Para la química, por ser una ciencia, se cumple todo lo dicho hasta ahora. Podemos definir esta ciencia, adoptando la definición del canadiense Nyholm:
La química es el estudio integrado de la preparación, propiedades, estructura y
reacciones de los elementos y sus compuestos, así como de los sistemas que forman.
Aquí es evidente que se da por entendida una multitud de conceptos: “preparación”, “propiedades”, “estructura”, “reacciones”, “elementos”, “compuestos” y “sistemas”.
De seguro en el futuro, la química nos ayudará todavía más a resolver los problemas actuales y a ahondar en el conocimiento de lo aún oculto. Pero también aprenderás que se han presentado muchos problemas con el manejo de las sustancias químicas peligrosas.
Los siguientes apartados resumen los aportes más importantes de esta ciencia en el siglo XX. Hablan, sin duda, del papel central de la química para el bienestar del género humano:
• Alimentación: Los vegetales requieren de nitrógeno asimilable para crecer. A principios del siglo XX se logró en Alemania la síntesis del amoniaco. Éste quizás es el proceso químico que más beneficio ha aportado al género humano, ya que la comida de la población depende actualmente de él. Hoy se producen unos
70 millones de toneladas de fertilizantes nitrogenados a partir del proceso descubierto por Fritz Haber y Carl Bosch.
Con la química se producen los fertilizantes que han multiplicado el rendimiento agrícola por hectárea. Al producirse más alimentos se ha contribuido a un explosivo crecimiento demográfico (de 1.7 a casi 6 000 millones de habitantes en un siglo).
• Origen de la vida y del universo: En el siglo XIX, se desarrolló la espectroscopía atómica (el estudio de la emisión de luz por átomos excitados). Pronto se reconoció la presencia de hidrógeno y helio en el Sol y, más tarde, de otros elementos. Con el telescopio se obtuvo el resultado de que esos mismos elementos aparecían en todo el Universo, y en proporciones similares. Gracias al análisis de la luz de las estrellas, en el siglo XX se encontró que las galaxias se alejan unas de las otras, dando lugar a la hipótesis de un Universo en expansión. Ello condujo a la teoría de que toda la materia estaba concentrada inicialmente y que el Universo se originó con una Gran Explosión .
En 1920, el ruso Alexander Oparin sugirió que los primeros aminoácidos se formaron a partir de los componentes de la atmósfera primitiva. Más tarde, los químicos estadounidenses Harold Urey y Stanley Miller demostraron experimentalmente que así es factible obtener una buena cantidad de ellos.
Más recientemente, se han develado los mecanismos de la formación primigenia de los componentes del ácido desoxirribonucleico (ADN), de polímeros de aminoácidos que exhiben formas primitivas de metabolismo, y se han lanzado propuestas para la síntesis de las primeras moléculas con capacidad de autorreplicarse.
¡El análisis químico estelar dio luces sobre la teoría actual de la formación del Universo! ¡Estamos lejos todavía, pero la química empieza a mostrar cómo se formó la vida en la Tierra!
• Biología molecular y el genoma humano: En 1962 el Premio Nobel de Química fue otorgado a James Watson y Francis Crick por descifrar en 1953 la estructura tridimensional del ácido desoxirribonucleico (ADN). Con este descubrimiento se abrieron las posibilidades para el estudio de la genética y de las bases moleculares de la vida. El ser humano tiene 3 000 millones de bases nitrogenadas, mientras que una mosca drosófila sólo tiene 165 millones, el hongo de la levadura cuenta con 14 y una bacteria como la que provoca la influenza posee únicamente 1.8 millones.
El Proyecto del Genoma Humano nace en 1990 con el objetivo de identificar el conjunto completo de instrucciones genéticas (60 a 80 mil genes) y, más tarde, el “texto” completo escrito en el ácido desoxirribonucleico (ADN) por medio de las bases nitrogenadas. Hacia el año 2001 se concretó el conocimiento de la secuencia del 100% del genoma.
Se presume que alrededor de 3 000 enfermedades tienen origen genético. Este proyecto dará luz sobre la esquizofrenia, el alcoholismo, el cáncer de mama, la enfermedad de Alzheimer o la depresión maníaca, entre otros males. Son varias las enfermedades en las que la diagnosis ha avanzado gracias al conocimiento de la alteración genética que las produce: la distrofia muscular de Duchenne, el retinoblastoma, la fibrosis cística, la neurofibromatosis y la obesidad, entre otras.
¡La química nos permite conocer las bases moleculares de la herencia y de la evolución de las especies!
¡El análisis químico del genoma humano nos llevará a entender muchas enfermedades y cómo atacarlas!
• Medicamentos y salud: La aspirina es el medicamento que más se ha consumido en la historia de la humanidad. Félix Hoffmann lo obtuvo en 1898. Otros medicamentos fundamentales para la erradicación de enfermedades son los antibióticos. Primero aparecen las llamadas “sulfas” o sulfonamidas, y luego la penicilina. Las nuevas generaciones de antibióticos han tenido un papel principal en el alargamiento de la vida humana en este siglo y la disminución de la mortalidad infantil. El problema es que un abuso en el uso de los antibióticos o su empleo sin receta médica ha vuelto resistentes a muchos microorganismos. Gracias al conocimiento de la mecánica de los fluidos, el transporte a través de membranas y la fisicoquímica de las superficies, el primer órgano artificial fue desarrollado en la década de 1960: el riñón artificial. Pocos años después la hemodiálisis era una realidad que salvaba vidas de pacientes con falla renal aguda.
La bioingeniería y la ingeniería genética actuales obtienen moléculas humanas importantes para el tratamiento de enfermedades a partir de cultivos de bacterias inoculadas con genes humanos. Así se fabrican hoy la insulina para la diabetes, el interferón (para regular la respuesta celular a las infecciones virales y a la proliferación del cáncer), antígenos, hormonas de crecimiento, anticuerpos monoclonales, factores antihemofílicos y tantos otros.
La industria farmacéutica desarrolla la síntesis de los medicamentos que previenen o atacan las enfermedades humanas. ¡La biotecnología y la biomedicina, con toda la química que hay detrás, avanzan para extender el período de la vida humana!
• Materiales: La química ha desarrollado materiales sintéticos cuyas propiedades superan a las de los productos naturales. Aparecen primero una multitud de polímeros sintéticos con los que se fabrica ropa y materiales de consumo. Más tarde surgen prótesis, así como órganos y tejidos artificiales. Luego cerámicas y materiales compuestos (fibras embebidas en una matriz polimérica) han revolucionado las industrias de la construcción y del transporte por su inigualable resistencia.
La revolución informática actual, fruto del “chip” y la microcomputadora fue posible gracias a la refinación del silicio. Igualmente, para la transmisión eficaz de las telecomunicaciones hoy se emplean vidrios de alta pureza (las fibras ópticas).
A últimas fechas ha nacido la nanotecnología. No existe una definición precisa de lo que significa esto, pero los científicos han aprendido cómo controlar el tamaño y forma de una amplia gama de materiales, a nivel atómico y molecular. En ese proceso han descubierto propiedades interesantes y potencialmente útiles, muchas de ellas no anticipadas por nadie. Los últimos 15 años han sido testigos de la explosión de herramientas relativamente baratas para interrogar y manipular materiales a escala de los nanómetros, tales como microscopios de exploración y sondeo. Al mismo tiempo, varios campos antes no relacionados (tales como la ingeniería eléctrica y la biología) han empezado a enfocarse a entender y controlar fenómenos físicos y químicos sobre esta escala de longitudes, típicamente de 1 a 100 nm. Dentro de esta nueva rama de la ciencia de los materiales existe un nuevo grupo de mexicanos, en San Luis Potosí, dedicados a trabajar
sobre nanotubos de carbono, que son estructuras formadas únicamente por átomos de carbono.
La química nos provee de los materiales que han revolucionado la industria, la informática y el consumo.
• Energía: El petróleo aporta hoy 60% de la energía mundial. Los procesos químicos de refinación nos permiten mejorar día con día la calidad de los combustibles. Respecto al carbón es importante idear procesos químicos que lo conviertan en combustibles gaseosos o líquidos, más manejables y menos contaminantes.
La química nos da pilas y acumuladores como fuentes de energía eléctrica. De la misma manera, la transformación económicamente viable de la energía solar en energía eléctrica o química se dará mediante el estudio de materiales con mayor eficiencia fotovoltaica.
La química es la base para la obtención de energía y la explotación racional de los recursos naturales.
• Reducción del impacto ambiental: En 1974, Mario Molina y Sherwood Rowland proponen que las moléculas de los llamados freones pueden afectar la capa de ozono estratosférica, que nos protege de la radiación ultravioleta del Sol. Reciben el Premio Nobel de Química en 1995, después de detectarse el hoyo de ozono en la Antártida y de comprobarse que dichos compuestos son los responsables del mismo. Un problema realmente global que amenaza la presencia de la humanidad en la Tierra será resuelto por el conocimiento químico de los mecanismos de reacción en la atmósfera terrestre.
¡Hoy más de 100 países han firmado protocolos para detener la producción de estos compuestos y la química ha desarrollado sustitutos menos dañinos para el ambiente!
No todos los casos han sido tan exitosos como los mencionados hasta ahora. También ha habido fracasos, accidentes y malos usos de la química. Conviene conocer estos malos ejemplos también, para que no se repitan más.
Las sustancias químicas con propiedades de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad e inflamabilidad (propiedades CRETI) representan un peligro para la salud humana y para el ambiente. El manejo de dichas sustancias implica un riesgo, ya que existe cierta probabilidad de daño como consecuencia de la exposición al peligro.No obstante, es importante prevenir que no se haya las condiciones de exposición que impliquen un grado importante de vulnerabilidad para la población.
Cuando no se establecen procedimientos rigurosos para el manejo de sustancias peligrosas, o cuando ocurren accidentes lamentables por la falta de mantenimiento o supervisión suficientes, o cuando definitivamente se piensa en la química como un arma para matar enemigos, nuestra ciencia acumula puntos negativos en la percepción de la sociedad. He aquí algunos ejemplos:
• Accidentes industriales: El isocianato de metilo se utiliza para sintetizar plaguicidas. En 1984, en Bophal, India, ocurrió una fuga industrial importante de este compuesto líquido. Su toxicidad es tan grande, que murieron alrededor de 2500 personas, entre obreros y habitantes de la ciudad.
Otro accidente similar había ocurrido años antes, en 1976, en la ciudad italiana de Sevesso. La sustancia tóxica en este caso fue la dioxina, con efectos teratogénicos, es decir, que causa anormalidades en el feto.
En la Ciudad de México, se presentaron, en 1984, seis explosiones en la planta de tratamiento de gas licuado de San Juanico. El informe oficial habla de 324 muertos, 200 casas totalmente destruidas y otras 500 con daños diversos.
¡Se requieren planes de seguridad integral que minimicen la probabilidad de
accidentes industriales!
• Exposición a sustancias peligrosas: Hoy existe una conciencia creciente acerca de los efectos potenciales sobre la salud de los compuestos que se arrojan al ambiente, sea por su producción, almacenamiento, venta, uso, transportación y/o eliminación.
Quizás el caso más sonado fue el de las ciudades japonesas de Minamata (1956) y Niigata (1965), en donde la industria arrojaba mercurio al agua de la bahía, que se acumuló en la cadena alimentaria. Primero se detectó la muerte masiva de los gatos, pero más tarde miles de personas enfermaron por la ingestión de pescado. El mercurio provoca desórdenes mentales, perturbaciones motoras, afecciones renales, daños pulmonares y, finalmente, la muerte.
¡Los desperdicios industriales deben caracterizarse y disponerse de manera
que no afecten la salud o el ambiente!
• Contaminación del aire: En las grandes ciudades, el uso de combustibles empobrece la calidad del aire. Estos procesos liberan gases que propician la formación de ozono (que irrita el sistema respiratorio), monóxido de carbono (gas tóxico que toma el lugar del oxígeno en la hemoglobina de la sangre) y dióxido de
azufre (sustancia tóxica que produce ácido sulfúrico, que luego se precipita en forma de lluvia ácida).
El caso más grave, con miles de muertos, se dio en Londres en 1952 cuando, por el frío invernal, miles de hogares quemaron carbón con alto contenido de azufre durante varios días en los que persistió una inversión térmica sobre la atmósfera de la ciudad.
Los procesos de combustión son fuente de energía, ¡pero también de contaminación!
• Productos no biodegradables: Un problema grave de los desperdicios plásticos o de los detergentes es que muchos de ellos permanecen inalterados en el ambiente durante muchos años, ya que no pueden ser destruidos biológicamente por los microorganismos. Es lamentable la contaminación de los ríos y los mares
con estas sustancias, pues amenaza con interrumpir la cadena alimentaria, con peligrosos efectos.
Hay que producir benefactores equivalentes que sí puedan ser degradados por bacterias y microbios, ¡aunque resulte un poco más caro!
• Plaguicidas: Los cultivos son atacados por insectos, babosas, caracoles, gusanos, hongos y bacterias, entre otras plagas. Las pérdidas de alimentos llegan a alcanzar 40% de las cosechas, por lo que es prioritario evitarlas. La química ha generado productos para ello, algunos de los cuales han resultado “remedios peores que la enfermedad”, por sus largos tiempos de permanencia en el ambiente y su efecto nocivo sobre la cadena alimentaria, como fue el caso del DDT. Los compuestos organo-clorados, como el DDT y el clordano provocan efectos degenerativos en el hígado. Su producción ha sido detenida en la mayoría de los países.
¡Todo producto que se introduce al ambiente debe pasar por pruebas irrefutables de toxicidad en vegetales y en animales superiores!
• Armas químicas: Los casos anteriores se deben de alguna u otra manera a la negligencia, pero la fabricación de armamento químico para aniquilar vidas humanas es absolutamente perversa, como perverso es todo tipo de guerra. El fosgeno o el gas mostaza —utilizados de forma directa en la Primera Guerra Mundial—, el agente naranja —sustancia defoliadora que destruyó la tierra cultivable en la Guerra de Vietnam—, y tantos otros, son ejemplos lamentables del mal uso de la ciencia hecho por cerebros execrables.
La ciencia es conocimiento. Puede usarse para salvar vidas o ¡para matar!
FUENTE: garritz.com/andoni_garritz_ruiz/documentos/00-Garritz.pdf
