Tradicionalmente se ha asociado el sector de la química con el deterioro
medioambiental. Si bien antaño existió una fuerte relación entre las industrias
químicas y la contaminación en general, hoy el paradigma ha cambiado y la
química ha podido no sólo adaptarse a políticas tendientes a reducir el impacto
ambiental y generar sustentabilidad, sino que también puede convertirse en un
sujeto activo al servicio del planeta para evitar, mitigar o directamente remediar
procesos contaminantes.
Este nuevo enfoque de la química está basado en la denominada química
verde, y apunta a aprovechar las enormes bondades de esta disciplina -que
ha sido determinante para el avance tecnológico del último siglo- de forma
sustentable, es decir, sin comprometer a las generaciones futuras en pos de
satisfacer las necesidades del presente.
Y, como un ejemplo irrefutable de esta nueva química, vamos a presentar
a la fotocatálisis. La fotocatálisis es, en forma literal, catálisis
inducida por luz (“foto” deriva del griego phōs, que significa luz). La
catálisis es, básicamente, el proceso por el cual una reacción química que no
sucedería en forma espontánea se produce con un aporte mínimo de energía, y los
catalizadores son las sustancias químicas que la realizan. Resumiendo, ciertas
reacciones sólo ocurren en presencia de moléculas llamadas catalizadores.
Conociendo ahora el concepto de fotocatálisis, veamos su utilidad… La
mayoría de los contaminantes presentes en el aire o en el agua, como los óxidos
de nitrógenos despedidos por los coches o los hidrocarburos contaminantes de
desechos industriales en agua, pueden ser degradados a moléculas más pequeñas no
contaminantes, como el gas nitrógeno -que compone 70% del aire que respiramos-
o el dióxido de carbono -gas que exhalamos en cada ciclo de respiración-,
gracias a la catálisis. De hecho, el convertidor catalítico de un automóvil
funciona con un catalizador de metales preciosos y transforma hidrocarburos, óxidos
de nitrógeno y monóxido de carbono en agua, gas nitrógeno y dióxido de carbono.
Algo similar puede
realizarse con un baratísimo compuesto químico llamado Dióxido de titanio. El
dióxido de titanio (TiO2) es un semiconductor y fotocatalizador. Un
semiconductor es un material que puede comportarse como aislante o conductor de
cargas eléctricas, según las condiciones del ambiente. El silicio usado
en circuitos electrónicos, por ejemplo, es un semiconductor. En el caso del TiO2
como protagonista de la fotocatálisis, el proceso se inicia cuando el
semiconductor es iluminado con luz solar o artificial, absorbiendo radiación
ultravioleta. La energía lumínica que impacta sobre el material provoca el
escape de un electrón formando lo que se denomina par electrón-hueco.
Este hueco, de carga positiva (por la pérdida del electrón, de carga negativa
que mantenía neutra la molécula) forma lo que se conoce como radicales
libres; moléculas muy inestables, y por lo tanto muy reactivas. El hecho de
que los radicales libres sean tan reactivos redunda en moléculas altamente
oxidantes. Y que sean oxidantes es lo que buscamos, ya que la oxidación no es
más que la pérdida de electrones. La pérdida de electrones implica que se rompan enlaces en las moléculas,
lo que redunda en que las moléculas se vuelvan más pequeñas. Finalmente, que
una molécula se transforme en moléculas más sencillas significa simplemente que
se está degradando. Visto en algo cotidiano, cuando prendemos fuego a la leña
para el asado, estamos haciendo lo propio: oxidamos la madera convirtiéndola en
moléculas más pequeñas, en ese caso dióxido de carbono y agua. La energía que
se desprende de esa combustión es la luz y el calor brindado por las llamas del
fuego.
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Aunque parezca harina, no lo es.
Es el citado Dióxido de titanio.
Es así como la fotocatálisis propone resolver, por ejemplo, el problema
de purificar el agua, ya que no sólo degrada contaminantes, sino que también vuelve inactivas a bacterias y virus, es decir, descontamina y
desinfecta el agua. En la
Argentina, investigadores de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y
la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) lograron adherir dióxido de
titanio a botellas de plástico con el fin de producir un dispositivo purificador
barato y práctico: basta con colocar el agua a purificar dentro de las botellas
y dejarlas al sol un rato.
Por su parte, un grupo de científicos del Instituto de Química, Física
de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE) de la Universidad de
Buenos Aires ha desarrollado procesos para adherir el TiO2 a cerámicos, a fin
de producir cerámicas autolimpiantes. Estas cerámicas podrían ser utilizadas,
por ejemplo, en hospitales con la finalidad de mantener la higiene adecuada. O
bien, en cualquier cocina doméstica, para
mantener los azulejos libres de grasa.
Dos
de los prototipos desarrollados por el CNEA. Abajo la mencionada botella con
TiO2. Arriba un prototipo mas actual y completo: La botella negra contiene
nanopartículas de hierro que, ingresadas al circuito, remueven el arsénico del
agua. La gran columna violeta es la que provoca la fotocatálisis, ya que emite
luz ultravioleta, necesaria para formar la reacción de descomposición. Fotos: Gentileza
de la Comisión Nacional de Energía Atómica. www.cnea.gov.ar
Ese tipo de procesos químicos, aplicados convenientemente, pueden ayudar
a resolver el desafío de sustentabilidad al que nos estamos enfrentando hoy en
día, y que se recrudecerá en el futuro inmediato. La química entonces, como toda
ciencia, puede sumar mucho al progreso humano si es pensada con ese fin.
Galo
Ezequiel Balatti
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