Cómo los entornos de vacío permiten las reacciones químicas 7 de septiembre de 2021
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Tanto si su objetivo es eliminar la humedad, el oxígeno o el aire, las técnicas de vacío desempeñan un papel clave en la fabricación y el procesamiento de una amplia gama de productos químicos. Proporcionar un entorno limpio e inerte para que se produzcan las reacciones químicas es fundamental para la producción de productos puros en los que confiamos cada día.
Las llamadas técnicas “sin aire” utilizadas por la industria química implican la eliminación de reactivos no deseados como el agua, el oxígeno y el nitrógeno para crear un entorno en el que podamos estar seguros de que no se forman subproductos no deseados. A menudo, estas moléculas se sustituyen por gases inertes como el argón (o, en casos menos reactivos, el N2) para garantizar no solo la pureza, sino también la eficiencia en los procesos de fabricación.
Técnicas sin aire
Existen dos técnicas principales que se utilizan en el laboratorio de un químico para lograr un entorno “sin aire”, la primera de las cuales se conoce como caja de guantes. Esto implica la eliminación de partículas de un contenedor grande (sustituido por gas inerte) donde se colocan guantes para permitir la manipulación del equipo en las condiciones deseadas. La forma más común de eliminar el oxígeno de un dispositivo de este tipo es mediante el uso de un catalizador de cobre. La superficie metálica captura y almacena las moléculas como óxido de cobre, eliminándolas de cualquier reacción que pueda producirse. Un dispositivo típico utilizado para formar el vacío en este método sería una bomba rotativa TRIVAC D16B de Leybold.
La segunda técnica es utilizar una línea Schlenk. Los artículos de vidrio herméticos conectados mediante uniones de ajuste rápido se utilizan para reaccionar con productos químicos, donde los reactivos se pueden añadir con cánulas a través de un tabique de goma que se vuelve a sellar después de la perforación. Esta técnica proporciona un sistema más manipulador, en el que se mejora la destreza en comparación con una caja de guantes. Este tipo de sistema utiliza una bomba de vacío, como la bomba rotativa TRIVAC D4B de Leybold, para eliminar y restaurar continuamente moléculas inertes.
Caso práctico: Cloruro de titanio
Cada año se producen 250 000 toneladas de titanio en todo el mundo y se utiliza en una amplia gama de industrias, desde la ingeniería aeroespacial hasta la prótesis médica. Casi todo el titanio puro utilizado en la industria se recupera del cloruro de titanio (TiCl4), una sustancia producida por un proceso de línea Schlenk. La reacción química de esta formación se muestra aquí:
2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO
La fuente de titanio utilizada en esta reacción es un mineral de hierro/titanio conocido como ilmenita. El titanio de esta reacción es muy reactivo con el oxígeno y el agua (más que el cloro) y, por lo tanto, debe expulsarse de cualquier recipiente de reacción. Realizar esta reacción en condiciones de vacío inerte permite la producción de TiCl4 puro y sin adulteración, y sin esta tecnología sería imposible producirlo.
Resumiendo:
La industria química depende de procesos que maximicen el rendimiento, minimicen los costes y proporcionen materiales eficaces para innumerables usos. Sin la tecnología de vacío, sería imposible producir toda una gama de productos, desde fertilizantes y envases de alimentos hasta teléfonos móviles y naves espaciales. Esto resalta la importancia del trabajo realizado aquí en Leybold en la industria científica de todo el mundo y el importante papel que desempeña la tecnología de vacío en la vida cotidiana.
