Aire. Materiales y materias primas.

¿Cómo el aire ha influido en la humanidad?

La importancia del aire

• El aire es una sustancia esencial que no solo permite la vida, sino que también tiene múltiples aplicaciones en diversas industrias como la medicina, electrónica y tratamiento de aguas.

• Su presencia distingue a la Tierra de otros planetas y le da color al cielo.

Aplicaciones del nitrógeno

• Se menciona el nitrógeno como un componente clave del aire, utilizado en explosivos, nylon y criosirugía para tratar el Parkinson.

• A pesar de su relevancia actual, el reconocimiento de los componentes del aire tomó miles de años.

Descubrimiento y uso del fuego

• El hombre comenzó a utilizar el aire al aprender a encender fuego, lo que le permitió sobrevivir y cocinar alimentos.

• Este conocimiento se desarrolló mucho antes de entender científicamente qué era el aire.

Filosofía antigua sobre el aire

• La comprensión filosófica del aire fue limitada por creencias religiosas; Anaxímenes consideraba al aire como elemento fundamental.

• Aristóteles adoptó teorías sobre los cuatro elementos (agua, aire, fuego y tierra), mientras que Leucipo introdujo la idea de átomos indivisibles.

Avances científicos en la composición del aire

• En el siglo XVIII se demostró que el aire no es un elemento único; se identificaron oxígeno y nitrógeno como sus principales componentes.

• Experimentos realizados por científicos como Carl Shilly y Antoine Lavoisier llevaron a estos descubrimientos cruciales.

Contribuciones de Humboldt y Gay-Lussac

• Alexander von Humboldt estudió muestras de aire durante su exploración en América entre 1799 y 1804.

• Junto con Joseph Gay-Lussac, establecieron leyes sobre la combinación en volumen del oxígeno presente en diferentes altitudes.

Experimento sobre temperatura del aire

• Un experimento simple demuestra cómo cambia la temperatura del aire dependiendo de cómo se sopla: con labios cerrados produce frío debido a cambios en presión.

Avances en Telegrafía y Destilación del Aire

Introducción a Lord Kelvin y sus Contribuciones

• El honor de Lord Kelvin se debe a sus avances en telegrafía, brújula y el primer cable transatlántico.

• Su nombre proviene del río cerca de Glasgow, donde enseñó física durante 50 años.

• El experimento Shult Thompson fue crucial para la destilación del aire, aunque hubo pasos previos necesarios.

Expansión Adiabática

• La expansión adiabática es un proceso donde un gas pasa de alta a baja presión sin intercambio de calor con el medio.

• Un ejemplo práctico es el funcionamiento de un extintor, donde el dióxido de carbono se expande rápidamente.

• Al expandirse, algunos gases como el dióxido de carbono se enfrían hasta convertirse en nieve carbónica; otros como el hidrógeno pueden calentarse.

Innovaciones en Refrigeración

• En 1894, la necesidad de enfriar cerveza llevó al ingeniero Le Mans Carth von Linde a desarrollar una técnica revolucionaria para bajas temperaturas.

• Esta técnica utilizaba el efecto Schult Thompson y permitió grandes desarrollos en criogenia y aplicaciones médicas.

Proceso de Separación del Oxígeno

• Linde logró separar oxígeno del aire líquido mediante un sistema industrializado basado en el efecto Schult Thompson.

• El aire comprimido pasa por un recuperador de calor antes de ser expandido a presión media para su licuación.

Destilación Fraccionada del Aire

• Los procesos actuales siguen los principios establecidos por Linde: filtrado, compresión y enfriamiento del aire antes de la separación.

• El aire purificado se comprime a aproximadamente 6 bar y se enfría a -180 grados Celsius antes de entrar en la columna separadora.

Composición y Aplicaciones del Aire

• En la columna separadora, los líquidos acumulados son atravesados por burbujas que permiten la separación efectiva del oxígeno y nitrógeno.

• Otros gases nobles también son extraídos durante este proceso; estos son almacenados para diversas aplicaciones industriales.

La Importancia del Oxígeno y Gases Nobles en la Industria

Aplicaciones del Oxígeno en la Industria

• La destilación industrial del aire ha permitido obtener oxígeno de alta pureza, esencial para procesos como soldadura y corte de materiales.

• El oxígeno se utiliza en la metalurgia del aluminio y níquel, así como en la producción de ácidos minerales y colorantes, siendo fundamental para muchos procesos industriales que requieren oxidación.

• En tecnología medioambiental, el oxígeno puro se burbujea en aguas contaminadas para satisfacer la demanda biológica de microorganismos. Se aplica también en industrias farmacéuticas, alimenticias y automotrices.

• A finales del siglo XVIII se descubrieron gases raros o inertes presentes en el aire; un siglo después se les denominó gases nobles tras sintetizar compuestos con flúor.

• El argón es un gas inerte ideal para protección durante soldaduras a bajas temperaturas y tiene aplicaciones en fabricación de titanio.

Usos Diversos de los Gases Nobles

• El argón también se usa como gas de relleno en lámparas incandescentes y trajes secos para buceo técnico debido a su baja conductividad térmica.

• El láser de argón tiene aplicaciones médicas importantes, mientras que el helio se utiliza como gas de relleno en globos e investigación atmosférica.

• En criogenia, el helio actúa como refrigerante a temperaturas cercanas al cero absoluto; también es útil en soldadura por arco y presurización de combustibles líquidos.

• Los gases criptón y xenón son utilizados principalmente en luces estroboscópicas, destacando su importancia tecnológica.

Impacto Histórico del Nitrógeno

• La historia del nitrógeno muestra su dualidad: ayuda a combatir el hambre pero también fue clave para desarrollar explosivos durante guerras.

• Durante el siglo XIX, se evidenció que los vegetales necesitaban nitrógeno; las fuentes conocidas eran limitadas a depósitos naturales o amoníaco secundario.

• Fritz Haber desarrolló un método para fijar nitrógeno atmosférico convirtiéndolo en amoníaco; este avance fue perfeccionado por Carl Bosch para producción masiva.

Revolución Agrícola gracias al Método Haber-Bosch

• Este proceso sentó las bases para otras síntesis químicas importantes e impulsó la producción de fertilizantes nitrogenados esenciales para aumentar rendimientos agrícolas.

• La producción anual de fertilizantes nitrogenados creció exponencialmente desde menos de un millón hasta 140 millones de toneladas, ayudando a mitigar el hambre global.

Consecuencias Bélicas del Proceso Haber-Bosch

• La disponibilidad masiva de amoníaco facilitó la fabricación de explosivos justo antes del estallido de la Primera Guerra Mundial.

El Impacto de los Gases en la Historia y la Medicina

Uso de Armas Químicas y Reconocimiento Científico

• Se menciona que fue la primera vez que se utilizaron armas químicas en la guerra, lo que marcó un hito histórico.

• Haver, tras el conflicto, se refugió para evitar ser juzgado como criminal de guerra; recibió el Premio Nobel de Química en 1919.

Consecuencias del Cyclón B

• Haver murió sin conocer el uso del Cyclón B por los nazis en Auschwitz, donde murieron más de un millón de personas, incluidos sus familiares.

• Se contrasta el uso del cloro y el Cyclón B con gases medicinales utilizados para curar y salvar vidas.

Aplicaciones Médicas de Gases

• Los gases medicinales son esenciales en la medicina moderna, no solo como anestésicos sino también como fármacos.

• El nitrógeno líquido se utiliza en criosilugía; el dióxido de carbono es útil en cirugías superficiales.

Composición del Aire y su Importancia

• Se plantea una pregunta sobre la composición real del aire que respiramos y su referencia a una convención de 1947.

• Se discute cómo abrir una ventana puede cambiar la calidad del aire debido a contaminantes como hidrocarburos.

Desafíos en la Destilación del Aire

• La presencia de etileno representa un peligro durante la destilación del aire por su reactividad explosiva con oxígeno líquido.

• Se explica cómo se separa el etileno del oxígeno mediante diferencias en los puntos de ebullición.

Innovaciones en la Industria Alimentaria

• En la industria alimentaria, se considera cada vez más el papel del aire; técnicas como refrigeración son vitales para conservar alimentos.

• El dióxido de carbono se usa para carbonatar bebidas y crear atmósferas protectoras que preservan productos alimenticios.

Conservación y Almacenamiento Eficiente

• El uso controlado de oxígeno y dióxido de carbono extiende las posibilidades de almacenamiento para productos frescos.