróleo es pensar que éste debe destinarse esencialmente a satisfacer sus demandas energéticas".

En efecto, resulta un desperdicio no transformar los componentes del petróleo para generar otros materiales, con mucho más valor agregado. La venta masiva de petróleo crudo sin procesar sigue el esquema que caracteriza a los países subdesarrollados: exportar materia prima e importar productos elaborados. En un libro de esta misma colección, Petroquímica y sociedad, Susana Chow compara elocuentemente el aprovechamiento energético del petróleo con el de la madera: ¿Qué pensarían si se les propusiera talar todos los bosques del mundo, para transformar sólo el 7% de la madera en muebles y papel, y el resto convertirlo en leña y carbón? ¡Pues esto es lo que se está haciendo actualmente con el petróleo y el gas natural!

Ya veremos que este problema no es privativo de México. En esencia, la utilización del petróleo es de orientación energética. Este mundo nuestro es un consumidor empedernido de energía. En este sentido, urge desarrollar fuentes alternas energéticas de consumo generalizado y guardar el petróleo para emplearlo en mejores fines, ya que pronto será escaso.

A pesar de los esfuerzos ya realizados, algunos de los cuales comentamos a lo largo de este capítulo, nuestro país debería adoptar un programa más enérgico de desarrollo e investigación de la petroquímica, la ciencia de las transformaciones químicas del petróleo.

Fórmula 5. Cuatro alótropos del carbono y sus estructuras cristalinas: a) diamante; b) grafito; c) carbono VI, y d) futboleno, C60.

PEMEX, FRUTO DE LA EXPROPIACIÓN

PEMEX, la industria estatal del petróleo desde 1940, orienta actualmente sus recursos a cuatro zonas prioritarias: a) Chiapas-Tabasco. b) Sonda de Campeche c) Paleocañón de Chicontepec d) Cuenca de Sabinas

En la actualidad, más de la mitad de la extracción se logra en la Sonda de Campeche, en la que los pozos están montados en más de cien plataformas sobre la superficie marina. Como dato curioso, el descubrimiento de esa enorme riqueza petrolífera tuvo lugar cuando un pescador, Rudecindo Cantarell, mientras pescaba camarón, vio unas manchas aceitosas en la superficie, que provenían de una chapopotera que liberaba petróleo en el mar, a cincuenta metros de profundidad.

Las reservas probadas del petróleo mexicano ascienden a cerca de 65 mil millones de barriles, según se informó en marzo de 1993, a 55 años de la expropiación.

PEMEX es la industria más importante del país, pues su contribución a la economía es esencial. Sus autoridades han informado que el petróleo surte 90% de la energía, más de 40% de las divisas que se captan del extranjero, y aporta alrededor de 30% de los ingresos fiscales. A 55 años del decreto expropiatorio, su mayor ingreso sigue siendo, con mucho, la venta de petróleo crudo. La producción en 1992 fue de casi 2 700 000 barriles diarios (un barril equivale a 159 litros), de los cuales exportó casi 1 400 000. De dicha exportación más la de gas y productos petroquímicos, PEMEX generó ingresos por 11 700 millones de dólares, y egresos por 4 900, de tal manera que su balanza de divisas fue positiva por un total de 6 800 millones de dólares.

Desde 1992, PEMEX es un corporativo que se compone de cuatro organismos descentralizados: PEMEX-Exploración y Producción PEMEX-Refinación PEMEX-Gas y Petroquímica Básica PEMEX-Petroquímica

PEMEX cubre buena parte de la producción petroquímica mexicana. Actualmente produce 45 petroquímicos, de los cuales comercializa 35, que obtiene en 19 centros productivos. En 1992, la producción de PEMEX-Petroquímica fue de 13 700 000 toneladas, o sea, ¡unos 170 kilogramos por habitante!

LOS PRODUCTOS PETROQUÍMICOS, COMO SI FUERAN JOYAS

Imagine el lector que el carbón pudiera transformarse a bajo costo en diamante, lo cual es factible desde el punto de vista técnico, pues ambos están constituidos exclusivamente por átomos de carbono. E imagine también que ello no alterara el valor del diamante, y que México se dedicara sistemáticamente a exportar carbón para que fuera procesado por otros países para fabricar diamantes y obtener estratosféricas ganancias. ¿Habría algún argumento para hacerlo y no montar aquí inmediatamente plantas productoras de diamantes?

Algo así sucede con el petróleo. Su transformación química permite obtener una enorme diversidad de productos muy valiosos: los petroquímicos. No obstante, por diversas razones económicas, casi 1 500 000 barriles de petróleo crudo salen diariamente de nuestros puertos. ¿Puede el amable lector imaginar el diámetro de una tubería y el flujo volumétrico que son necesarios para que circulen diariamente a través de ella 240 millones de litros? Tal vez baste decir que se requeriría llenar unas ¡6 000 pipas! para contener todo este líquido. Si éste fuera el mecanismo de transporte del petróleo de exportación, estas 6 000 pipas se tendrían que llenar diario con el crudo del subsuelo, formar una fila india de 60 kilómetros de largo, y ser vertidas en los buque-tanques que viajan hacia otros países.

Resultado de la crisis económica de los años ochenta fue también la disminución de las inversiones productivas. Sin embargo, en años recientes PEMEX ha vuelto a invertir, principalmente en la instalación de plantas para reducir problemas ecológicos. Por ejemplo, PEMEX-Refinación estuvo desarrollando en 1993, 17 nuevas plantas con una inversión cercana a los 1 100 millones de dólares.

Si bien es cierto que en 1982 México llegó a depender en 77.6% de las exportaciones de crudo (que resultaba una cifra escandalosa), no obstante, debido a la caída de los precios del barril y al crecimiento de las exportaciones manufactureras, esa relación se ha modificado (71.8% en 1983, 68.6% en 1984, 68.2% en 1985, 39.3% en 1986 —al entrar México al GATT— y en la actualidad se encuentra por debajo del 30%). Afortunadamente, las exportaciones se han diversificado. Los ingresos por concepto de petróleo crudo se redujeron drásticamente de 16 600 millones de dólares en 1984, a 6 300 en 1986 y fueron de 7 400 en 1992. Tal vez ahora que se reduce la tendencia a la monoexportación sea un buen momento para procesar el crudo que somos capaces de extraer.

A continuación, como este libro pretende informar y divulgar la ciencia central y crear conciencia de su necesidad, iniciamos un somero relato sobre cómo se obtienen y para qué son útiles los materiales petroquímicos.

ORÍGENES

La palabra petróleo es una castellanización del latín petroleum (de petra piedra y oleum aceite). Nuestros antepasados aztecas y chichimecas lo conocieron y lo denominaron chappotli o chapopoctli (del náhuatl chiahuatl = grasa y poctli humo).

La formación del petróleo se entiende hoy como una serie compleja de procesos geoquímicos ocurridos a lo largo de una centena o dos de millones de años. Su origen se debe a la lenta descomposición de la materia orgánica acumulada en cuencas marinas y lacustres, en un pasado remoto. El proceso de sedimentación y enterramiento propició los procesos químicos a altas presiones y temperaturas que dieron como resultado el aceite crudo y el gas natural, dentro de un ambiente rocoso. En ocasiones, estas acumulaciones profundas de petróleo adquieren altísimas presiones y encuentran fracturas o grietas por las cuales el aceite emigra hacia la superficie.

Originalmente, en México se encontró petróleo a flor de tierra, en las llamadas chapopoteras naturales u ojos de aceite. Los usos que los nativos dieron al aceite crudo son bien conocidos. Sin embargo, es hacia fines del siglo XVII cuando la humanidad se percata de su valor real y se inicia su explotación en formas diversas y rudimentarias. El primer pozo petrolero del mundo se perforó en Estados Unidos en 1859.

A partir de esa fecha se inicia la etapa de la exploración en México. Los pioneros desarrollaron sus esfuerzos basándose en la presencia de chapopoteras, pero les faltó el equipo necesario para seguir adelante. Los ojos de aceite volvieron a llamar la atención desde el inicio del siglo XX, cuando la primera compañía extranjera compró un terreno de 118 000 hectáreas que abarcaba parte de los estados de San Luis Potosí, Tamaulipas y Veracruz. El dueño de la hacienda quería venderla "porque esos ojos de petróleo resultan un problema para la ganadería". Curiosamente, por la venta le ofrecieron el triple de la suma que pedía (300 000 pesos), por lo que accedió inmediatamente a ese "buen negocio". Desde luego, una fuerte compañía era la que había hecho esta oferta, la Huasteca Petroleum Company. En abril de 1904, después de una perforación de poco más de 500 metros, el pozo La Pez Núm. 1 lanzó el primer gran chorro de petróleo y empezó a producir unos 1 500 barriles diarios.

HIDROCARBUROS

Los componentes esenciales del petróleo son los hidrocarburos. Reciben el nombre genérico de hidrocarburos las sustancias químicas compuestas solamente por dos tipos de átomos: carbono e hidrógeno. A pesar de esta limitante, el número de los hidrocarburos existentes es enorme. Son los compuestos orgánicos más sencillos.

Debido a que están constituidos por esos dos elementos, su fórmula general puede escribirse como:

CnHm

donde los números enteros n y m representan el número de átomos de cada elemento que contiene la molécula de un hidrocarburo dado.

Los químicos pioneros del siglo pasado, basados en el análisis químico —que permite conocer los elementos presentes en un compuesto, así como la proporción en que se encuentran— fueron capaces de reconocer que el carbono tenía una capacidad de combinación de cuatro. Es decir, que en muchos compuestos de carbono este átomo se enlaza químicamente con otros cuatro átomos vecinos. En la jerga química se dice que el carbono es tetravalente, o que su valencia es cuatro.

La razón por la que existen tantos hidrocarburos es la facilidad que tienen los átomos de carbono para enlazarse entre sí, formando cadenas moleculares. De esta manera, por lo menos uno de los cuatro enlaces de cada carbono se establece con otro átomo de carbono vecino. En los hidrocarburos, el resto de los enlaces corresponde a uniones carbono-hidrógeno.

Por tratarse de un elemento excepcional que fácilmente se enlaza consigo mismo, la química del carbono merece estudio aparte: la química orgánica. El número de compuestos orgánicos conocidos es enorme (véase el cuadro 5).

CUADRO 5. Crecimiento del número de compuestos orgánicos conocidos.

Año Número aproximado de compuestos

1880 12 000

1910 150 000

1940 500 000

1960 1 000 000

1970 2 000 000

1980 5 500 000

(Tomado de M. Freemantle, Chemistry in Action, Macmillan, 1987.)

LA EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO CRUDO

El petróleo es una endemoniada mezcla de multitud de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos. Aunque en menor proporción, puede contener también otros compuestos con elementos diferentes del carbono e hidrógeno, tales como oxigeno (O), azufre (S), nitrógeno (N) y hasta algunos metales, como vanadio (V), níquel (Ni) o hierro (Fe).

Fórmula 6. a) Tetravalencia del carbono. Este átomo se liga con otros cuatro por medio de enlaces que apuntan hacia los vértices de un tetraedro. Se acostumbra colocar una cuña al enlace que apunta hacia fuera del plano del papel y una línea punteada para el que sale hacia atrás.

El petróleo no existe en el interior de la corteza terrestre como en una alberca, sino que llena los poros de ciertas rocas.

Debido a la presión a la que se encuentra sometido el petróleo, en cuanto la perforación del pozo llega al manto petrolífero fluye a través de los poros de las rocas y sube por la tubería. Conforme se extrae el petróleo, la presión disminuye en el interior y, al cabo de los años, deja de fluir.

En ese momento el pozo se tapa o se intentan otros procedimientos de recuperación del petróleo, el cual aún moja todo el interior rocoso del pozo. Por ejemplo, al inyectar vapor dentro de un pozo aparentemente agotado se logra volver a levantar la presión y, como el petróleo es menos denso que el agua que se condensa, éste vuelve a fluir por la boca del pozo. En 1992, casi 30% de la producción nacional de crudo se obtuvo mediante esta técnica. Actualmente se realiza mucha investigación en esta dirección de recuperación secundaria o terciaria, como se la ha llamado.

Frecuentemente, la parte superior del entrampamiento está ocupada por los hidrocarburos gaseosos más ligeros, el denominado gas natural. La composición del gas natural es variable, pero el componente más abundante siempre es el metano (entre 70 y 90%), seguido del etano (entre 5 y 20%) y del propano (entre 5 y 1%) —véanse sus estructuras moleculares en la fórmula 6.

El aceite líquido por debajo del gas natural está formado por hidrocarburos que tienen entre 5 y 20 o más átomos de carbono. En él están disueltos otros hidrocarburos sólidos con mayor número de átomos de carbono, así como parte de los hidrocarburos gaseosos, que se disuelven debido a la alta presión del pozo. El aceite crudo tiene un color que varía entre café oscuro o verde hasta casi incoloro.

CUADRO 6. Los primeros productores mundiales de crudo en 1986.

País Porcentaje del total mundial

URSS 21.3

Arabia Saudita 17.1

Estados Unidos 16.7

México 4.2

Venezuela 4.0

REFINACIÓN

Tal cual es, el petróleo crudo tiene poco uso. Tiene que ser refinado para obtener de él productos útiles. Como toda mezcla, sus propiedades varían de pozo en pozo. Es más preciado el petróleo que contiene una mayor proporción de hidrocarburos con pocos átomos de carbono, o crudo ligero, ya que permite obtener mayor cantidad de gasolina y de productos petroquímicos.