Aprendamos sobre el amoniaco

Introducción 

En esta nueva semana conoceremos algo tan común como el amoniaco resulta también muy especial. En primer lugar, porque, además de su uso como limpiador, es una sustancia fundamental en la producción de fertilizantes y, por tanto, de alimentos. Pero también tiene efectos perjudiciales para el medio ambiente por el alto consumo energético requerido en su producción. Se desarrollaron cuatro actividad didácticas para el alumno, según el artículo presentado del amoniaco. 

 

El amoniaco está detrás de la mayor 

innovación del siglo XX.

Además de ser un conocido producto de limpieza, el amoniaco es esencial en la fabricación de fertilizantes que, a su vez, son necesarios para producir alimentos para el ganado y para toda la humanidad. El proceso químico para generar este compuesto nitrogenado apenas ha cambiado en 100 años y sigue siendo imprescindible para nuestra sociedad, aunque los científicos no saben cómo evitar sus consecuencias negativas sobre el medio ambiente. Enrique Sacristán, 01 agosto 2018.

Cuando durante el verano de 1909 el químico alemán Fritz Haber consiguió sintetizar amoniaco (partir de nitrógeno –el gas más abundante de la atmósfera– e hidrógeno, poco podía imaginar la enorme trascendencia de su descubrimiento. Años más tarde su compatriota Carl Bosch logró producir esta sustancia a escala industrial con la ayuda de catalizadores y reactores de alta presión. Haber y Bosch, además de recibir el premio Nobel por sus investigaciones, dieron nombre al proceso de producción del amoniaco que no ha dejado de utilizarse desde entonces. De hecho, el proceso de Haber-Bosch es la innovación más significativa del siglo XX.

Así lo recoge el estudio que investigadores de la Universidad del País Vasco han publicado en la revista Science and Engineering Ethics, donde hacen un recorrido histórico y detallan las tres actividades involucradas en cualquier proceso de innovación aplicadas a la síntesis del amoniaco: adquisición y generación de conocimiento, producción industrial y comercialización.

 “Cuando acabó la I Guerra Mundial, el amoníaco se constituyó como base insustituible en la producción de fertilizantes a gran escala, lo que contribuyó decisivamente al crecimiento de la producción de alimentos y de la población mundial; y todavía hoy seguimos dependiendo de este proceso”, subraya Astrid Barona, una de las autoras.

Una gran paradoja

Pero a pesar de su importancia, en el empleo masivo de los fertilizantes nitrogenados se produce una gran paradoja. Por una parte, son imprescindibles para asegurar la gran cantidad de alimentos que consumimos tanto nosotros como el ganado, y por otra, tienen un impacto negativo sobre el medio ambiente.

El motivo es que el aprovechamiento real del nitrógeno que se emplea en la síntesis industrial de fertilizantes es muy reducido, y por tanto, gran parte acaba provocando eutrofización de las aguas, pérdida de biodiversidad y alterando de forma negativa el balance atmosférico.

“Aunque el proceso de Haber-Bosch, de alto consumo energético, no cumple con los requisitos actuales de sostenibilidad, de momento no existe alternativa que lo sustituya”, reconoce Barona, “y el equilibrio entre las necesidades humanas y los recursos naturales sigue siendo una asignatura pendiente”

El proceso de Haber-Bosch incluye las tres actividades principales de toda innovación: adquisición de conocimientos, preparación para la producción y preparación para la comercialización. Estas actividades no tienen que ocurrir obligatoriamente en este orden, pudiendo seguir un camino de ida y vuelta constante (indicado con las flechas circulares). 

Propuesta didáctica Actividades para el alumnado

1. De forma individual, cada estudiante deberá buscar información sobre los siguientes conceptos: nitrógeno, amoniaco, fertilizantes. De esta manera poda precisar tres conceptos centrales del reportaje anterior.

• Nitrógeno

Elemento químico, símbolo N, número atómico 7, peso atómico 14.0067; es un gas en condiciones normales. El nitrógeno molecular es el principal constituyente de la atmósfera ( 78% por volumen de aire seco). Esta concentración es resultado del balance entre la fijación del nitrógeno atmosférico por acción bacteriana, eléctrica (relámpagos) y química (industrial) y su liberación a través de la descomposición de materias orgánicas por bacterias o por combustión. En estado combinado, el nitrógeno se presenta en diversas formas. Es constituyente de todas las proteínas (vegetales y animales), así como también de muchos materiales orgánicos. Su principal fuente mineral es el nitrato de sodio.

Gran parte del interés industrial en el nitrógeno se debe a la importancia de los compuestos nitrogenados en la agricultura y en la industria química; de ahí la importancia de los procesos para convertirlo en otros compuestos. El nitrógeno también se usa para llenar los bulbos de las lámparas incandescentes y cuando se requiere una atmósfera relativamente inerte.

• Amoníaco

El amoníaco, también conocido como NH3, es un gas incoloro con un olor característico compuesto de nitrógeno y átomos de hidrógeno. Se produce de forma natural en el cuerpo humano y en la naturaleza (en el agua, el suelo y el aire) e incluso en pequeñas moléculas de bacterias.

El amoníaco se produce de forma natural y se encuentra en el medio ambiente: en el suelo, el aire y el agua. El amoníaco también se renueva de forma natural como parte del ciclo de nitrógeno que se produce mientras se fertilizan las plantas. Como resultado de este proceso natural, el amoníaco no dura mucho tiempo en el ambiente y tampoco es bio acumulable.

El hidróxido de amonio, comúnmente conocido como amoníaco de uso doméstico, es un ingrediente en muchos productos de limpieza para la casa.

El amoníaco es un elemento fundamental para los fertilizantes de nitrato de amonio que libera nitrógeno, un nutriente esencial para el cultivo de plantas, incluidos los cultivos agrícolas y céspedes.

• Fertilizantes

Los fertilizantes son sustancias ricas en nutrientes que se utilizan para mejorar las características del suelo para un mayor desarrollo de los cultivos agrícolas. Existen tres tipos de fertilizantes:

·    Químicos: Son nutrientes elaborados por el hombre que, generalmente, son de origen mineral, animal, vegetal o sintético. Dentro de los fertilizantes químicos están los elaborados con los “nutrientes principales” para la tierra, que son nitrógeno, fósforo y potasio.

Orgánicos: Son aquellos que se forman naturalmente con una nula o poca participación del hombre para su formación; pueden ser de origen mineral, vegetal, animal o mixto. Un ejemplo de fertilizante orgánico es el estiércol.

·      Inorgánicos: Son sustancias derivadas de rocas y minerales que se aplican en el suelo o sustrato para elevar la fertilidad de los cultivos. La harina de roca es un ejemplo de fertilizante inorgánico.

Dentro de los beneficios del uso de fertilizantes en la agricultura encontramos que proveen los nutrientes que le hacen falta a la tierra o sustratos, mejoran el rendimiento de los cultivos y permiten tener una mayor producción agrícola.

2. Esta actividad se realizara como debate entre toda la clase, todos los alumnos deben participar y compartir la respuesta que hayan obtenido. Pregunta a tus padres o a los adultos de tu entorno si hay amoníaco en tu casa y para qué se utiliza. Mira, en su caso, la información del envase y describe los riesgos posibles de usarlo de forma inadecuada. Averigua también cómo se guarda y qué precauciones se adoptan para que no puedan usarlo los niños.

El Amonio Cuaternario, es un limpiador desinfectante que tiene un amplio espectro de eliminación de microorganismos como: virus, bacterias, hongos, levaduras.

Este químico se debe diluir en un litro de agua para obtener una concentración adecuada para desinfectar los pisos y otras superficies de uso frecuente. El amonio cuaternario debe actuar por al menos cinco minutos antes de volver a usar la superficie.

Uso y Aplicación

• ·Saneamiento general de utensilios y equipos.
• · Desinfección de hospitales, inodoros, instrumentos médicos.
• ·       Desinfección en plantas procesadoras de carne y alimentos, lecherías e industrias conexas.
• ·       Desinfección de ropa en lavanderías, hospitales, el hogar, etc.

Precauciones

Este químico se debe mantener en lugares donde los niños no puedan alcanzarlo, se debe tener cuidado para no tener contacto con los ojos, si llegara a tener contacto,  debe lavar con abundante agua y acudir a un medico inmediatamente.

3. ¿Qué es el amoniaco como sustancia química? ¿Qué elementos lo componen? ¿Qué propiedades tiene?

El amoníaco es una sustancia química producida tanto por los seres humanos como la naturaleza. Consiste de una parte de nitrógeno (N) y tres partes de hidrógeno (H3). La cantidad de amoníaco producida cada año por seres humanos es casi la misma producida anualmente por la naturaleza. Sin embargo, cuando se encuentra amoníaco en niveles que pueden causar preocupación, éstos probablemente se deben a su producción directa o indirecta por seres humanos.

Propiedades físicas del amoniaco.

·  Fórmula química: NH₃

· Masa molecular: 17,03 g/mol

· Punto de ebullición: -33ºC

· Punto de fusión: -78ºC

·  Densidad relativa del líquido (agua = 1g/ml): 0,68 

·  Solubilidad en agua: Buena (34 g/100 ml a 20ºC)

·  Presión de vapor (kPa a 26ºC): 1013

·  Límites de explosividad, (% en volumen en el aire): 15-28

· Temperatura de autoignición: 651ºC

·  Densidad relativa del gas (aire = 1 g/ml): 0,59

 

4.  En esta actividad formaran parejas y se realizara un cuadro para llevar un orden sobre las aportaciones principales de ambos investigadores ya que en el reportaje se habla de dos investigadores alemanes que hace ya más de un siglo consiguieron sintetizar y producir amoniaco a escala industrial.

Hace 100 años dos químicos alemanes, Fritz Haber y Carl Bosch, encontraron una manera de utilizar el nitrógeno del aire para hacer amoníaco, con lo que se hacen los fertilizantes indispensables para la alta producción de cultivos.

  

Fritz Haber	Carl Bosch
·     Proceso Haber-Bosch.          ·  Transformó el nitrógeno del aire para hacer amoníaco, para utilizarlo en la fabricación de fertilizantes que las plantas pueden utilizar para crecer.       ·  Independizó la síntesis del amoniaco y de productos nitrogenados, tales como fertilizantes, explosivos y materias primas químicas	·   Proceso Haber-Bosch.    · Los métodos químicos a presiones elevadas que inventó y desarrolló permitieron emplear el gas amoniaco en la fabricación de abonos artificiales.  ·   Para llevar a cabo el proceso utilizó recipientes a 500°C de temperatura y 200 atmósferas de presión.

Reflexión:

En esta semana, estudiamos y aprendí lo importante que es conocer sobre el amoniaco, en realidad no tenía mucho conocimiento sobre este tema, aprendí que el amoniaco viene en otras sustancias que nosotros utilizamos para limpiar en nuestros hogares, es un elemento importante para los fármacos, lo podemos reconocer fácilmente por su olor.

También aprendí que esta sustancias también la produce por los seres humanos como la naturaleza, muchas personas lo utilizan para fertilizantes y en ocasiones para explosivos.