En 1804, el geógrafo Alexander von Humboldt presentó a los europeos una sustancia maravillosa del Nuevo Mundo: el guano peruano. Durante incalculables años, las aves de mar que se alimentan de peces han depositado sus residuos ricos en nitrógeno sobre las islas rocosas de la costa sudamericana. El clima seco conservó los depósitos de gua- no en capas de 150 pies de profundidad. El acceso a estas deyecciones de ave era tan importante que Estados Unidos aprobó el Decreto de la Isla de Guano en 1856. Esta ley permitió a los ciudadanos estadounidenses que descubrieran una piedra o isla cubierta con guano poder tomar posesión de ella y cosechar el material. Tal vez ésta fue la pri- mera y única ocasión en que la soberanía territorial fue determinada por la química y no por la historia o la geografía.
Los empresarios estadounidenses hicieron fortunas vendiendo guano peruano a Euro- pa, como lo hicieron los importadores europeos. Sin embargo, no había el suficiente ferti- lizante rico en nitrógeno para satisfacer las necesidades de alimentación de una población en rápido crecimiento. El nitrógeno en el aire es abundante, pero no puede fertilizar cose- chas a menos que se convierta en sustancias líquidas o sólidas, como el amoniaco o el ni- trato de amonio. Por desgracia, el triple enlace en el nitrógeno es sumamente estable. Nadie podía deducir cómo romper este enlace y después obtener N para combinarlo con H a fin de elaborar amoniaco líquido. Nadie, hasta que Fritz Haber lo lograra.
Fritz Haber nació el 9 de diciembre de 1858 en Breslau, Alemania. Su madre murió poco después de su nacimiento; su padre dejó su crianza al cuidado de una variedad de pa- rientes. Bastante desorientado como adoles- cente, Haber asistió a 6 universidades en seis años. Aunque quiso ser químico, también encontró las clases de química demasiado abu- rridas o demasiado rigurosas. Finalmente se doctoró de la Universidad de Berlín en 1891, y estudió tecnología química: en una destilería de alcohol en Hungría, una fábrica de sosa co- mercial por el proceso Solvay en Austria y una mina de sal en Polonia. Estaba particularmen- te interesado en el nuevo campo de la química física e hizo su solicitud para estudiar con el gran Wilhelm Ostwald, pero fue rechazado. (Ostwald no parecía tener mucho ojo para percibir un joven talento; también rechazó la solicitud de Albert Einstein.) Haber obtuvo una posición finalmente en el Instituto de Karlsruhe de Tecnología. La ingeniería química no había surgido aún como una disciplina independiente, pero Ha- ber pensaba y actuaba como un ingeniero y resolvía muchos problemas prácticos en química. Era un hombre atractivo y enérgico, escritor de poesía sin sentido en su tiem- po libre.
En 1901, Fritz conoció y se casó con Clara Immerwahr. Ella fue la primera mu- jer en obtener un doctorado (en química) de la Universidad de Breslau, además de ser judía. (Fritz era de origen judío, pero se convirtió al cristianismo en 1892 porque ésa era la única manera en que podía conseguir un puesto universitario.) Al princi- pio de su matrimonio, Clara siguió en el terreno de la ciencia traduciendo literatura química y ayudando a Fritz a escribir su libro Thermodynamics of Technical Gas
Reactions. Pero llegaron los niños. Fritz era un marido y padre desconsiderado y a
menudo llegaba a casa con grandes grupos de amigos sin anunciarlo para fiestas y cenas. Después del nacimiento de su primer hijo, abandonó a su familia para viajar a Estados Unidos durante 5 meses.
Haber pasó momentos difíciles tratando de obtener el reconocimiento que sus contribuciones técnicas merecían. Quizá por su origen judío, o por su propensión a moverse precipitada e imprudentemente (y con éxito) en áreas de la investigación estudiadas por profesores famosos. (Ostwald le advirtió: “Los logros generados a un nivel mayor que el habitual, generan la oposición instintiva de los propios cole- gas.”) Posteriormente, en 1906, Fritz aprovechó un ascenso para una cátedra de eli- te en Alemania, y su interés en el problema de la fijación del nitrógeno aumentó. Al cambio del siglo, Alemania ya estaba lista para resolver el problema. Sus químicos y técnicos químicos eran los mejores en el mundo, su industria química era gran- de y diversificada, sus granjas necesitaban fertilizante y el acceso prolongado a los fertilizantes naturales era incierto. Ostwald y el electroquímico Walther Nernst tra- bajaron, sin éxito, en el problema de la fijación del nitrógeno. Haber tenía algunas ventajas sobre estos químicos físicos más establecidos: él tenía experiencia en el trabajo en plantas químicas y con equipo mecánico. Haber comprendió que eran ne-
La síntesis química de fertilizantes con contenido de nitrógeno a partir
del N2aumentó radicalmente la pro-
ducción agrícola. Cortesía de U.S.
Resumen 139
cesarias presiones más altas para llevar la reacción hacia la producción del amonia- co. Él y Robert Le Rossignol diseñaron y construyeron una cámara experimental de alta presión. Descubrieron que el hidrógeno y el nitrógeno se convertirían en amo- niaco sólo bajo condiciones inauditas: 200C y 200 atm. ¡En ese momento, 7 atm era considerado presión alta! Carl Bosch, el químico jefe de BASF, estaba intriga- do. Tres ejecutivos de alto nivel de BASF se presentaron en el laboratorio de Haber para verlo por ellos mismos. Por suerte, uno de los sellos en la cámara de alta pre- sión se rompió, y el experimento fue un desastre. Pero uno de los ejecutivos espe- ró durante mucho tiempo para ver el sello arreglado y fue recompensado con la visión asombrosa de una cucharada diminuta de amoniaco líquido. BASF firmó un contrato rápidamente con Haber para comercializar el proceso.
Muchos problemas persistieron para convertir el experimento de laboratorio en un proceso a escala industrial. Por ejemplo, químicos de BASF probaron 4 000 ca- talizadores diferentes y descubrieron que el hierro finalmente era el mejor. El pro- ceso, patentado en 1908, se comercializó 5 años después. La primera planta produjo 30 toneladas métricas por día. Haber se hizo rico más allá de lo imaginable. La in- vención del proceso de Haber-Bosch introdujo en el siglo XXel proceso químico in- dustrial, y conceptos tales como catalizadores metálicos y alta presión, reacciones de gas de alta temperatura.
Alemania se libró de su dependencia del fertilizan- te importado. Haber se convirtió en héroe nacional. Se posicionó como director del Kaiser Wilhelm Institute en Berlín, y socializó con la clase adinerada y poderosa de Berlín, incluso con científicos como Einstein y Lise Meitner. Entretanto, la sufrida esposa de Fritz, Clara, ingresó a un círculo social muy diferente; se adhirió al movimiento de la reforma y vistió ropas holgadas, se dedicó al comercio, se hizo amiga de los sirvientes y se alimentó de comida sencilla. Un científico visitante la confundió con una criada.
En 1914, Alemania invadió Bélgica. La guerra se propagó rápidamente hasta abarcar considerable parte de Europa. El grupo de intelectuales alemanes, inclu- yendo a Haber y otros científicos como Max Planck, to- maron la guerra como un “acto de purificación y un medio de redención”. Haber dirigió sus talentos cientí- ficos a fabricar municiones basadas en nitrógeno para refuerzo bélico. Convenció a Carl Bosch y a BASF de que fabricaran ácido nítrico a partir de su amoniaco. Sin el proceso Haber-Bosch, Alemania se habría quedado sin explosivos en 6 meses y la guerra quizá habría aca- bado rápidamente con la derrota alemana.
Las fuerzas aliadas y Alemania lucharon ferozmente durante 3 años, con un costo de millones de vidas, sin ceder la frontera salvo por unas cuantas millas. El estancamiento de la guerra llevó a los líderes alemanes (así como a líderes en Fran- cia, Bretaña y Estados Unidos) a considerar el uso de armas químicas y otras no convencionales. La Convención de La Haya, firmada a inicios de 1899 y 1907, pro-
Fritz Haber con Albert Einstein. Cortesía de Ar-
chiv zur Geschichte der Max-Planck-Gesells- chaft, Berlin-Dahlem.
hibió el uso de armas no convencionales que causaran sufrimiento innecesario. Pe- ro muchos (incluso Estados Unidos) no consideraron las armas químicas peores que la granada de metralla o los explosivos. El patriótico Haber estaba de acuerdo en desarrollar armas químicas para Alemania, por lo que personalmente supervisó el entierro de 6 000 cilindros de cloro líquido cerca del frente en Bélgica; los cilindros liberaron 150 toneladas de cloro y envenenaron a aproximadamente 7 000 soldados franceses. Éste fue el primer uso sistemático de armas químicas en la guerra. A fi- nales de la guerra, ambos bandos habían usado profusamente armas químicas, aun- que no había evidencia alguna de que su uso hubiera proporcionado ventajas militares. Clara despreció el trabajo de su marido en la guerra química, y le rogó pa- rar, sin ningún provecho. Una semana después del primer uso de cloro, al siguien- te día de haber sido anfitriona de una cena, Clara se disparó en el corazón. Su hijo de 13 años de edad, Hermann, la encontró moribunda. Fritz dejó al adolescente so- lo la siguiente mañana, para dirigirse hacia el Frente Oriental.
Por la rendición de Alemania en 1918, Fritz entró en una depresión profun- da. Según informes recibidos, el nombre de Haber aparecía en un borrador de de- lincuentes de guerra; envió a su segunda esposa y a sus dos niños a Suiza y escapó disfrazado. Sin embargo, su nombre no estaba en la lista final, y evitó ser persegui- do como un delincuente de guerra. Su fortuna cambió radicalmente una vez más, cuando se le otorgó el Premio Nobel por su desarrollo del proceso de síntesis del amoniaco. El premio causó gran controversia, debido a su trabajo en las armas quí- micas. Casi todos los ganadores de Premio Nobel no alemanes boicotearon la cere- monia.
A pesar de las prohibiciones de armas químicas y biológicas por el Tratado de Paz de Versalles y el Protocolo de Ginebra en 1925, Haber continuó promoviendo el gas venenoso y la investigación para la guerra química. Ayudó a la construcción de plantas de gas venenoso en la Unión Soviética y España, y seguía siendo un na- cionalista alemán dedicado. El levantamiento del partido nazi lo tomó por sorpresa. Como líder del Kaiser Wilhelm Institute, le pidieron en 1933 simultáneamente des- pedir a todos los judíos que trabajaban allí y mantener a todos los principales cien- tíficos. Esto era imposible, muchos de los científicos principales del momento eran judíos. Fue destrozado por el conflicto, y no quiso continuar produciendo el gas ve- nenoso para los nazis, ni despedir a sus científicos. Su salud se deterioró, su situa- ción financiera se volvió inestable, sus amigos lo abandonaron, y la industria química (salvo Carl Bosch) le retiró su apoyo. Finalmente, hizo algo. En una carta que enfureció a los nazis, exigió su derecho para permanecer en su puesto, pero se rehusó a usar la composición racial como una característica decisiva para el empleo. Este estridente nacionalista alemán dejó Alemania, nunca volvió. En 1934, murió de un ataque cardiaco en un hotel de Suiza.
Los nazis intentaron desacreditar a Haber afirmando que otros fueron los inven- tores del proceso de la síntesis del amoniaco. Sin embargo, estaban dispuestos a usar otra ramificación del trabajo de Haber. El pesticida Zyklon B, desarrollado en Alemania en fecha posterior a la Primera Guerra Mundial, bajo la dirección de Ha- ber, fue usado para asfixiar con gas a los prisioneros recluidos en los campos de concentración e incluso a algunos de los parientes de Haber.
2.1 L3, M/L3.
2.2 37 lb HCl, 63 lb H2O, 1.014 lbmol HCl, 3.5 lbmol H2O.
2.3 0.0446 gmol/L. Johnnie no es ningún genio; el H2O es un líquido a temperatu- ra y presión ambientes.
2.4 Sí, y sí.
2.5 Boca: mezclador. Estómago: reactor. Intestino: separador. Semicontinuo, a me- nos que usted sea un muchacho adolescente, en cuyo caso la entrada es casi continua. Estado no estacionario.
2.6 Sistema: cuenta de ahorros. Entrada: $5 000. Salida: $400. Generación: $350. Consumo: ninguno. Acumulación: $4 950.
2.7 ¡Porque la ecuación de balance de materia se aplica a la cantidad de materia, no a la composición!
2.8 No, porque hay un cambio en el número de moles con la reacción.
2.9 5 variables de corriente, 2 ecuaciones de balance de materia.
2.10 Ocons,1 699; Gcons,1 192; Wgen,1 904; Mgen,1 82.2; Cgen,1 658; Mcons,2
82.2; Hcons,2 164.4; Agen,2 82.2; todos en kgmol/h.
2.11 El aire es oxígeno y nitrógeno y nada más; todo el oxígeno y la glucosa se con- sumen en el reactor 1; el separador trabaja perfectamente; todos los reactivos se consumen en el reactor 2.
2.12 Flujo de masa total que entra 8 000 28 3 760 28 1 000 32
1 000 17 378 280 kg/h. Flujo de masa total que sale 6 000 28 3 760 28 1 000 105 378 200 kg/h. Parece bueno.
Referencias y lecturas recomendadas 141
Respuestas a los exámenes rápidos
Referencias y lecturas recomendadas
1. CRC Handbook of Chemistry and Physics (última edición) es una referencia de es- critorio inestimable que contiene muchas páginas de datos de propiedades físicas co- mo masa molar y fórmulas de compuestos orgánicos e inorgánicos, y densidades de compuestos puros así como mezclas. También contiene listas extensas de factores de conversión de unidades. El CRC Handbook es publicado por CRC Press, Boca Raton, Florida.
2. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook (última edición) es otra referencia de escri- torio inestimable que vale la pena comprar. El Perry tiene capítulos que cubren los factores de conversión de unidades, una revisión de temas de matemáticas, y algunos datos físicos y químicos. La mayor parte del manual se refiere a principios y méto- dos de ingeniería química; el libro incluye muchos bocetos de equipo del proceso químico. El Perry es publicado por McGraw-Hill, Nueva York.
3. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology es un compendio multivolumen de información sobre química y procesos químicos. La cobertura es verdaderamen- te enciclopédica e incluye datos referentes a la economía del proceso, el tamaño del mercado, propiedades físicas y químicas, y tecnología del proceso. Es publicado por
Wiley, Nueva York. Otros dos libros del mismo tipo son Shreve’s Chemical Process
Industries (última edición), McGraw-Hill, Nueva York, y McGraw-Hill Encyclope- dia of Science and Technology (última edición), McGraw-Hill, Nueva York. 4. Knovel Engineering and Scientific Online Database es una fuente integral de infor-
mación registrada. El manual de Perry y el manual CRC son algunas de las muchas referencias autorizadas registradas del banco de datos de Knovel. El acceso requiere una suscripción utilizada por muchas universidades y compañías.
5. El Round-up®, tema del estudio de caso, es usado ampliamente tanto por propieta-
rios de viviendas como por granjeros. Por lo general se considera seguro, pero esta seguridad ha sido desafiada por algunos. La toxicidad observada por el Round-up en algunos anfibios tiene su origen en un surfactivo usado en la formulación de produc- tos herbicidas y no en el ingrediente activo gliofosfato. Monsanto, el fabricante de Round-up, también vende Round-up Ready®para maíz, soyas y otras semillas; estas plantas se modifican genéticamente para contener una enzima resistente a la acción del gliofosfato. El Round-up Ready para cultivos ha generado controversia por el uso excesivo de herbicidas, derechos de patentes, propiedad de materiales de la cosecha e impactos en economías agrícolas más pobres. Chemical and Engineering News ha presentado varias historias que tratan las controversias que rodean al Round-up.