Química y energía

Cuando se produce una rección química no solo tiene lugar un cambio material si no también energético. Sucede que todas las partículas tienen una energía interna debido a la clase de átomos que las forman, a sus enlaces, al estado físico y a otros factores diversos, es así que las partículas de los reactivos tienen una energía interna y las de los productos tienen la suya propia distinta a la anterior.

• Si la energía de los productos es mayor que la de los reactivos, es preciso comunicar energía para que la reacción pueda producirse, estas son la reacciones endotérmicas
• Si la energía de los productos es menor que la de los reactivos, la energía sobrante se desprende, generalmente en forma de calor, estas son la reacciones exotérmicas

Ahora bien, para aprovechar en la práctica esa energía son necesarias una serie de condiciones

• Los reactivos deben ser baratos, de fácil acceso abundantes.
• La reacción química no debe presentar dificultades técnicas de realización 
• La reacción química debe realizarse en forma rápida y desprender en ella mucho calor.

Las reacciones que cumplen esos requisitos son las combustiones ya que en ellas generalmente tienen el siguiente esquema.

Petróleo

El petróleo es un producto líquido, oscuro y viscoso constituida por una mezcla muy compleja de hidrocarburos (compuestos orgánicos de carbono e hidrógeno) , aunque pueden aparecer otras sustancias que contengan nitrógeno y azufre.

Origen del petróleo

La formación de los yacimientos petrolíferos tiene su origen en el depósito de microorganismos animales y vegetales, hace cientos de miles de añosen el fondo de los océanos. Este depósito, junto con otros sedimentos minerales, ha sufrido una transformación muy lenta en la que han intervenido temperaturas de hasta 150C y presiones próximas a las 1000 atmósferas. 
El resultado de este proceso es una roca compacta donde se generan poco a poco hidrocarburos líquidos o gaseosos los cuales tienen la tendencia a remontar a la superficie porque su densidad es menor que el agua y que la de las rocas sedimentarias. En ocasiones afloran a la superficie terrestres productos bituminosos, lo que ha generado la palabra petróleo “aceite de piedra”.

Estos hidrocarburos detienen su ascenso cuando encuentran una falla o un anticlinal formados por rocas imperneables. Entonces se acumulan en rocas porosas dando lugar a los yacimientos actuales. 
Normalmente, los gases, que son menos densos, ocupan la parte superior de la roca porosa, después se sitúan los petroleros y por último, el agua en la parte inferior. No se forman bolsas o lagos subterráneos de gas y petróleo, como se cree a veces.

Los yacimientos petrolíferos se detectan fundamentalmente mediante procedimientos sísmicos, este estudio unido a las medidas de las variaciones del campo magnético terrestre y del valor de la gravedad, permite conocer de manera precisa la situación de los yacimientos. No obstante como es lógico estos análisis no se hacen en cualquier parte, sino que previamente se debe tener confirmación, por parte de los geólogos, de que la estructura rocosa y los fósiles presentes corresponden a un lugar presuntamente petrolífero.

Composición y refinado del petróleo

El petróleo crudo que se obtiene de un yacimiento petrolífero es un líquidos más o menos viscoso y de color variable hay petróleos de color amarillo pálido y otros de color negro esto depende de su composición química. El petroleo se lo puede clasificar según su composición de acuerdo a lo siguiente:

• Petróleo de base parafínica Predominan los hidrocarburos saturados o parafínicos. Son muy fluidos de colores claros y bajo peso específico (aproximadamente 0,85 kg/L). Por destilación producen abundante parafina y poco asfalto. Son los que proporcionan mayores porcentajes de nafta y aceite lubricante.
• Petróleo de base asfáltica o nafténica Predominan los hidrocarburos etilénicos y dietilínicos, cíclicos ciclánicos (llamados nafténicos), y bencénicos o aromáticos. Son muy viscosos, de coloración oscura y mayor peso específico (aproximadamente 0,950 kg/L). Por destilación producen un abundante residuo de asfalto. Las asfaltitas o rafealitas argentinos fueron originadas por yacimientos de este tipo, que al aflorar perdieron sus hidrocarburos volátiles y sufrieron la oxidación y polimerización de los etilénicos.
• Petróleo de base mixta De composición de bases intermedias, formados por toda clase de hidrocarburos: Saturados, no saturados (etilénicos y acetilénicos) y cíclicos (ciclánicos o nafténicos y bencénicos o aromáticos). La mayoría de los yacimientos mundiales son de este tipo.

El petróleo crudo como sale de los yacimientos es generalmente initilizable sino que se separa en mezclas más simples de hidrocarburos que tienen usos específicos. La transformación del petróleo en productos utilizables recibe el nombre de refinado. Operación que omplica esencialmente dos actuaciones destilació fraccionada y cracking.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar mezclas de líquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calorífico y másico entre vapores y líquidos. Se emplea cuando es necesario separar soluciones de sustancias con puntos de ebullición distintos pero cercanos. Una de las fuentes más importantes de materias primas es el petróleo, procesado en grandes cantidades en las refinerías. 
La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ello facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. Cuando se calienta una mezcla de líquidos cuyas temperaturas de ebullición son diferentes, se produce una mezcla de vapores que es más rica en loa componentes más volátiles, es decir, de ebullición más basja. Así si se refrigera a esta mezcla de vapores hasta que condensa (destilación), resulta un líquido más rico que el original en componenetes volátiles, y al mismo tiempo, el líquido original es más rico en componentes menos volátiles.

Repitiendo este proceso de destilación de manera sucesiva sobre los líquidos resultantes se consigue descomponer la mezcla original en una serie de líquidos cuyas temeperaturas de ebullción son diferentes, este proceso denominado destilación fraccionada y es el que se aplica al petróleo para separar sus distintos componentes. Esta operación se realiza en torres de 8 metros de diámetro y hasta 60 metros de alto, los componentes del petróleo en las bandejasde condensación situadas en los diferentes niveles de la torre, quedando ordenados de menor a mayos volatilidad.  

 Fragmentación catalítica o cracking

En las bandejas inferiores de las torres de destilación fraccionada se depositan los compuestos más pesados del petróleo crudo original, que con frecuencia superan ampliamente en cantidad la demanda del mercado. Por esta razon se les somete a un tratamiento que consiste en romper sus moléculas y generar sustancias más ligeras y volátiles. 
Esta reacción de ruptura se realiza a una temperatura de 500 grados centígrados y a presión atmosférica, utilizando como catalizador una zeolita que es un aluminosilcato. Como consecuencia, se obtiene gasolina catáliticas de gran calidad (50%) , junto a diesel (15%) , butano(10%), propano(5%), metano y etano (5%) y residuos poco utilizables.

Por último conviene destacar que mediente reacciones químicas adecuadas realizadas a partir de los derivados del petróleo, se obtiene toda una serie de productos absolutamente necesarios para la sociedad actual, como pueden ser los plásticos y fibras, las resinas, las pinturas, los colorantes, etc.   

Composicion y uso del gas natural

El gas natural que se sitúa en la parte superior de un yacimiento petrolífero está constituido básicamente por metano, llegando a alcanzar un porcentaje del 95%, junto a el se encuentran otros hidrocarburos ligeros, como el etano, el propano y el butano, además de nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. 
El gas natural se utiliza fundamentalmente como combustible doméstico e industrial, pero también se emplea como matería prima para la producción de diversos compuestos de gran interés.  

Entre los productos finales obtenidos por esta vía cabe citar el ácido sulfúrica, el acetileno, el metanol, el amoníaco y el ácido nítrico. El metano no es tóxico, pero mezclado con el aires en muy inflamable e incluso explosivo cuando la mezcla guarda ciertas proporciones por lo que debe ser manipulado con las debidas garantias.