Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

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Química verde y materiales sostenibles


La química verde es un enfoque revolucionario en el campo de la ciencia química, que se centra en diseñar productos y procesos que reduzcan el uso y la producción de sustancias peligrosas. Su objetivo es hacer la industria química más sostenible al reducir su impacto ambiental. Los materiales sostenibles, por otro lado, se refieren a materiales diseñados para tener una huella ecológica mínima al tener en cuenta todo su ciclo de vida desde la producción hasta la eliminación. Cuando se integran en la química energética y ambiental, estos conceptos brindan caminos prometedores para abordar problemas medioambientales.

Principios de la química verde

La química verde se guía por doce principios fundamentales desarrollados por Paul Anastas y John Warner. Estos principios enfatizan la prevención, la economía atómica, la síntesis química menos peligrosa, el diseño de productos químicos más seguros, la eficiencia energética, las materias primas renovables, entre otros. Aquí hay una breve descripción:

  • Prevención: Es mejor prevenir residuos que tratarlos o limpiarlos después de haber sido generados.
  • Economía atómica: Los métodos de síntesis deben diseñarse para maximizar la incorporación de todos los materiales utilizados en el proceso en el producto final.
  • Síntesis química menos peligrosa: Los métodos deben intentar usar y producir sustancias que tengan poca o ninguna toxicidad para la salud humana y el medio ambiente.
  • Diseño de productos químicos más seguros: Los productos químicos deben diseñarse para lograr su función deseada al tiempo que minimizan la toxicidad.
  • Solventes y excipientes seguros: El uso de excipientes (por ejemplo, solventes, agentes separadores) debe ser innecesario siempre que sea posible y, si se utilizan, deben ser lo más inocuos posibles.
  • Diseño para la eficiencia energética: Los requisitos energéticos deben identificarse por su impacto ambiental y económico y minimizarse. Los métodos de síntesis deben operar a temperatura y presión ambiente.
  • Uso de materias primas renovables: Siempre que sea técnica y económicamente viable, las materias primas no deben ser agotables sino renovables.
  • Minimizar la derivatización: La derivatización innecesaria (uso de grupos protectores, protección/desprotección o modificación temporal de procesos físicos/químicos) debe evitarse tanto como sea posible.
  • Catalización: Los reactivos catalíticos (tan selectivos como sea posible) son superiores a los reactivos estequiométricos.
  • Diseño para la degradación: Los productos químicos deben diseñarse de tal manera que al final de su vida se descompongan en productos de degradación inocuos y no persistan en el medio ambiente.
  • Análisis en tiempo real para la prevención de la contaminación: Los métodos analíticos deben desarrollarse más para monitorear y controlar el proceso en tiempo real antes de que se formen sustancias peligrosas.
  • Productos químicos intrínsecamente seguros para la prevención de accidentes: Los materiales y la naturaleza de las sustancias utilizadas en el proceso químico deben seleccionarse de tal manera que se minimice la probabilidad de accidentes químicos, incluidas emisiones, explosiones e incendios.

Material durable

Los materiales sostenibles están diseñados para proporcionar beneficios ambientales, sociales y económicos mientras protegen la salud pública y el medio ambiente a lo largo de su ciclo de vida. Esto incluye la extracción, producción, transporte, uso y eliminación o reciclaje. Los materiales sostenibles pueden clasificarse en varios tipos:

  • Sustancias biodegradables: Estas sustancias pueden descomponerse de forma natural por la acción de microorganismos.
  • Materiales reciclados: Materiales que han sido reprocesados y reutilizados.
  • Ingredientes de base biológica: Derivados de fuentes biológicas renovables, como plantas y animales.
  • Materiales no tóxicos: No liberan sustancias nocivas al medio ambiente.

Ejemplos de materiales sostenibles

Consideremos algunos ejemplos de materiales sostenibles en diferentes industrias:

  • Ácido poliláctico (PLA): Un polímero biodegradable hecho de recursos renovables como el almidón de maíz. Se utiliza ampliamente en empaques, utensilios desechables e implantes médicos.
  • Fibras de celulosa: Derivadas de plantas como el algodón, el yute y el cáñamo, estas fibras son alternativas sostenibles a las fibras sintéticas como el poliéster y el nylon.
  • Bambú: Renovable rápidamente, el bambú es una alternativa sostenible a la madera, utilizada en suelos, muebles y textiles.
  • Acero y aluminio reciclados: Los metales reciclados consumen menos energía que su producción original y reducen la contaminación ambiental.

Ejemplo funcional de química verde

Ejemplo visual: eficiencia de reacción

Examinando una reacción orgánica común, considere la síntesis de agua (H2O) a partir de hidrógeno y oxígeno. En la química convencional, los átomos pueden desperdiciarse en las reacciones, pero la química verde enfatiza la máxima eficiencia atómica. Use un ejemplo para ver cómo cada átomo en el reactivo termina en el producto:

 2H2 + O2 → 2H2O

En esta reacción, todos los átomos de hidrógeno y oxígeno se utilizan de manera eficiente y no se forman subproductos.

Estudio de caso: zeolitas en catalizadores

Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos que actúan como excelentes catalizadores en las reacciones químicas, como la conversión de hidrocarburos en gasolina. Se prefieren por su alta eficiencia atómica, selectividad y reutilización.

Considere el proceso de craqueo donde los hidrocarburos de cadena larga se convierten en moléculas más pequeñas y valiosas:

 C16H34 (hexadecano) → C8H18 (octano) + C8H16 (octeno)

El uso de zeolitas permite reacciones más eficientes y respetuosas con el medio ambiente, ya que operan a temperaturas más bajas que los procesos convencionales.

Impacto en la química energética y ambiental

La producción y el uso de energía son cuestiones críticas que afectan la calidad ambiental global y la prosperidad económica. La química verde y los materiales sostenibles ofrecen vías hacia soluciones energéticas verdes. Aquí hay algunas implementaciones:

Biocombustibles como energía renovable

Los biocombustibles, como el etanol y el biodiésel, se derivan de materiales renovables de plantas y animales. Proporcionan una alternativa más limpia a los combustibles fósiles, produciendo menos emisiones. Por ejemplo:

 C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

La reacción anterior describe la combustión del etanol. Libera energía con menos emisiones de carbono que las fuentes de combustible convencionales.

Células solares duraderas

Las células solares convierten la luz solar en electricidad, pero a menudo implican el uso de materiales no renovables o tóxicos como el cadmio. Los avances en química verde han introducido alternativas sostenibles con materiales fotovoltaicos orgánicos o células solares de perovskita sin plomo:

 CH3NH3PbI3 → Absorbedor solar de alta eficiencia (yoduro de metilamonio y plomo)

Se puede crear una alternativa sin plomo utilizando estaño para reducir la toxicidad ambiental, haciendo el ciclo de producción mucho más seguro.

Aplicaciones de materiales sostenibles en el mundo real

Ecodiseño en edificios

Los materiales sostenibles desempeñan un papel importante en la construcción al aumentar el aislamiento térmico y reducir el consumo energético. Algunos ejemplos incluyen bloques de cáñamo aislantes, acero reciclado y maderas rápidamente renovables como el bambú:

 Aplicación de elementos en la construcción: - Aislamiento de cáñamo, que reduce las necesidades de calefacción y refrigeración - El uso de acero reciclado reduce el consumo de energía y materias primas - Uso de bambú para suelos, una alternativa rápidamente renovable a la madera clásica

Industria textil y de la moda

La industria de la moda es conocida por su contaminación y desperdicio. La adopción de materiales sostenibles como el algodón orgánico, poliéster reciclado y fibras regeneradas como el Tencel (derivado de pulpa de madera) ayuda a reducir el impacto medioambiental:

 Ropa ecológica: - El algodón orgánico reduce el consumo de agua y el uso de pesticidas - Poliéster reciclado hecho de botellas de PET, reduciendo la necesidad de nuevas materias primas - Tencel, obtenido de forma sostenible de pulpa de madera, biodegradable y fabricado con un mínimo de agua y productos químicos

Desafíos en la implementación de la química verde y los materiales sostenibles

A pesar de los beneficios, existen desafíos para su adopción generalizada. Algunos de estos son:

  • Alto costo inicial de las tecnologías verdes.
  • Falta de conciencia y educación entre las partes interesadas.
  • Barreras regulatorias y falta de políticas de apoyo.
  • Desafíos técnicos al escalar procesos verdes.

Para superar estas barreras, la investigación en curso, la educación y la formulación de políticas deben centrarse en crear incentivos y estructuras de apoyo para la adopción de la química verde y los materiales sostenibles.

Conclusión

La integración de la química verde y los materiales sostenibles en la química energética y ambiental representa un cambio significativo hacia abordar algunos de los desafíos ecológicos más serios del mundo. Al reducir las sustancias peligrosas y optimizar la eficiencia de los materiales, es posible desarrollar soluciones innovadoras que protejan el medio ambiente y mejoren la salud humana. Los futuros avances en tecnología y políticas deben priorizar la sostenibilidad para lograr una salud ambiental duradera y una viabilidad económica.


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