Quimica de Las Arcillas

I .

¿ Q U É

S O N

L A S

A R C I L L A S ?

A ESTA pregunta sencilla le podemos buscar una respuesta de acuerdo con el pensamiento de Campoamor: " ... todo es según el color, del cristal con que se mira". Es decir que si desde el  punto de vista geológico las arcillas son minerales naturales que se formaron hace varios millones de años  que reúnen las caracter!sticas peculiares de composición  formación relacionadas con el curso de la evolución de la ierra, ierra, para el artista constituen los materiales  pl#sticos o los pigmentos que le permiten e$presar, mediante formas  composiciones composiciones de color, un estado de alma o de conciencia que puede ser bello. %esde un punto de vista utilitario las arcillas han sido los materiales preferidos por el hombre  para la manufactura de utensilios que sirven en la cocción  el consumo de sus alimentos, de vasi&as de barro para almacenar  añe&ar el vino, de pie'as finas de porcelana, as! como pisos de mosaico  embaldosados. embaldosados. (a )poca moderna ha incorporado a las arcillas en numerosos productos de uso cotidiano a trav)s de las nuevas tecnolog!as de modo que, aunque no lo percibamos, las arcillas forman  parte importante de nuestras vidas. *n e&emplo son los nuevos materiales polim)ricos que incluen en su composición las arcillas minerales con el fin de lograr superficies suaves al tacto  propiedades mec#nicas me&oradas, como en los &uguetes, en las partes de automóvil  en otros componentes que son, adem#s, resistentes a la flama  al desgaste. Algunos Algunos productos de alta alta tecnol tecnolog! og!aa incorp incorpora orann a las arcill arcillas as en alta alta propor proporció ción, n, como como los con conver vertid tidore oress catal!ticos que se utili'an en el control de emisiones contaminantes contaminantes de los veh!culos de motor, o bien en el papel incombustible con que se provee a los astronautas desde el accidente del Challenger o en las revistas de alta calidad. E$isten otras aplicaciones masivas de las arcillas minerales: los lodos de perforación de los  po'os petroleros, los moldes de fundición  los catali'adores empleados en la refinación del  petróleo.  +o faltan las aplicaciones en el campo farmac)utico  en los productos de belle'a, a que las arcillas forman parte importante de los talcos desodorantes, &abones  cremas, pastas de dientes, etc. ero -de&emos esa lista interminable,  volvamos a la pregunta original: /0u) son las arcillas1 El diccionario nos dice lo siguiente: (as arcillas son las rocas blandas que se hacen pl#sticas al contacto con el agua, siendo fr#giles en seco,  con gran capacidad de absorción. (a Enciclopedia las define as!: (a arcilla es un silicato de aluminio hidratado, en forma de roca pl#stica, impermeable al agua  ba&o la acción del calor se deshidrata, endureci)ndose mucho. (a Enciclopedia t)cnica dice:

(as arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral que es pl#stico cuando se humedece  que consiste de un material granuloso mu fino, formado por part!culas mu pequeñas cuo tamaño es inferior a 2 micras,  que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidr hidrat atad ados os 3-4 3-4 micr micraa es la die' die'mi mil) l)si sima ma parte parte de un cent cent!m !met etro ro o sea sea la dime dimens nsió iónn apro$imada de los microbios comunes5. Encontramos pues una serie de conceptos que van m#s all# de la noción de "tierrita" que ten!amos originalmente. or e&emplo, los sedimentos referidos en la definición anterior son aquellos minerales naturales que se han depositado en los lechos de lagos  mares por la acción de arrastre de los r!os. El material granuloso puede ser tan fino que podr!amos poner un gr#nulo en la pata de una mosca -sin que se entere de que lo lleva Con la auda de un microscopio óptico podr!amos amplificar la imagen de uno de estos granos hasta llegar a unas dos mil veces, pudiendo observar as! el ob&eto de cuatro micras con el tamaño de un grano de arro'. +o obstante, la rugosidad  la estructura interna del grano no son observables a esos niveles de amplificación. +ecesitar!amos de un instrumento m#s poderoso: el microscopio electrónico, con el que es posible alcan'ar una amplificación de unos quince mil aumentos. As!, el grano que ve!amos antes como un grano de arro' ahora se nos convierte en una ho&uela con los bordes curvados hacia arriba, tal  como se muestra en la figura 4. Esta ho&uela se aseme&a a las placas de barro en un suelo secado, contra!do  agrietado por el 6ol. /+o es as!1 Ahora bien, /qu) pasa si observamos la ho&uela con maor amplificación1 7eremos que, a medida que aumenta el tamaño de la ho&uela, nos vamos concentrando m#s  m#s en una  pequeña porción porción del material, tal  como como se muestra en la figura 8, donde observamos el el borde de la ho&uela a 899 999 aumentos, es decir que ahora un cent!metro de la figura 8 equivale a -la veinteava parte de una micra, o sea a cinco millon)simas partes de un cent!metro, as!, vemos en la figura 8 que, a esta escala, el borde de la ho&uela parece formado por una serie de l#minas apiladas una encima de la otra, dispuestas como si fueran las ho&as de un libro, o de un pastel -mil ho&as, /no es as!1

Figura 1. Hojuela de arcilla ampliicada 1! """ #ece$.

(as arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral que es pl#stico cuando se humedece  que consiste de un material granuloso mu fino, formado por part!culas mu pequeñas cuo tamaño es inferior a 2 micras,  que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidr hidrat atad ados os 3-4 3-4 micr micraa es la die' die'mi mil) l)si sima ma parte parte de un cent cent!m !met etro ro o sea sea la dime dimens nsió iónn apro$imada de los microbios comunes5. Encontramos pues una serie de conceptos que van m#s all# de la noción de "tierrita" que ten!amos originalmente. or e&emplo, los sedimentos referidos en la definición anterior son aquellos minerales naturales que se han depositado en los lechos de lagos  mares por la acción de arrastre de los r!os. El material granuloso puede ser tan fino que podr!amos poner un gr#nulo en la pata de una mosca -sin que se entere de que lo lleva Con la auda de un microscopio óptico podr!amos amplificar la imagen de uno de estos granos hasta llegar a unas dos mil veces, pudiendo observar as! el ob&eto de cuatro micras con el tamaño de un grano de arro'. +o obstante, la rugosidad  la estructura interna del grano no son observables a esos niveles de amplificación. +ecesitar!amos de un instrumento m#s poderoso: el microscopio electrónico, con el que es posible alcan'ar una amplificación de unos quince mil aumentos. As!, el grano que ve!amos antes como un grano de arro' ahora se nos convierte en una ho&uela con los bordes curvados hacia arriba, tal  como se muestra en la figura 4. Esta ho&uela se aseme&a a las placas de barro en un suelo secado, contra!do  agrietado por el 6ol. /+o es as!1 Ahora bien, /qu) pasa si observamos la ho&uela con maor amplificación1 7eremos que, a medida que aumenta el tamaño de la ho&uela, nos vamos concentrando m#s  m#s en una  pequeña porción porción del material, tal  como como se muestra en la figura 8, donde observamos el el borde de la ho&uela a 899 999 aumentos, es decir que ahora un cent!metro de la figura 8 equivale a -la veinteava parte de una micra, o sea a cinco millon)simas partes de un cent!metro, as!, vemos en la figura 8 que, a esta escala, el borde de la ho&uela parece formado por una serie de l#minas apiladas una encima de la otra, dispuestas como si fueran las ho&as de un libro, o de un pastel -mil ho&as, /no es as!1

Figura 1. Hojuela de arcilla ampliicada 1! """ #ece$.

Aún m#s, si ponemos en contacto a la arcilla con el agua, ver!amos cómo las ho&uelas se separan unas de otras, abri)ndose,  si las secamos e$traendo el agua absorbida entonces observar!amos el efecto de contracción del espacio entre las l#minas, -como si fuera un acordeón qu!mico 6e menciona en las definiciones precedentes que la arcilla es un silicoaluminato hidratado, es decir que desde el punto de vista qu!mico est# compuesta de silicio  Si;, aluminio Al;, o$!geno O; e hidrógeno  H;. or ello, nada m#s natural que comen'ar nuestro tema echando una mirada a esa familia de minerales, los silicatos, que forman el #rbol genealógico de las arci arcilla llas. s. Abroc broche hemo moss pues pues nues nuestr tros os cint cintur uron ones es  empr empren enda damo moss la búsq búsque ueda da de las las caracter!sticas !ntimas de las arcillas.

Figura %. &orde de la 'ojuela ampliicado %" """ #ece$.

(L ORI)(N *( LOS SILICA+OS Aun con las t)cnicas modernas disponibles ho en d!a, el conocimiento que tenemos de la corte'a terrestre es mu limitado, a que sólo se ha e$plorado una pequeñ!sima porción del casquete superficial, es decir apro$imadamente los primeros cuatro del di#metro terrestre 48 ?29
superficie, dando origen a las rocas b#sicas como los basaltos. En cambio, la afloración del material fundido proveniente de la capa 6@A(, a trav)s de las hendiduras  fallas, originó la formación de las rocas !gneas de car#cter #cido: los granitos. (as segregaciones del magma caliente, su migración  su compactación posteriores, dieron origen a diversos minerales, como las cromitas, magnetitas, corindón, sienitas, m#rmoles  cuarcitas, entre otros. *nos m#s resultaron de la presión de los suelos al replegarse, como ocurrió con el grafito. (a acción de los vapores  de los gases calientes sobre las primeras rocas condu&o a su alteración  a la consecuente formación de me'clas finas de minerales. Estas últimas  permanecieron en forma de residuos o bien fueron transportadas  depositadas en los lechos de los r!os  en los fondos marinos. El arrastre  depósito de esas me'clas finas pudo efectuarse por v!a fluvial, es decir, por acción de los r!os o bien por medio de los glaciares  los vientos. El resultado fue su depósito en los lechos lacustres  marinos, lo cual produ&o los acimientos m#s importantes. or lo anterior, es f#cil aceptar que el B> de la corte'a terrestre est# formada por silicatos. (a corte'a tiene una densidad media de 8.?, mientras que la densidad media de la ierra es de ., o sea que en el interior se concentran los elementos m#s pesados, hierro, n!quel, etc)tera. ero, /por qu) son importantes los silicatos1 A esta pregunta que el lector pudo haber  formulado se le ha de buscar una respuesta que a fue mencionada en la primera parte de esta obra: (os silicatos forman el #rbol genealógico de las arcillas. (a familia de los silicatos comprende la maor!a de los minerales de la corte'a terrestre, incluido el cuar'o , como veremos, su composición  estructura est#n relacionados directamente con la historia geológica de la ierra, es decir, que dependen de la naturale'a de la roca madre que les dio origen, as! como del ambiente a que fueron sometidos durante la etapa de arrastre o deposición. (as arcillas son, pues, una rama de los silicatos  su formación obedeció a tres mecanismos principales: 1; por herencia, 2; por neoformación  3; por  transformación. El primer mecanismo indica que el material arcilloso fue derivado directamente de una roca madre  es este tipo de arcillas el que predomina en los sedimentos de lagos  mares. (os otros dos mecanismos implicaron una reacción qu!mica entre varios componentes Do  bien a partir de la arcilla originalD, por lo que este tipo de formación requirió de maor  energ!a  de ciertas condiciones hidrot)rmicas. Curiosamente, estos mecanismos est#n relacionados con la latitud en el planeta, de modo que encontramos que el primer mecanismo fue m#s común en las regiones #rticas, mientras que la neoformación  la transformación resultaron dominantes en los trópicos húmedos. A las arcillas que se presentan en la naturale'a como una pasta suave se les llama "lodos", mientras que aquellas que tienen la apariencia de un sólido blancu'co se les denomina  piedra lodosa o bien roca laminada en ingl)s: shale;. Es importante que a los depósitos de arcilla se les nombre arcillosos, a fin de distinguirlos de los depósitos arenosos  adem#s  plásticos, a fin de diferenciarlos de las rocas !gneas.

A continuación se presenta un glosario de los apelativos m#s comunes de algunas arcillas:

arcilla iguli,a: es aquella que contiene impure'as como la arena, la cali'a  los ó$idos de hierro. arcilla rerac-aria : es rica en ó$idos met#licos  tiene la propiedad de ser mu resistente al calor. arcilla roja: esta clase la integra generalmente un depósito de tipo marino formado por los restos de materiales calc#reos  ferr!genos, polvo volc#nico, restos de espon&as sil!ceas, dientes de tiburón, etc. El color ro&i'o proviene por lo común de sus componentes f)rricos. 6e ha encontrado que estos depósitos son mu e$tensos,  cubren hasta el =9> de la superficie marina. arcilla errugi,o$a : contiene en su composición diferentes cantidades  tipos de ó$ido de hierro  puede ser de color amarillo, ocre e inclusive negra tierras de 6iena; debido al ó$ido de hierro hidratado, mientras que las arcillas ro&as contienen, por lo general, un ó$ido conocido como hematita. Esta particularidad de las arcillas e$plica por qu) en algunas regiones el barro es negro o ro&i'o, lo cual incide en los colores de la cer#mica que se fabrica a  partir de estos materiales. ecordemos en este punto al barro negro de Fa$aca, tan distinto de la cer#mica ocre o ro&i'a de la 'ona central del valle de )$ico. arcilla magra  arcilla gra$a : estos materiales contienen cierto grado de impure'as, lo que afecta sus propiedades pl#sticas, es decir, que a maor contenido de impure'as se obtiene una  pasta menos pl#stica arcilla magra; al amasarla con agua. arcilla de /a-0,: llamadas tambi)n tierra de batán, debido al uso que tuvieron en el "batanado" de las telas  de las fibras vegetales como el algodón. Este proceso consist!a en limpiar las fibras formadas en la m#quina bat#n; eliminando la materia grasa mediante la adición de arcilla, por lo general del tipo esmectita, cuo nombre proviene del griego  smektikós: "que limpia." arcilla marga: es un material impermeable  fr#gil, con un contenido de cali'a de entre 89  =9>, apro$imadamente. arcilla$ de e$ui$-o o pi2arra : las constituen formaciones antiguas que se presentan en forma de estratos o de plaquetas paralelas que se han dividido por la presión del suelo. arcilla a-apulgi-a: tambi)n conocida como tierra de Florida o  floridrín, aunque algunas veces se la llamó tierra de Fuller . El último apelativo se empleó tambi)n para denominar a las sepiolitas. Actualmente la atapulgita es llamada paligors
FOR3ACION(S ARCILLOSAS (N 3É4ICO (os traba&os de investigación reali'ados por Enciso 4B=K;  %e ablo 4BB9; indican que el territorio nacional estuvo su&eto a una gran actividad volc#nica durante los periodos FligocenoLioceno, lo cual provocó la formación de enormes depósitos de rocas vidriosas que a su ve' fueron alteradas  dieron origen a la maor parte de las arcillas que encontramos en )$ico. Estas son, por lo regular, del tipo montmorillonita  sus formaciones m#s abundantes se locali'an al norte del pa!s, en el Estado de %urango, siendo las de Cuencam), 7elardeña, edriceña, odeo  +a'as las m#s conocidas  las que actualmente se encuentran en e$plotación. ambi)n e$isten depósitos importantes en uebla, en los l!mites de la$cala  uebla, en Chupaderos, Macatecas, en Fa$aca, en +eutla, Nuana&uato, en Ouaacocotla, 7eracru'  en numerosas formaciones menores locali'adas en las antiguas 'onas lacustres como el valle de )$ico Gigura P;.

Figura 5. *ep6$i-o$ arcillo$o$ e, 378ico.

6in duda la 'ona locali'ada en %urango es la m#s e$tensa  se sabe ahora, gracias a los traba&os de Enciso  %e ablo que esas arcillas fueron originadas por la alteración de las rocas  piropl#sticas depositadas previamente en el valle por medio de una nube ardiente. (a subsecuente alteración de tales rocas !gneas  la deposición del material alterado en suelo seco dio origen al mineral arcilloso m#s rico en potasio, como el de la 'ona de 7i'carra, mientras que el mineral depositado en la 'ona lacustre de origen marino aparentemente; se alteró   produ&o las arcillas color verde  rosa t!picas de la región de Cuencam). Estas formaciones se encuentran a una altura de 4 P29 m sobre el nivel del mar, en el valle de Cuencam)L(a (agunilla, que se e$tiende hasta edriceña  por el oeste hasta odeo  +a'as, donde la altura

disminue a 4 48K m. Esta 'ona contiene los depósitos m#s importantes de )$ico, que representan un gran potencial económico. En su maor parte la calidad de la arcilla es superior, del tipo montmorillonita e$pandible,  ocurre en concentraciones variables según la 'ona, es decir K> en la región de edriceña, 9 a ?9> en +a'as, un 9> en (as Cuevas  una porción variable en Cuencam). En esta última se encuentran frentes de color blanco  rosa con espesores entre 8  = m, mientras que la arcilla que se encuentra en contacto con el polvo alterado tiene sólo un espesor de 9 cm  su color es verde, cambiando luego a rosa   presentando frentes de hasta 2  K m de espesor.

LA NO&L(9A *(L &ARRO (as arcillas o lodos heredados de los continentes  depositados, neoformados o transformados, en los lechos marinos, lacustres, fluviales o estuarinos, han provocado cambios espectaculares en el planeta ierra. 0ue digan si no es as! la formación del petróleo, la de las mol)culas org#nicas prebióticas que dieron origen a la vida  la de los suelos agr!colas, sin mencionar el surgimiento de las civili'aciones que hicieron uso del barro cocido en la manufactura de su cer#mica. En efecto, la maor parte de las cimas de los acimientos de petróleo de las costas del Nolfo de )$ico E*AL)$ico; ocurren a la profundidad en la que usualmente se produce la transformación de las arcillas tipo esmectita  (; en las denominadas illitas  I;. Ambas tienen la misma estructura laminar, como se ver# en detalle m#s adelante, e$cepto que las segundas no son e$pandibles debido a las fuertes cargas electrost#ticas que mantienen a las ho&as ligadas. As!, la transformación de la esmectita en illita pudo haber desempeñado papel importante en la g)nesis del petróleo: al ser contenidas las mol)culas org#nicas en el interior  del espacio interlaminar de la esmectita, aquellas estaban "protegidas" de la o$idación  su&etas a un proceso de tipo catal!tico que pudo haberlas convertido en petróleo, tal  como ahora lo conocemos. ero es un hecho e$perimental que la sustitución del silicio  Si; por  aluminio en las ho&as que componen el acordeón químico de la esmectita, origina un e$ceso de carga electrost#tica negativa en las ho&as, de tal magnitud a escala molecular que provoca la deshidratación del potasio  : ;, el cual se encuentra comúnmente en el espacio interlaminar de las arcillas. (uego, el agua as! e$pulsada pudo haber acarreado en su paso a los hidrocarburos formados en el interior de las arcillas, mientras que la contracción subsecuente de las ho&uelas de arcilla deshidratada podr!a haber provocado un colapso en el material, de&ando hendiduras  poros por los que pudo migrar el fluido hacia los recipientes rocosos. or otro lado, la estructura laminar de las arcillas permite el almacenamiento de agua en el espacio interlaminar, formando as! agregados lodosos dif!ciles de romper. (a combinación de la arcilla con la materia org#nica del suelo  algunos ó$idos minerales contribue a la estabilidad estructural necesaria para resistir los efectos mec#nicos destructivos. (a porosidad interna de las ho&uelas de arcilla  su carga electrost#tica asociada son adecuadas para la absorción de especies tales como los cationes de potasio  : ;;, magnesio 3g;;;  amonio NH<;;, los cuales son liberados ba&o condiciones #cidas apropiadas, pudiendo ser absorbidos  por las ra!ces de las plantas. (a acide' es provocada por una acumulación de iones de hidrógeno  H;; provenientes de compuestos qu!micos disueltos en el agua  acarreados por las lluviasQ en ellos la concentración #cida llega a ser tal que algunos de los otros cationes atrapados por las arcillas, como los iones Al5; se disuelven r#pidamente en las soluciones, pasando a las ra!ces vegetales  provocando efectos tó$icos en las plantas. Es por ello que un suelo f)rtil debe estar 

 balanceado en lo que a la acide' se refiere  el tratamiento en este caso consiste en la neutrali'ación de la acide' mediante la agregación de compuestos alcalinos, como el carbonato de calcio. (uego tenemos que la combinación de acide' e intercambio iónico en las arcillas del terreno es importante en el desarrollo de los suelos agr!colas. Rstos, en la actualidad, se encuentran e$puestos a las contaminaciones por lluvia #cida  proveniente de las 'onas industriales  por los abonos qu!micos  plaguicidas, los cuales son absorbidos por las arcillas minerales provocando los efectos combinados de acide' e intercambio mencionados. En cualquier caso, las arcillas son las protagonistas en la formación de los suelos agr!colas  sus propiedades son determinantes para el crecimiento de los vegetales. or otra parte, la mineralog!a del suelo es resultado de diversos factores, el clima  el intemperismo, as! tenemos que en las regiones tropicales predominan los caolines me'clados con ó$idos minerales o$isoles;  los suelos negros formados por esmectitas e$pandibles vertisoles; combinadas. 6i la acide' es ba&a  pH = >; el suelo arcilloso tiende a ser rico en calcio, en cambio si la acide' es alta  pH  >; el aluminio tiende a ser m#s abundante, lo que trae efectos tó$icos para la vegetación. Ftros cationes, como el amonio, los nitratos  los fosfatos, tambi)n son retenidos por las arcillas del suelo e intercambiados ba&o condiciones de humedad  acide' adecuadas, siendo realmente accesibles a las plantas  representando una fuente importante de nutrientes. (a composición óptima del suelo debe incluir una fracción de arcilla compuesta de part!culas menores a 8 micras,  una proporción maor de sedimentos con tamaños de part!cula entre 8  =9 micras. Esta combinación parece incluir las me&ores caracter!sticas para el cultivo  crecimiento de las ra!ces vegetales. Es claro, pues, que las arcillas son los componentes del suelo que provocan la maor influencia en su productividad.  +o menos importante ha sido la interacción de las arcillas con las mol)culas org#nicas. 6u afinidad por las bases org#nicas nucleicas, como la guanina, la citosina, etc., ha provocado inter)s creciente entre la comunidad cient!fica que trata de atribuir un papel preponderante a los compuestos minerales de tipo laminar en la formación de las mol)culas prebióticas. #s adelante, en el cap!tulo @@@, se ampliar# esta idea con base en una me&or comprensión de la estructura de las arcillas  su posible relación con el origen de la vida en el planeta. Ftros usos de la interacción del barro arcilla; con las mol)culas org#nicas lo encontramos en la manufactura de la cer#mica en la antigSedad. Haste mencionar el uso que los griegos daban a los pigmentos vegetales para la obtención de la cer#mica negra  ro&a, t!pica del arte de icenas. Ftros e&emplos m#s sorprendentes los encontraremos en el curso de esta obra en la que estudiaremos la porcelana china del periodo 6ung B=BL48?B d.c.;, la llamada porcelana de "c#scara de huevo" que, debido a su fine'a  alta resistencia sorprendió al mundo occidental. 6u delicade'a era tal que a en el siglo @T se hablaba de los vasos de porcelana china translúcida, que de&aban ver los l!quidos contenidos en su interior. 6e dec!a que las  pie'as de porcelana de esta clase trascend!an a la naturale'a humana. En cualquiera de los casos precedentes, la arcilla mineral ha sido la protagonista , gracias a su abundancia natural  accesibilidad, el barro tradicional ha tenido un papel importante en el desarrollo de las  primeras civili'aciones. %esde mu temprano, el hombre observó que los ob&etos de barro húmedo se contraen  endurecen al secarse por la acción del calor  que su resistencia mec#nica en esas condiciones es suficiente. Aunque estas propiedades son tan familiares que hacen pensar en una serie de caracter!sticas simples, ha tomado muchos años desentrañar los secretos que dieron origen a las propiedades mencionadas. Ahora que se cuenta con instrumentos anal!ticos poderosos  con m)todos de c#lculo avan'ados, la sorpresa ha sido maúscula al comprobarse que donde se esperaba encontrar una estructura simple  r!gida, se

tiene un arreglo comple&o  fle$ible. 6e ha venido encontrando que el hori'onte llano presenta en realidad profundos abismos  montañas en lo que se refiere a la f!sica  la qu!mica de las arcillas minerales. *n tema de investigación que parec!a pertenecer al pasado se descubre ahora como fuente inagotable de nuevos conocimientos  nuevas aplicaciones. odas estas caracter!sticas sólo hablan de la noble'a de un material  nos dan la esperan'a de que con el  polvo se han de construir  transformar grandes cosas para beneficio del hombre. E( UHF( NE+EA(VN@CF: (F6 6@(@CAF6  +o fue sino hasta el año de 4B48 cuando, gracias a los f!sicos I. (. Hragg  . (aue, que descubrieron las propiedades de los raos T, fue posible desentrañar la estructura interna de los minerales. Estos son compuestos cristalinos, es decir, que a escala molecular est#n formados por planos  caras mu bien definidos, los cuales tienen la propiedad de dispersar  los raos T  producir as! patrones de interferencia, los cuales nos proporcionan información mu valiosa sobre los arreglos cristalinos de las sustancias minerales. %espu)s, con el microscopio electrónico, desarrollado por primera ve' por E. us
Figura < @a. (l -e-raedro eleme,-al o la pir0mide -ria,gular.

El tetraedro de la figura 2 est# compuesto por un #tomo central de silicio  Si;  cuatro #tomos de o$igeno en las esquinas  O;. 6i cada #tomo de silicio tiene cuatro cargas el)ctricas positivas, mientras que cada #tomo de o$!geno tiene dos cargas negativas, es necesario que cada uno de los #tomos de o$!geno use una de sus cargas para atraer a una de las cargas del silicio, quedando as! saturado el #tomo central Si;, mientras que las esquinas todav!a tienen una carga negativa para enla'arse a otro #tomo con carga positiva. Cuando esto último ocurre, entonces tenemos que se puede formar  una cadena de tetraedros, mediante los enlaces del tipo: ..B.OBSiBOBSiBOBSiBOB...

6imilarmente, mediante este mecanismo podemos formar cadenas verticales que se unen a las cadenas hori'ontales para formar redes, de la manera siguiente: si seguimos armando este "ecano", podemos superponer una red encima de otra, a manera de formar arreglos tridimensionales. ambi)n podemos sustituir uno de los #tomos de silicio por otro, por  e&emplo de aluminio  Al;, con lo cual el arreglo quedar!a desbalanceado, a que el aluminio sólo tiene tres cargas el)ctricas positivas en ve' de cuatro, de&ando una carga negativa "e$tra" en uno de los #tomos de o$!geno, por e&emplo:

Como se observa en este esquema, la carga negativa desbalanceada puede ser satisfecha por  un catión positivo, por e&emplo el sodio  Na; o el potasio : ;, con lo cual se logra nuevamente una estructura neutra.

(4IS+(N *OS R()LAS &SICAS QU( NOS *IC(N CD3O UNIR *OS O 3S +(+RA(*ROS @R()LAS *( EAULIN) 1; (a suma de las

cargas negativas debe ser igual a la suma de las cargas positivas, de manera que la estructura sea el)ctricamente neutra.

2; odos los elementos con carga positiva cationes; pueden enla'arse o rodearse de elementos

cargados negativamente, coordin#ndose con ellos de modo que los arreglos coordinados dependen únicamente de los tamaños entre el catión W;  el anión L; respectivo. E$iste una tercera regla conocida como egla de (oXenstein: +o es v#lido enla'ar dos tetraedros que tengan un #tomo central de aluminio cada uno. Esto nos indica que dos tetraedros de aluminio sólo pueden enla'arse mediante otro tetraedro intermedio a base de silicio. 6iguiendo estas sencillas reglas podemos armar el mecano de manera que un tetraedro  1+;  pueda unirse a otro para formar un arreglo tipo %+ dos tetraedros; o bien 5+, ..., etc. As!, en la figura  a; se reúnen todas las posibles combinaciones de tetraedros que dan origen a una serie de vistosas geometr!as, en forma de cadena simple, doble, redes de motivos he$agonales, etc. (o m#s sorprendente es que cada uno de estos arreglos es t!pico de alguno de los silicatos minerales m#s conocidos. As! vemos que el mineral circón est# compuesto de tetraedros aislados 1+;, mientras que los piro$enos por cadenas simples de un número infinito de miembros ,+;. En particular, las redes de tetraedros que se e$tienden a lo largo  a lo ancho, formando ho&as completas, constituen el grupo de filosilicatos, o estructuras laminares, del que forman parte las arcillas.

Figura !@a. La e$-ruc-ura de lo$ $ilica-o$G o el meca,o

*na propiedad e$traordinaria de estas estructuras es su posibilidad de ser capaces de sustituir  al #tomo de silicio  Si;, situado en el centro de los tetraedros Gigura 2;, por otro de menor  carga como el aluminio  A15;;, generando as! una deficiencia de carga positiva, o un e$ceso de carga negativa en el tetraedro, la cual necesita atraer a otros cationes para compensarse, por  e&emplo Na, : , Ca, ... , etc. Este es el mecanismo que permite a los silicatos tener propiedades superficiales únicas de acide' e intercambio iónico, tan importantes que a ellas se deben las  propiedades catal!ticas de las arcillas. Esto es un e&emplo t!pico de lo que ocurre a menudo en la qu!mica, es decir, que los arreglos cristalinos, las sustituciones, etc., representan aspectos f!sicos, que ocurren a escala molecular, estableciendo o modificando las propiedades qu!micas de los materiales: fundamento de las propiedades qu!micas de las sustancias es la f!sica que ocurre a escala molecular.

LA (S+RUC+URA *( LAS ARCILLAS QUIÉN (S QUIÉN Oemos visto cómo la unión de varios tetraedros nos genera ho&as que se e$tienden a lo largo  a lo ancho, dando origen a las estructuras laminares. 7eamos de cerca qu) ocurre al unir los v)rtices para formar anillos tipo >+ seis tetraedros;, como se muestra en la figura  b;. (as  puntas de los tetraedros se encuentran a la misma altura, formando un plano, de igual manera ocurre con los #tomos de silicio situados en el centro de los tetraedros  con los de o$!geno situados en las bases. (a articulación de esos tres planos nos conduce pues a la formación de una hoja tetradrica tipo ;.

Figura ! @/. (l a,illo de $ei$ -e-raedro$.

6iguiendo esta secuencia, podemos ahora unir dos ho&as para formar una lámina tetradrica, tal  como se ilustra en la figura =. En )sta se observa que las dos ho&as se encuentran invertidas, una con respecto a la otra, compartiendo uno de los v)rtices.

Figura >. U,a l0mi,a de -e-raedro$ @+.

6imilarmente, e$isten otros cuerpos poligonales que podemos unir entre s! para formar  cadenas, tal  como ocurre con el octaedro octa, ochoQ edros, cara;, representado en la figura ?, formación t!pica de los compuestos de aluminio, por e&emplo Al @OH>, o del magnesio. Este arreglo es una hoja octadrica tipo F;.

Figura J. U,a 'oja de oc-aedro$ @O.

Ahora bien, la unión de una ho&a del tipo +, con otra del tipo O, genera una lámina T- O ! o lámina 1"1, tal  como se ilustra en la figura K. (a coincidencia, sin embargo, no es perfecta cuando se trata de ho&as  formadas por silicioLo$!geno  de ho&as tipo O  formadas por  aluminioLo$!genoLo$hidrilo, lo cual crea un efecto de esfuer'o entre las ho&as que es de gran importancia para algunas de las aplicaciones de las arcillas que presentan este tipo de l#minas +BO;, por e&emplo el caol!n.

Figura K. U,a l0mi,a +BO.

Ahora terminamos la secuencia agregando una tercera ho&a tipo + a la l#mina +BO mencionada arriba  el resultado se ilustra en la figura B, que muestra la l#mina  +BOB+, o, como algunos lectores perspicaces la llaman: la estructura de sand#ich , debido a que dos ho&as tipo + se aseme&an a los panes del sandXich, mientras que el &amón corresponder!a a la ho&a tipo O. Esta l#mina tiene pues dos ho&as +  una ho&a O, o sea la l#mina es del tipo 8:4.

Figura . U,a l0mi,a +BOB+.

Oasta aqu! termina el &uego del mecano, a que la l#mina +BOB+ es la m#s completa  no acepta una nueva adición, debido a la saturación de los enlaces. *na cosa es clara en este  punto: las estructuras de sandXich son nada menos que -la parte esencial de las arcillas or si hubiese alguna duda al respecto, pasaremos ahora a ilustrar la importancia de las estructuras formadas por las l#minas tipo 4:4  aquellas formadas por las l#minas tipo 8:4.

)RUEO 11 LOS CAOLIN(S El nombre caol!n proviene de la vo' china JauL(ing, nombre del cerro de una región situada al norte de China de donde se e$tra!a esta arcilla desde el siglo 7@@@ d.C., para la fabricación de la porcelana. (a unidad fundamental de la estructura del caol!n es la l#mina +BO, o sea la l#mina 4:4, una ho&a de tetraedros de silicioLo$!geno unida a otra ho&a de octaedros de aluminioLo$!genoLOH. (a sustitución del silicio por otro elemento, como el aluminio, o bien la sustitución del aluminio en la ho&a tipo O por otro elemento de menor carga, por e&emplo el magnesio, causa un cambio qu!mico en el material pero mantiene esencialmente la misma estructura. Estas sustituciones dan origen a la familia de los caolines Gigura 49;.

Figura 1". (l 0r/ol de lo$ caoli,e$.

(a primera rama comprende a aquellos minerales derivados de la caolinita que guardan la misma composición qu!mica por cada unidad estructural:

Al% Si% O! @OH< )stos son la nacrita, dic
Figura 11. La /araja de lo$ caoli,e$.

En cambio, la dic
%er Iaals, creando un espacio interlaminar que guarda propiedades mu interesantes, como veremos m#s adelante.

)RUEO %1 1 LAS (S3(C+I+AS (a familia de las esmectitas est# formada por todas aquellas arcillas que presentan una estructura de -sandXich, es decir, que est# constituida por dos ho&as de tipo +  por otra intermedia de tipo O. (a fórmula estructural t!pica de estas arcillas es la siguiente:

Al%

Si<

ho&a octa)drica

ho&a tetra)drica

O1"

@OH%

Esta estructura es el)ctricamente neutra debido a que todas las posiciones en la ho&a + se encuentran ocupadas por #tomos de silicio, mientras, que todas las posiciones de la capa O contienen aluminio. Rsta es la fórmula t!pica de la pirofilita. 6in embargo, tal  como se muestra en la figura 48, e$isten numerosas ramas en el #rbol de las arcillas, las cuales  presentan la misma estructura de sandXich, e$cepto que algunas veces el aluminio sustitue al silicio parcialmente en la capa +, o bien el magnesio o el hierro sustituen al aluminio en la capa O, e inclusive el flúor  F; pudiera sustituir al o$!geno de la capa O. (uego, estas diferencias de composición qu!mica hacen que las propiedades de cada arcilla mineral sean distintas.

Figura 1%. (l 0r/ol de la$ e$mec-i-a$.

Entre todas las esmectitas, la rama de las arcillas diLocta)dricas presenta propiedades mu interesantes, derivadas por supuesto de su estructura laminar, de su espacio interlaminar  de la carga residual. (a figura 4P ilustra la composición de las l#minas +BOB+ para todas las arcillas del tipo esmectita, es decir, las l#minas tipo 8:4. Entre ellas destaca la montmorillonita, cuo nombre se deriva del franc)s ontmorillon, lugar de Grancia en que se encontró esta arcilla t!pica en 4K?2. (a composición qu!mica de una arcilla esmectita, tipo montmorillonita, es la siguiente:

Como se observa en esta fórmula estructural, la ho&a tetra)drica est# compuesta sólo de silicio  aluminio mientras que la ho&a octa)drica contiene aluminio  una variedad de cationes  &;. Esto ilustra perfectamente la gran variedad de arcillas tipo esmectita que se pueden conseguir  simplemente cambiando el catión de la ho&a octa)drica  manteniendo ocupada la ho&a + con Si  Al Gigura 4P;, para cada caso. or supuesto, la sustitución de aluminio  O;  silicio  +;  por un catión de menor carga el)ctrica, por e&emplo 3g, origina una deficiencia de carga el)ctrica que es responsable de algunas de las propiedades superficiales m#s importantes de las arcillas: la capacidad de intercambio, la absorción de mol)culas polares como el agua, as! como de otros compuestos org#nicos, por e&emplo las aminas, las cuales al introducirse en el espacio interlaminar causan el hinchamiento de la estructura laminar de las arcillas.

Figura 15. La compo$ici6, de la l0mi,a de +BOB+.

%ebido a su avide' por el agua  las mol)culas org#nicas las montmorillonitas encuentran aplicaciones mu variadas que van desde la e$tracción de esencias naturales hasta la fabricación de catali'adores para procesar los hidrocarburos derivados del petróleo. (os mecanismos que intervienen a escala molecular para llevar a cabo estas reacciones ser#n e$plicados en los cap!tulos siguientes, por ahora sólo mencionaremos que: la estructura de -sandXich  el grado de sustitución catiónica determinan en gran medida las propiedades de las arcillas.

#s aún, la sustitución de cationes se lleva a cabo mediante mecanismos mu sencillos. (a figura 42 muestra la fórmula estructural de las arcillas tipo esmectita, en donde podemos apreciar las sustituciones que se reali'an en las ho&as de cada uno de los minerales.

 $ineral

Carga

Composición %octa& %tetra& '1( %')&2

irofilita alco innesotaita 6aponita 6aponita f)rrica Oectorita 6auconita 6tevensita ontmorillonita Heidellita  +ontronita 7ol
 *  Y 9 ;

Al8 6i2 F49 FO;8 gP 6i2 F49 FO;8 Ge, g;P 6i2 F49 FO;8 gP 6iP.=, Al.PP; F49 FO;8 nO8F Ge8W, g;P 6iP.=, Al.PP; F49 FO;8 nO8F g8.=, (i.PP; 6i2 F49 FO;8 nO8F g, Mn;P 6iP.=, Al.PP; F49 FO;8 nO8F gPL , 6i2 F49 FO;8 Al4.=?, g.PP; 6i2 F49 FO;8 nO8F Al8 6iP.=, Al.PP; F49 FO;8 nO8F Ge8PW 6iP.=, Al.PP; F49 FO;8 nO8F Al, GePW, Cr;8 6i, Al;2 F49 FO;8 nO8F

+  + 

 * W Y 9.PP ; +  +  + 

 8 * W Y 8 , ;  * W Y 9.PP ; +  +  + 

Figura 1<. Arcilla$ e$mec-i-a$ del grupo %1. F6rmula uMmica.

E$iste otra familia de arcillas que se aseme&a a la de las montmorillonitas: las vermiculitas, que tienen la misma estructura de sandXich, pero que pueden presentar un grado de sustitución maor en la ho&a octa)drica, originando una carga residual maor que las montmorillonitas , por eso mismo, la atracción entre las l#minas es maor tambi)n, por lo que la estructura no es tan e$pansible.

% LAS 3ICAS (as micas son los minerales clasificados como arcillas que tienen la misma estructura que las esmectitas, e$cepto que el grado de sustitución  la naturale'a de los cationes que se alo&an entre l#minas, por e&emplo el potasio, hacen que la carga residual sea mu alta. En estas condiciones, las l#minas se fi&an unas a otras haciendo que su estructura no sea e$pansible, ni sus cationes interlaminares intercambiables. (a familia de las micas se ilustra en la figura 4  la fórmula estructural en la figura 4=.

Figura 1!. (l 0r/ol de la$ mica$.

 $ineral

Carga

Fórmula

logopita Hiotita (epidolita 6innXaldita oscovita aragonita icaLAl icaLGe Celadonita icaLGe Nlauconita;

 * W Y 4 ;

JgP 6iPAl; F49 FO;8 J g, Ge8W, GePW, n;P 6iPAl; F49 FO;8 J Al, (i;P 6i, Al;2 F49 FO;8 J Al, (i, Ge8W, GePW ;P 6i, Al;2 F49 FO;8 JAl8 6iPAl; F49 FO;8  +aAl8 6iPAl; F49 FO;8 J , Al,   g;8 6i, Al;2 F49 FO;8 +O8F JgGePW6i2 F49 FO;8

+  +  +  +  + 

 * W Y 4 ;  * W Y 4 ;

J  4.PPW  .=?8W; 6iP.= Al.PP; F49 FO;8

Figura 1>. 3ica$G 6rmula uMmica  orma$ e$-ruc-urale$.

El lector recordar# la facilidad con la que la mica común se parte a lo largo de las ho&as que la componen, pero, -qu) dif!cil es partirla en la dirección perpendicular /no es as!1 Esto ilustra

 perfectamente la constitución laminar de tales minerales. Adem#s, conociendo la estructura  podemos e$plicarnos f#cilmente por qu) las micas son buenos alsiantes t)rmicos, por e&emplo en las planchas el)ctricas  en las cone$iones: debido al espacio interlaminar, el cual no es un  buen conductor t)rmico o el)ctrico las ho&as se encuentran "desconectadas" unas de otras, lo que impide el paso del fluido t)rmico o el)ctrico;. En contraste con la montmorillonita, la cual tiene una deficiencia de carga locali'ada en el centro de los octaedros, la carga residual de las micas est# locali'ada en la ho&a tetra)drica, es decir, en la superficie misma de las ho&as, originando un amarre fuerte de los cationes interlaminares con las ho&as, por lo que la estructura no es f#cilmente e$pansible. Entre las micas m#s conocidas se encuentran la muscovita, cuo nombre deriva del "vidrio de oscú", con el que se fabricaban antiguamente las ventanas de las casas de esa ciudad. En resumen, las arcillas e$pansibles son las esmectitas, las vermiculitas  las haloisitas, que derivan esta propiedad de la concentración de carga interlaminar, por e&emplo de 9.PP unidades por cada celda unitaria, mientras que )sta es igual a 9.K= en las vermiculitas  4.9 en las muscovitas. (a figura 4? muestra los distintos espesores que se obtienen con las distintas arcillas al intercalarse una o dos capas de agua en el espacio interlaminar:

a; irofilita b; ica c; Esmectita d; 7ermiculita e; Clorita f; CaolinitaLserpentina g; Oaloisita 49A;

Z cationes octa)dricos o cationes intercambiables # capas de mol)culas Z FO J ion de potasio

*na cosa queda clara: los edificios moleculares que constituen a las arcillas  el grado de sustitución logrado, permiten obtener una serie de propiedades de inter)s en diversos campos de aplicación. +o sólo esto es cierto cuando interviene la mano del hombre al tratar de

modificar el espacio interlaminar Gigura 4?;, sino que el proceso de modificación a trav)s del intercambio con otras especies qu!micas ocurre naturalmente, lo que conduce a una variación constante de la naturale'a de la arcilla que se traduce en variaciones de la fertilidad del suelo,  permeabilidad, etc. Estas modificaciones del edificio molecular son susceptibles de estudiarse e$perimentalmente en el laboratorio  para ello es necesario introducir, a sea un catión, a sea una especie qu!mica distinta, en el interior del espacio interlaminar, lo cual ser# el tema que abordaremos enseguida.

Figura 1J. (l e$pe$or de la$ arcilla$ e8pa,dida$.

I I . R ( C O N S + R U  ( N * O L A N A + U R A L ( 9 A  L A I N ) ( N I ( R  A 3 O L ( C U L A R  

EL INTERÉS cient!fico que despiertan los materiales laminares, como las arcillas, se debe  principalmente a sus propiedades f!sicoLqu!micas, las cuales son únicas entre los minerales naturales. Asimismo, sus aplicaciones, tan diversas, provienen de ese mismo con&unto de  propiedades, las cuales convierten a la arcilla natural en un material mu vers#til. Entre las caracter!sticas principales podemos citar las siguientes: a; las arcillas est#n formadas  por cristales mu pequeños, b; tienen la capacidad de intercambiar iones, c; son capaces de variar su composición qu!mica interna, d; pueden alo&ar mol)culas en el interior de su espacio interlaminar, e; la superficie de las l#minas presenta una actividad qu!mica considerable  f; los cambios f!sicos de la estructura laminar, por e&emplo el hinchamiento, son reversibles.  +umerosas son las bondades de estos sólidos, producto de las modificaciones que sufre el edificio laminar al ponerse en contacto con otras especies qu!micas o al someterse a condiciones termodin#micas espec!ficas, lo que constituir# el tema de este cap!tulo. El lector   posee a una descripción de la arquitectura de los edificios laminares t!picos de las arcillas, as! como de las especies o "muebles" que intervienen en los fenómenos relacionados con ellas,  por lo que ahora lo invitamos a hacer un cambio en la decoración. %esde la antigSedad, el hombre ha practicado actividades diversas de las que desconoc!a, por  supuesto, los fundamentos cient!ficos que se relacionan con aquellas. %e hecho, ho en d!a no tenemos una descripción satisfactoria de todos ellos, sin embargo, esto no fue impedimento  para que, emp!ricamente, se haa llegado a reali'ar una serie de desarrollos, que pueden calificarse de fant#sticos, propios de un conocimiento avan'ado a escala molecular. (as espadas de %amasco  las porcelanas chinas del periodo 6ung son buenos e&emplos. Haste mencionar que los chinos, en los siglos @T al T@@, obtuvieron materiales cer#micos de gran dure'a al me'clar las arcillas con sustancias org#nicas. Esta operación permitió fabricar la  porcelana de fin!simo grosor que asombró a los europeos de )pocas posteriores. 6in embargo, con propósitos m#s pr#cticos  menos est)ticos ho en d!a millones de toneladas de arcilla, de la familia de las esmectitas, se utili'an durante la perforación de los po'os  petroleros con el fin de impartir la viscosidad apropiada a los lodos de perforación. En estas aplicaciones tan dis!mbolas e$iste un factor común que es la modificación de la estructura laminar de la arcilla al ponerse en contacto con especies qu!micas, por e&emplo el agua  las mol)culas org#nicas. Esta situación puede simularse si, con imaginarios obuses qu!micos, nos disponemos a bombardear el edificio laminar de las arcillas provocando cambios que pueden o no ser permanentes. En nuestro arsenal contamos con tres tipos de obuses: el agua, las mol)culas org#nicas  los pol!meros inorg#nicos de tamaño variable.

A (L O&PS *( A)UA @maginemos que lan'amos un proectil sobre el edificio laminar de una arcilla, por e&emplo de agua, de modo que al chocar se produ'ca una interacción e$plosiva, en donde la carga estar!a representada por la fuer'a electrost#tica. Esta fuer'a es resultado del car#cter dipolar de la

mol)cula de agua, es decir, que )sta se comporta como un pequeño im#n, a que se halla compuesta por un #tomo de o$!geno  O%B;  dos de hidrógeno  H;;Q como los hidrógenos se locali'an en un e$tremo de la mol)cula, aparece a un lado una concentración de carga  positiva, mientras que en el otro es m#s negativa. or eso los proectiles se asocian de inmediato a la superficie de las l#minas de arcilla, las cuales tambi)n presentan una carga neta negativa. En particular, a cierta temperatura, por  e&emplo 9[C, las mol)culas de agua se asocian f#cilmente a las superficies  tambi)n unas con otras, logrando una densidad  una viscosidad aún maores que la densidad del agua en estado natural, a seme&an'a del hielo,  e$tendi)ndose en varias capas. ambi)n por estas ra'ones, al añadir una pequeña proporción de arcilla al agua )sta permanece flotando sobre el l!quido indefinidamente, alcan'ando el estado coloidal. 6in embargo, si se añade aún m#s, el l!quido se torna viscoso  se resiste a fluirQ en cambio, si se agita vigorosamente la suspensión, el l!quido recupera su fluide', perdi)ndola nuevamente al cesar  la agitación. A esta propiedad se le llama ti$otrop!a,  es t!pica de muchas de las arcillas comunes. iene su asiento en la afinidad por el agua, as! como en la capacidad de hinchamiento del espacio interlaminar, el cual puede alcan'ar hasta quince veces el volumen original. 7eamos ahora en forma secuencial lo que ocurre cuando el agua se apro$ima al edificio laminar de la arcilla con auda de la figura 4K.

Figura 1K. (-apa$ $ecue,ciale$ e, la i,-eracci6, del agua e, la arcilla.

(-apa 1 en el principio la arcilla se encuentra en un estado deshidratado, son algunos iones de sodio Na;;, potasio  : ;; o tal ve' calcio  Ca%;; adsorbidos en el espacio interlaminar. (-apa % desde el punto de vista electrost#tico, las cargas negativas en la arcilla se acumulan en las superficies planas de las laminillas, mientras que los bordes acumulan cargas positivas. (uego los iones de sodio tienden a concentrarse sobre las caras planas. (-apa 5 al ponerse en contacto con la arcilla, las mol)culas de agua son atra!das fuertemente hacia las superficies planas debido a la presencia de los iones sodio cargados positivamente. Oa que recordar que, a la escala molecular, las fuer'as electrost#ticas son las m#s importantes. (-apa < en este estado, las mol)culas de agua se hacen m#s dipolares, atraendo a otras de su especie. (-apa !  la carga negativa en la superficie de las laminillas se incrementa conforme las mol)culas de agua se enla'an unas con otras al aumentar su polari'ación. (lega un momento

en que la carga superficial es tal, que las l#minas se repelen entre s! separ#ndose unas de otras  por lo que el espacio interlaminar se e$pande, originando el hinchamiento caracter!stico de las arcillas.

(-apa > las mol)culas de agua continúan llenando el espacio interlaminar, neutrali'ando  parcialmente las superficies e$puestas  manteniendo las l#minas apartadas unas de otras, hasta que el agua es eliminada mediante algún procedimiento de secado, lo cual origina una contracción del volumen de la ho&uela. (-apa J el equilibrio de la hidratación es alcan'ado cuando termina la me'cla de la arcilla con el agua, dando como resultado una estructura interna hidratada que hace coincidir los  bordes cargados positivamente con las caras planas cargadas negativamente, de modo que se forma una estructura de  castillo de naipes , por lo que las mol)culas de agua entran  salen libremente. Este castillo puede derrumbarse mediante una agitación vigorosa de la suspensión,  pero tiende a formarse de nuevo si la agitación termina, esto es, si el medio queda libre de esfuer'os mec#nicos. Este último efecto se debe a que las ho&as mantienen la fuerte carga electrost#tica que las atrae. Conociendo el lector estos mecanismos de interacción arcillaLagua, seguramente viene la  pregunta: /qu) provecho pr#ctico se puede obtener de ello1, por lo que mencionaremos un par  de e&emplos a fin de mostrar su valor.

LAS ARCILLAS  LA A)RICUL+URA 6e puede decir que casi todos los suelos contienen arcilla en maor o menor proporción. Oo en d!a se sigue estudiando la correlación que e$iste entre la cantidad  la clase de arcilla en los terrenos  su relación con la fertilidad. (os cient!ficos en este campo, como sucede a menudo en otras ramas de la ciencia, se que&an de que en la actualidad no se conoce en su totalidad el  proceso  proponen la necesidad de estudiar in situ las propiedades de las arcillas, el efecto de las me'clas  las modificaciones que )stas provocan. Es necesario decir que los modelos de laboratorio muchas veces no refle&an las observaciones reali'adas en el terreno, por lo que deben llevarse a cabo en condiciones m#s pró$imas al fenómeno natural. Como se ha mencionado, la presencia de arcillas  un con&unto de factores como la acide', el tipo de cationes, la humedad, etc., producen efectos ben)ficos  dañinos en los suelos agr!colas. 6e ha llegado a determinar que la composición óptima de arcilla oscila entre un 4  8> en peso de componentes finos, con di#metros de part!cula menores a 8 micras,  una  proporción maor de componentes gruesos con un di#metro de part!cula maor a =9 micras. Esto se debe a que una de las principales funciones de las arcillas es su contribución a la estabilidad  cohesión de los suelos para resistir los efectos mec#nicos nocivos como la lluvia  el viento. (a habilidad de las arcillas para hincharse o contraerse en respuesta al grado de humedad es vital en la generación de la estructura granular de los suelos agr!colas, los cuales requieren de permeabilidad adecuada del aire  del agua,  tambi)n que no dificulten la  penetración a las ra!ces de las plantas. Estudios recientes reali'ados mediante la microscop!a electrónica, revelaron que a nivel submicroscópico e$isten en los suelos part!culas con una configuración  &erarqu!a  particulares, las cuales var!an en un intervalo mu amplio, comen'ando con las fisuras comunes de 49 a 499 mil!metros de tamaño  terminando con los microporos de 49 a 499 angstroms 4 angstrom Y 9.9999999994 m;.

6umando a lo anterior la capacidad de intercambio iónico t!pica de las arcillas, la cual e&erce un efecto directo sobre el almacenamiento  la cualidad de ceder nutrientes minerales como magnesio, sodio, potasio, calcio  los compuestos nitrogenados  fosfatados, llegamos a un  punto realmente vital en el papel tan importante que desarrollan las arcillas en el crecimiento de las plantas  de los animales que se alimentan de ellas. ambi)n es un hecho e$perimental que, ba&o condiciones de acide' adecuadas, los iones de hidrógeno  H;; reaccionan con las l#minas de arcilla, disolviendo el magnesio, el hierro  el aluminio asociados comúnmente a la ho&a octa)drica de las arcillas. ero, en los terrenos que poseen altas concentraciones de aluminio intercambiable, la e$tracción de aluminio reali'ada por la v!a #cida suele ser nociva  para el crecimiento de las plantas. En cualquier caso, la interacción de la arcilla con el agua  el medio mineral circundante es determinante para el desarrollo de los suelos agr!colas.

LAS ARCILLAS ... LA EL*ORA (a gran capacidad que para hincharse tienen las arcillas puede utili'arse positivamente. En efecto, al hincharse las ho&uelas por efecto de la hidratación se producen esfuer'os considerables que vencen la atracción electrost#tica entre las l#minas,  el concurso de todas estas fuer'as sobre una masa de arcilla que equivale apenas a unos cuantos miligramos es tal que f#cilmente pueden desintegrar un aglomerado, o bien -una pastilla As! tenernos, pues, una aplicación concreta aprovechada frecuentemente en la fórmula de numerosas pastillas de uso farmac)utico  veterinario. %ebido a que las fuer'as que se generan durante la e$pansión del material son importantes a escala microscópica, )stas conducen a la desintegración de las  pastillas, que contienen arcilla en su composición, al contacto con los &ugos g#stricos, liberando los componentes activos en el organismo del paciente. -Cu#ntas aspirinas habremos tomado sin enterarnos de que el agente aglutinante de la pastilla era una arcilla mineral ambi)n el uso de estas fórmulas se ha e$tendido al campo de la preparación de insecticidas  herbicidas que pueden liberarse en los suelos de manera controlada al ser humedecidos. %e toda esta historia del obús de agua vale la pena retener algunos puntos importantes: las arcillas que no presentan carga residual negativa carecen de las propiedades de hinchamiento descritas anteriormente, tal es el caso del talco  la pirofilita. or otra parte, los minerales, como la mica muscovita, s! presentan carga residual negativa, pero )sta es mu elevada, de modo que tampoco e$panden su estructura laminar al ponerse en contacto con el agua. (a e$plicación de unas  otras est#, pues, en el valor de su carga negativa: si es nula   E   "; o mu elevada  E   1."; no se produce el fenómeno de hinchamiento. En el caso de las micas, la carga laminar asociada a cada unidad estructural es tan fuerte que las l#minas atrapan los cationes positivos como el potasio, de manera que el agua, a pesar de su dipolo, no puede romper ese enlace. En el caso intermedio se encuentran las arcillas tipo montmorillonita  algunas tipo vermiculita, las cuales se e$panden r#pidamente en presencia de un gran volumen de agua. #s aún, si hacemos un e$perimento cuidadoso, como el que se muestra en la figura 4B, en la que observamos la separación laminar que sufre una bentonita sódica al ponerse en contacto con concentraciones crecientes de agua, veremos que se presenta una serie de escalones, cada uno de los cuales indica la formación de una primera capa de mol)culas de agua en el espacio interlaminar, una segunda capa  una tercera, respectivamente, señalando que el edificio laminar se e$pande ordenadamente al ser bombardeado por el obús de agua.

Figura 1. (8pa,$i6, de la arcilla co, el co,-e,ido de agua.

& (L O&PS OR)NICO Al igual que las mol)culas de agua, las especies org#nicas tambi)n penetran en el espacio interlaminar de las arcillas. El arsenal en este caso es m#s abundante a que las especies org#nicas forman un grupo mu proli&o, variando tanto su tamaño como sus grupos funcionales, hasta llegar a las mol)culas comple&as caracter!sticas de las prote!nas  los amino#cidos. (os cambios de propiedades que pueden producirse por la intercalación de especies org#nicas en el espacio interlaminar son muchos  mu variados, de ah! que despierten gran inter)s, desde el punto de vista cient!fico  el de sus aplicaciones. or  e&emplo, las propiedades ti$otrópicas me&oran al tratar la arcilla con compuestos org#nicos, que dan origen a fórmulas diversas de pinturas o de cosm)ticos. (a intercalación de especies org#nicas como los alcoholes, las prote!nas  los hidrocarburos en el espacio interlaminar se reali'a de manera mu f#cil, e$pandiendo la estructura laminar  creando as! una porosidad interna en el material, con lo cual la arcilla se convierte en una verdadera esponja molecular . Enseguida veremos cómo el estudio de estos fenómenos nos puede conducir al control de la  porosidad  otras propiedades a escala molecular, de modo que puedan lograrse aplicaciones interesantes. al ve' uno de los sistemas m#s estudiados es el compuesto por la arcilla  los derivados org#nicos del amonio, fenómeno descubierto en 4BP2. A partir de entonces se inició una búsqueda febril en varios laboratorios del mundo con el fin de identificar nuevos compuestos de ese tipo  las propiedades logradas mediante la intercalación de una gama de compuestos arcillaLorg#nicos. reinta años despu)s se hab!a informado de -m#s de B 999 compuestos

6e ha descubierto que las mol)culas org#nicas se acomodan entre las l#minas de la arcilla  produciendo un efecto de e$pansión que var!a según dos factores principales:  D el tamaño de la cadena org#nica, o el número de #tomos de carbono.  D la carga el)ctrica de las l#minas. or e&emplo, a partir de una estructura como la esmectita sódica, cuo espacio interlaminar se encuentra colapsado en el estado anhidro sin humedad;. Es decir, que si la separación inicial entre los centros de las dos l#minas contiguas es de B. Angstroms apro$imadamente, entonces habr# una modificación de la distancia interlaminar al intercalar mol)culas org#nicas de la siguiente manera:

 $olcula

-eparación interlaminar  %en ngstroms&

CO;P +OPW

48.9

COP;8 +O8W

48.8

COP; +OW

4P.9

COP;2 +W

4P.

LA (4EANSIDN CON+ROLA*A El efecto de la otra variable, es decir la carga el)ctrica de las l#minas, se ilustra en la figura 89, la cual muestra la e$pansión del edificio laminar de una arcilla al intercalarse una mol)cula org#nica que contiene doce #tomos de carbono. (a posición de la mol)cula var!a según la carga laminar de la arcilla. As!, cuando la carga es ba&a la mol)cula org#nica se acomoda con sus partes planas dispuestas paralelamente a las l#minas de la estructura, mientras que si se incrementa la densidad de carga entonces la cadena comien'a a levantarse hasta llegar al caso e$tremo en que se coloca perpendicularmente a las l#minas. Esta última situación es idónea en lo que a estabilidad se refiere, a que en esa posición erecta la mol)cula forma enlaces por los dos e$tremos mediante los #tomos de hidrógeno del grupo +O  los #tomos de o$!geno que se encuentran en los anillos de seis miembros de la capa tetra)drica de la arcilla.

Figura %". Orie,-aci6, de la$ mol7cula$ org0,ica$ e, u,ci6, de la carga el7c-rica crecie,-e. (uego, estos mecanismos permiten e$plicar cómo la intercalación de algunas prote!nas de gran tamaño induce sólo una pequeña variación de la distancia interlaminar, mientras que otras provocan variaciones importantes que no siempre corresponden a su tamaño  configuración. 6e ha encontrado que algunos de los comple&os org#nicos adquieren gran estabilidad al ser intercalados en el espacio interlaminar as!, por e&emplo, se tiene que la guanidina, uno de los principales #cidos nucleicos, se mantiene !ntegra en la montmorillonita, aun a temperaturas superiores a los =99 grados cent!grados. Ftras propiedades de los comple&os org#nicos intercalados es su resistencia a la descomposición causada por microbios. Es decir, que las prote!nas, en'imas  antibióticos muestran maor resistencia cuando se encuentran adsorbidos en el espacio interlaminar de una arcilla, que cuando se hallan solos. *na de las e$plicaciones probables de este fenómeno se relaciona con la orientación de las mol)culas adsorbidas en la arcilla, a que en su interior los grupos activos de las mol)culas org#nicas son inaccesibles a los agentes e$ternos , adem#s, al adsorberse sobre las l#minas de las arcillas esos mismos grupos se desactivan. +umerosos e$perimentos han demostrado que los antibióticos adsorbidos pierden su actividad caracter!stica al adsorberse en las paredes laminares de las arcillas. Asimismo, ciertas reacciones qu!micas que no ocurren en el estado normal de los compuestos org#nicos toman lugar al ponerse en contacto con las arcillas, indicando que estas últimas actúan como catali'adores, tema que ser# tratado m#s adelante.

El efecto de las arcillas sobre algunas mol)culas org#nicas es claro  evidente en algunos casos. omemos por e&emplo las anilinas, las cuales cambian su color al contacto con las arcillas, pasando al color ro&o cuando la carga es ba&a p. e&.  E   ".55 en las montmorillonitas;, al a'ul púrpura cuando la carga es ligeramente maor  E   ".!! en las vermiculitas  algunas montmorillonitas;  al negro cuando la carga es alta  E   1." o maor, como en las micas;.

(L 3IS+(RIO *( LA EORC(LANA CHINA (a porcelana se ha fabricado en China probablemente desde el siglo 7@ de nuestra eraQ a que en el siglo @T se hac!an grandes e$portaciones a \apón, Corea  los pa!ses #rabes. El &esuita %]Entrecolles vivió en China de 4?44 a 4?88,  menciona en sus cartas que en el centro de fabricación de porcelana m#s importante, unas 4K9 999 familias traba&aban en la producción, en la que se empleaban P 999 hornos que traba&aban d!a  noche. Entre los siglos T7@  T7@@ la porcelana china se introdu&o a Europa creando una verdadera pasión, que asumió  proporciones de enfermedad, por la posesión de una de sus pie'as tan valiosas. En particular, las porcelanas del periodo 6ung siglos @T al T@@@; destacan por su belle'a  resistencia, adem#s de su grosor incre!ble a que ha pie'as de sólo 9.2 mm. de espesor. El secreto de la fabricación de la porcelana 6ung se perdió debido, principalmente, a la invasión mongólica 48K=L4PK= d.c.;Q los manuscritos originales del periodo 6ung se  perdieron  aquellos escritos posteriormente mencionan sólo de manera vaga los detalles qu!micos de la preparación o de la t)cnica de producción. +o obstante, los chinos recuperaron  parte de la e$periencia previa durante el periodo ing siglo T7@@@;, cuando volvieron a fabricar porcelana de gran delicade'a la cual recibió el nombre de (ingL(ung, es decir, "traba&o del diablo", para indicar que iba m#s all# de la habilidad humana. Estas porcelanas sólo pod!an fabricarse por orden directa del emperador,  eran tales sus caracter!sticas de dure'a  resistencia que, una ve' secadas al horno, se les disminu!a el espesor mediante  buriles de acero. @nvestigaciones reali'adas en la )poca , m#s recientemente, en nuestro siglo, mostraron que durante el periodo ing se empleaba un caol!n mu cristalino pero de plasticidad mu pobre  que por s! solo no produce materiales de alta calidad en cer#mica, ni ofrece resistencia a la ruptura. (os an#lisis qu!micos indican que la porcelana china no se ha modificado en su composición a lo largo de 899 años, por lo tanto se deduce que la calidad del material de base depend!a de la sensibilidad del tacto del artesano. or ello mismo, se deduce nuevamente que el secreto no estaba en los materiales de base, sino que -deb!a ser la t)cnica *na de las operaciones esenciales de la fabricación es la molienda del material, que deb!a hacerse mediante muelas o piedras en la )poca 6ung, a diferencia de los m)todos actuales mediante molinos de bolas. Ftro aspecto clave del proceso de fabricación era sin duda el añe&amiento, a que los artesanos chinos somet!an el material de base a un proceso de añe&amiento que consist!a en enterrarlo  mo&arlo subsecuentemente con orina s!, leó bien -con orina; durante periodos que variaban de unos meses a centenares de años. (a e$plicación cient!fica de estos procedimientos, que se aplicaban emp!ricamente, viene a levantar el velo de misterio que cubr!a a la porcelana 6ung. ecordemos del cap!tulo @ que la estructura molecular de los caolines consiste en una l#mina formada por la unión de una ho&a de tetraedros de s!lice con otra de octaedros de alúmina  o$hidrilos. Esta estructura es qu!micamente mu estable  mu resistente al ataque de #cidos o  bases. Esto nos conduce a pensar que los procesos de añe&amiento mencionados deb!an tener,  principalmente, incidencia sobre la superficie de los cristales, m#s aún siendo los reactivos

una serie de productos derivados de la descomposición de la orina: iones de amonio, urea e iones de OH. Ahora bien, puesto que la estructura molecular de los caolines es seme&ante a una gran mol)cula bidimensional enla'ada por puentes de hidrógeno, por e&emplo AlBOH  OB 6i, )stos pueden romperse por la acción de ciertos compuestos que tienen la facilidad de  penetrar al espacio interlaminar, tal  como ocurre con la urea, la cual penetra en la estructura e$pandi)ndola de ?.8 hasta 49.? AngstromsQ nuestro conocido obús. Ftro derivado de la fermentación de la orina es el acetato de amonio, que se forma en cantidades copiosas , al igual que la urea, tiene gran facilidad para penetrar el espacio interlaminar de las arcillas, e$pandiendo la estructura laminar de los caolines hasta 42.8 Angstroms. Estos procesos de intercalación no requieren de condiciones especiales sino que se llevan a cabo a temperaturas moderadas, entre 89  P9 grados cent!grados, condiciones que seguramente prevalecen durante el proceso de añe&amiento mencionado. Ahora bien, si a se ha demostrado que tanto la urea como el acetato de amonio tienen la facilidad de penetrar la estructura de la caolinita  e$panderla, /qu) sucede con las  propiedades f!sicas del material cer#mico derivado de esa pasta añe&ada1 (a respuesta a esta  pregunta es favorable: como lo hemos visto a lo largo de este libro, las propiedades pl#sticas  la resistencia a la ruptura se incrementan cuanto menos apiladas  m#s pequeñas sean las ho&uelas de la arcilla de base. (a intercalación de la urea  los otros compuestos de amonio tiene por efecto cambiar dr#sticamente la forma de los cristales, sin necesidad de tratamientos mec#nicos, a que las l#minas de caolinita se separan unas de otras por efecto de la e$pansión inducida por la urea, dado que los puentes de hidrógeno son sustituidos por enlaces con la urea. (os cambios de forma vienen asociados a esta separación, a que al deslaminarse las ho&uelas, las l#minas individuales tienden a enrollarse a fin de aliviar la tensión creada por la unión de las ho&as tetra)drica  octa)drica, pues )stas tienen distintas dimensiones. El resultado es un material e$tremadamente pl#stico, f#cil de modelar  con una resistencia mec#nica superior. *na ve' revelado el secreto de la porcelana china de&o en manos del lector  la decisión de iniciar su fabricación.

C LAS ARCILLAS EILAR(A*AS Oasta este momento hemos descubierto las interacciones que tienen lugar entre las arcillas, el agua  las mol)culas org#nicas, todas ellas interacciones reversibles. Es decir, que si sometemos al sólido intercalado a un tratamiento t)rmico o f!sicoLqu!mico, el material recuperar# su forma original cuantas veces se repita el ciclo, tal  como ocurre con un acordeón que se e$pande  se contrae según la fuer'a que se aplica sobre sus fuelles. En este aspecto las arcillas son seme&antes, precisamente, a -un acordeón (as arcillas podr!an desempeñar un papel importante en múltiples campos a condición de que las dimensiones de su espacio interlaminar fuesen perdurables, es decir, que la separación interlaminar se diera en forma constante, sin importar los tratamientos a que fuese sometido el material. Como veremos enseguida, las arcillas son capaces de actuar como verdaderos catali'adores en un sinnúmero de reacciones de inter)s industrial, por lo que los cient!ficos idearon la manera de hacerlas estables mediante la fi&ación de la distancia interlaminar. (a estrategia que permitir!a reali'ar este propósito fue fi&ada en 4B?2 durante una reunión de especialistas en cat#lisis. %espu)s de varias discusiones se estableció lo siguiente: para impedir que el edificio laminar de la arcilla recupere su forma inicial es necesario apuntalar el espacio entre los pisos. /Cómo1, fue la pregunta colectiva. -ediante pilares, fue la respuesta lógica, -tal  como ocurre con el piso  el techo de un edificio %e esta forma caemos en el

mundo de la ingenier!a molecular pues utili'ando conceptos macroscópicos, como apuntalar el  piso  el techo de un edificio, descubrimos la posibilidad de efectuarlos a escala molecular. 6e trata de desarrollar especies qu!micas de tamaño adecuado para que penetren en el espacio interlaminar de las ho&uelas de arcilla, e$pandan su estructura , posteriormente, se transformen en otra fase estable que resista convenientemente la desintegración. En forma gr#fica este proceso se ilustra en la figura 84.

Figura %1. (-apa$ $uce$i#a$ de la i,-ercalaci6,.

En resumen veamos qu) caracter!sticas deben tener las especies qu!micas a fin de poder ser  candidatos al "pilareo" de las arcillas: 1; ener longitudes variables. 2; 6er solubles en agua o en otro solvente de uso común;.

3; oseer una carga el)ctrica positiva. /;

6er susceptibles de descomponerse en otra especie m#s estable cuando se les trata t)rmicamente o mediante otro procedimiento. 0; ener propiedades catal!ticas.

LOS 3A+(RIAL(S EARA LAS COLU3NAS Con las premisas anteriores, los investigadores cient!ficos se armaron de "picos  palas" e iniciaron la búsqueda de especies que cumplieran los requerimientos. (os materiales idóneos resultaron ser los inorg#nicos, dado que los org#nicos son inestables al efecto de la temperatura. *na de las primeras familias de compuestos inorg#nicos fue la de los comple&os del aluminio, que se obtienen mediante hidrólisis. En este punto es necesario recordar que cuando el agua se combina con otra sustancia, sin que ninguno de sus enlaces se rompa, se tiene un fenómeno de hidratación. *n e&emplo de este fenómeno es el cloruro de aluminio, el cual se forma con cristali'ación  que contiene seis mol)culas de agua: AlCl5  >H%O. (a tenacidad con la que un ion met#lico retiene a las mol)culas acuosas var!a considerablemente de un elemento qu!mico a otro. 6i, por el contrario, el agua reacciona qu!micamente con una sal, produci)ndose una ruptura de enlaces FLO, entonces se tiene una reacción de hidrólisis, en la cual se producen especies iónicas hidratadas que imparten una cierta acide'. Es común que los hidratos sufran reacciones de hidrólisis las que, en forma simple, podemos representar de la manera siguiente:

Al @H%">;;; ; H%O   @Al @H%O! OH;; ; H5O  +o obstante, resulta que cuando una sal de aluminio se hidroli'a ba&o condiciones controladas se genera una serie de reacciones comple&as de hidrólisis  polimeri'ación, las cuales conducen a la formación de especies solubles cua identidad no est# del todo esclarecida. En fin, los cient!ficos buscaron en los cat#logos de los productos hidroli'ados del aluminio , para su sorpresa, encontraron que las especies m#s prometedoras se empleaban con )$ito desde hac!a muchos años en -los desodorantes %esde el punto de vista fundamental, sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que esas especies tienen como constituente  principal al ion Al15, cua fórmula qu!mica es lo suficientemente comple&a como para espantar  a un principiante:

A44P F2 FO;82L , O8F;48?L$;. (a figura 88 a; ilustra la estructura molecular de este compuesto, el cual est# formado por un #tomo central de aluminio de valencia 2 tetra)drico; rodeado por 48 #tomos de aluminio de valencia = octa)dricos; que forman una cadena, o sea un pol!mero inorg#nico. Este ion tiene asociada una fuerte carga positiva, por lo que es capa' de interaccionar con las cargas negativas presentes en las l#minas de la arcilla. Es necesario mencionar en este punto que las reacciones de hidrólisis controlada permiten el acoplamiento del Al con otras especies m#s  pequeñas: Al>, o bien Al15  con Al15  para formar Al%>, con lo cual la ingenier!a molecular  adquiere su valor real, al permitir la obtenci=n de especies precursoras de tamaño variable.

Figura %% @a. Complejo$ acuo$o$ de alumi,io.

Adem#s del aluminio, tambi)n se ha utili'ado el circonio, el cual forma iones comple&os en solución, por e&emplo el 9r@OH%
Figura %% @/. Complejo$ acuo$o$ de circo,io.

ecapitulando, vemos que las especies descritas pueden presentarse en longitudes variables, según la longitud de la cadena polim)rica, con lo cual se puede variar el tamaño del pilar  formado en el interior del espacio interlaminar. ambi)n esos comple&os son solubles en el agua  portan una carga positiva que, como si fuera un im#n, se dirige hacia las 'onas de la

arcilla con carga negativa, ocupando naturalmente esos espacios mediante un proceso de car#cter electrost#tico. 6i hubiera a otro catión en ese lugar, la especie polim)rica tomar# su lugar, debido a un proceso de intercambio iónico en el que la fuerte carga positiva de este último determina la posición final. Ginalmente, una ve' intercambiados los iones dentro del espacio interlaminar de la arcilla, se  procede a transformar al precursor del pilar en una especie m#s estable, lo que abordaremos a continuación.

CONSOLI*AN*O (L EILAR (a transformación en un pilar m#s estable de la especie intercalada se logra mediante un tratamiento t)rmico, a temperaturas elevadas, que provoca la descomposición del precursor  la transición hacia una nueva fase inorg#nica. Esta secuencia, considerando al comple&o Al15, se ilustra en la figura 8P. Como puede observarse, la e$pansión de las l#minas aumenta por  efecto de la intercalación, pasando de B.2 Angstroms en el estado deshidratado hasta 4K.K Angstroms una ve' que el material se ha estabili'ado. *n m)todo complementario de e$pandir  la estructura laminar a distancias maores se logra mediante la intercalación de especies formadas por cationes met#licos distintos, como se indica en la figura 82.

Figura %5. I,-ercalaci6,  ormaci6, de pilare$ de alumi,io e, u,a arcilla.

Complejo metálico

*spacio interlaminar   % en ngstroms &

Al

4K.K

Mr Cr Ge i

88.9 8?.= 4P.B 8B.

Figura %<. Relaci6, e,-re el -ipo de me-al  la e8pa,$i6, alca,2ada.

El dominio de la ingenier!a molecular no se considera todav!a mu completo  aún no estamos en posibilidad de responder todas las preguntas generadas en el proceso de modificación de las estructuras. or e&emplo, /cu#l es la naturale'a qu!mica del pilar1, o bien /qu) tipo de ancla&e f!sico se tiene entre la base del pilar  la l#mina de arcilla1Q /cu#l es la distribución de los pilares en el espacio interlaminar1 As!, aunque todas estas preguntas son de car#cter  fundamental, tienen inter)s pr#ctico enorme, cosa que sucede mu a menudo en la investigación cient!fica. Es decir, que las propiedades necesarias para el uso industrial de las arcillas pilareadas est#n relacionadas con par#metros tales como la estabilidad estructural  el di#metro de los poros, que a su ve' dependen de la estabilidad del pilar  de la firme'a de su ancla&e a escala microscópica, as! como de la distnbución de los pilares entre las l#minas, siendo todos ellos importantes para llegar al diseño de un tami' molecular de propiedades adecuadas. (a naturale'a del pilar ha sido estudiada e$tensivamente en años recientes , aunque su estructura se aseme&a a la de un ó$ido met#lico, lo cierto es que no se cuenta aún con evidencias claras al respecto. En cuanto a la distribución de los pilares, se presentan dos casos. En el primero se tendr!a una distribución no uniforme e irregular de los pilares dentro del espacio interlaminar, como se observa en la figura 8 a;, mientras que en el segundo se tendr!a un arreglo ordenado en donde la distancia entre los pilares es constante Gigura 8 b;;.

Figura %!. *i$-ri/uci6, de pilare$ e, u,a arcilla A  'e-erog7,eaG &  'omog7,ea.

esulta obvio que esta distancia es de vital importancia si queremos obtener un tami' molecular que permita la entrada selectiva de mol)culas dentro de cierto intervalo de tamaños. En este punto cabe hacer notar que, a pesar de que las arcillas se utili'an desde hace cientos de años, aún no hemos alcan'ado todo el potencial que representan, mediante el diseño inteligente  avan'ado de sus propiedades estructurales. or último,  a guisa de comparación, fi&)monos un momento en la estructura pilareada que se  presenta en la figura 8=, la cual ha sido estabili'ada por muchos siglos m#s.

Figura %>. U,a e$-ruc-ura pilareada mu co,ocida.

I I I .

U N

R ( A C + O R

* (

& A R R O

EN LAS p#ginas precedentes hemos descrito numerosos detalles sobre la estructura de las arcillas  los procedimientos que los cient!ficos utili'an para modificarla. Esperamos que el lector se haa convencido de que, desde el punto de vista e$perimental, no se requiere de t)cnicas mu complicadas para reorgani'ar parcialmente la geometr!a de las arcillas. Cuenta el e$perimentador con un material de partida que, en su estado natural, presenta a una estructura mu comple&a, la cual ha ido conociendo cada ve' con maor precisión gracias a los avances cient!ficos que poseemos actualmente para caracteri'ar a los sólidos.

(os qu!micos, f!sicos, geólogos , en general, los estudiosos de lo que ho en d!a se conoce como ciencia de los materiales, unen sus conocimientos para convertirse en "maestros de obras". Con picos  palas qu!micos ensanchan galer!as que luego son apuntaladas con nuevas columnas, dando as! al entorno una nueva "decoración". ero los cambios generados son m#s sutiles  van m#s all# de la mera e$pansión del espacio interlaminar, a que traen consigo modificaciones sustanciales a las propiedades f!sicoLqu!micas de las arcillas. %ebemos destacar que algunos de estos procesos de modificación se reali'an en cierta medida en forma natural  el hombre, desde )pocas tan remotas como su propia historia, ha sacado  provecho de ellas empleando estos sólidos con diversos propósitos. 6er!a presuntuoso de nuestra parte describir todas las aplicaciones potenciales de las arcillas, tanto presentes como futuras. +uestro enfoque se limitar# a describir cómo las propiedades de estos materiales son útiles para promover los procesos de transformación qu!micaQ es decir su  papel como catali'adores.

Oagamos por lo tanto un breve resumen de las propiedades que adquieren las arcillas al introducirse cambios en ellas: 1;

ueden alo&ar en el interior de su estructura cierta cantidad de agua, dependiendo del tipo de elemento qu!mico presente entre las l#minas. 6e dice en este caso que el material es hidrof!lico. 2; El car#cter hidrof!lico del material puede ser suprimido parcial o totalmente intercambiando

los elementos qu!micos iniciales por otros compuestos  convertirlo en organof!lico, o sea que la arcilla adsorbe mol)culas de tipo org#nico. 3;

Como consecuencia de las manipulaciones de modificación que se reali'an, el mineral acepta o recha'a la penetración de mol)culas en su estructura interna en función del tamaño de las mismas, por lo que se comporta como malla molecular. /;

El "obús qu!mico" utili'ado para separar las l#minas puede a su ve' producir pilares que hacen m#s r!gida la estructura original, impidiendo que se colapse como un castillo de naipes. 0;

or último, estas arcillas son sólidos #cidos, comparables a los inorg#nicos como el sulfúrico o clorh!drico. 6i consideramos que cada una de las propiedades anteriores puede tener una gama de valores diferentes, es f#cil visuali'ar el número enorme de estructuras con propiedades espec!ficas que  pueden ser diseñadas.

CA+LISIS  +RANSFOR3ACIDN Oemos dicho anteriormente que limitaremos la descripción de los usos de las arcillas modificadas al campo de la transformación qu!mica, pues pensamos que es all! donde e$isten  perspectivas mu interesantes de empleos útiles para la sociedad, aunque tambi)n mostraremos que las arcillas han tenido un mu importante papel protagónico como catali'adores en los procesos biológicos que generaron las primeras mol)culas org#nicas en nuestro planeta , millones de años despu)s, tambi)n participaron en la gestación del petróleo. %esde el punto de vista tecnológico, el empleo de catali'adores en la industria de la transformación ha tenido como propósito fundamental reali'ar la conversión de los reactivos con un m#$imo de rendimiento en productos  abatir los costos de producción. Actualmente se diseñan procesos en los que se trata de invertir la menor cantidad posible de energ!a , conocida la problem#tica que e$iste alrededor de la degradación ecológica de nuestro planeta, se buscan materiales cada ve' m#s selectivos para orientar la conversión, con maor precisión, hacia productos m#s puros, impidiendo las reacciones secundarias indeseables. (a madure' e importancia de esta disciplina de la ciencia es tal, que se estima ho en d!a que en los pa!ses altamente desarrollados el 89> del producto interno bruto se deriva de procesos que dependen de catali'adores. 6in embargo, la tecnolog!a a base de catali'adores tuvo inicios mu peculiares, describiremos algunos que, de paso, nos permitir#n subraar algunas de sus caracter!sticas que los hacen tan importantes en nuestra sociedad.

SALTAN*O TI*AS En 4K4, Oumphr %av 4??KL4K8B; descubrió que cuando se introduc!a un alambre caliente de platino en una me'cla de aire  gas, el metal se volv!a incandescente. %av consideró que se produc!a o$idación sin que se generara una flama  tambi)n notó que, al finali'ar la reacción, el metal permanec!a aparentemente inalterado. Con esa información, decidió fabricar  una l#mpara que no reaccionara en forma e$plosiva al ponerse en contacto con me'clas de gases. El dispositivo en cuestión consist!a en una llama protegida por un cilindro que conten!a una tela met#lica a trav)s de la cual pasaba el o$!geno que la alimentaba. %e esta manera el calor era disipado por el metal,  los gases e$plosivos que pudiera haber fuera de la l#mpara no se inflamaban. (a l#mpara de seguridad de %av, como se le conoció en su tiempo, se empe'ó a usar en 4K4= en las minas de carbón de @nglaterra, donde se produc!an numerosas e$plosiones con las consecuentes p)rdidas de vidas, a que, al aumentar la profundidad de las e$cavaciones se presentaba el inesperado peligro del gas grisú. Este gas, constituido  b#sicamente de metano  CH<;, al liberarse  entrar en contacto con el aire, forma una me'cla e$plosiva al contacto con una flama. 6e cuenta que al llevar la l#mpara al interior de las minas, en enero de 4K4=,  observar su eficiencia, uno de los directores e$clamó complacido: "or fin hemos sometido al monstruo." A %av esta aportación le valió un t!tulo nobiliario en 4K4K. Oo en d!a sabemos que el platino preo$ida en forma parcial a los gases con lo cual, al combustionarse totalmente, no lo hacen en forma e$plosiva. (a acción del platino fue lo que m#s tarde Her'elius llamar!a cat#lisis. 6in duda la l#mpara de %av marca un hito en las relaciones entre ciencia  tecnolog!a, como tambi)n en el uso de esta última con fines humanitarios, m#s que económicos.

UN (NC(N*(*OR *(L SI)LO 4I4 Edmund %av 4?KL4K4;, primo de Oumphr, publicó en 4K89 un art!culo sobre la  preparación de platino finamente dividido que obten!a reduciendo una solución de sulfato de  platino por medio del alcohol. El material resultante ten!a la propiedad de mostrarse sumamente activo a la temperatura ambiente. (os e$perimentos de Edmund %av llamaron la atención de otro qu!mico, esta ve' alem#n, \ohann I. %obereiner 4?K9L4K2B; quien  prosiguió los e$perimentos de Edmund obteniendo un producto que ho en d!a conocemos como negro de platino . El material se tornaba incandescente a la temperatura ambiente en  presencia de o$!geno,  tambi)n lo hac!a cuando se le sustitu!a por hidrógeno. %obereiner  decidió que sus observaciones deb!an tener una aplicación: inventó un encendedor autom#tico del que se dice se vendieron en su )poca m#s de un millón,  que representa una de las  primeras aplicaciones de la cat#lisis en el desarrollo tecnológico. El aparato consist!a en un pequeño compartimiento que, al abr!rsele una v#lvula pon!a en contacto una solución diluida de #cido sulfúrico con 'inc met#lico. %e esa manera se llevaba a cabo la siguiente reacción:

H%SO< ; 9,

9,SO< ; H%

El chorro de hidrógeno, producto de la reacción, era transportado a otro recipiente que conten!a platino finamente dividido, el cual se prend!a al momento. El aparato, a pesar de su )$ito inicial no se fabricó por mucho tiempo pues el platino era, por una parte mu caro ,

adem#s, se desactivaba r#pidamente debido a las impure'as que acarreaba el hidrógeno generado en el primer compartimiento. (a acción catal!tica del platino habr!a de cobrar  importancia en la qu!mica industrial, pues llevaba a cabo ciertas reacciones r#pida  f#cilmente con su sola presencia. Algunos años despu)s se descubrió un m)todo me&or para la  producción de #cido sulfúrico basado en la cat#lisis del platino.

LOS SI+IOS AC+ITOS A finales del siglo T@T se hab!a reali'ado un gran número de reacciones en las que se hac!a intervenir al platino  otros metales conocidos para convertir diversas mol)culas gaseosas. (a o$idación del amoniaco por el platino produc!a ó$ido de nitrógeno  agua, ambos precursores del #cido n!trico, con el cual se producen fertili'antes. 6e conoc!a adem#s la conversión catal!tica del hidrógeno  el o$!geno para formar agua en presencia del platino  otras reacciones que en algunos casos tuvieron aplicaciones tecnológicas mu importantes  que dieron a la cat#lisis gran prestigio. 6in embargo, el fenómeno catal!tico carec!a de una e$plicación aceptable, a pesar de que se hab!an avan'ado muchas teor!as. or e&emplo, ichael Garada e$plicaba que la conversión del hidrógeno  el o$!geno se llevaba a cabo sobre la superficie del metal en el cual se condensaban los dos tipos de mol)culas  reaccionaban por su sola pro$imidad. Oo en d!a sabemos que para que la reacción se lleve a cabo, tanto el hidrógeno como el o$!geno deben disociarseQ desafortunadamente en 4KP2, fecha en que Garada publicó sus observaciones, no se sab!a que estas mol)culas son diatómicas. En 4B4, @rving (angmuir 4KK4L4B?;, un qu!mico estadunidense que traba&aba en la Neneral Electric, propone una teor!a sobre la acción catal!tica de las superficies met#licas que pone  punto final a las especulaciones sobre el fenómeno. El traba&o de (angmuir en sus inicios ten!a un propósito m#s pr#ctico, pues su tarea consist!a en tratar de alargar la vida de los filamentos de tungsteno que se empleaban en los focos. (os filamentos se encerraban en una c#mara de vac!o, pues se supon!a que la presencia del aire provocaba la r#pida o$idación del metal. (angmuir demostró que en el vac!o, el tungsteno se evapora lentamente, por lo que el hilo se rompe, adem#s de señalar que esta degradación se pod!a hacer m#s lenta si se introduc!a un gas, como el nitrógeno, con el cual el metal no se combinara. Cumplida su misión, @rving decidió estudiar el efecto que produc!a sobre las superficies met#licas calientes la adición de diversos tipos de gases, llegando a elaborar una teor!a que, entre otras cosas, nos dice que la cat#lisis es un proceso que, en el caso de las mol)culas gaseosas que interaccionan con una superficie met#lica como condición previa a la reacción, aquellas deben quedar atrapadas en "sitios activos" con los que interaccionan qu!micamente. (a fuer'a de dicha interacción es de una magnitud similar a la que hace que los #tomos de un sólido mantengan su cohesión. Estas observaciones, entre otras que hi'o (angmuir, permitieron a los investigadores interesarse en los estudios sobre las propiedades f!sicas  qu!micas de las especies involucradas en el  proceso catal!tico  tuvieron repercusión profunda en la ciencia de la cat#lisis, a que la elucidación del número  naturale'a de los sitios activos en un catali'ador, es labor que desde el punto de vista cient!fico  el tecnológico sigue siendo piedra angular para el futuro de esta ciencia. ^a en 4B84 (angmuir dec!a: (a maor!a de los qu!micos piensan que la naturale'a de la acción catal!tica es tan misteriosa ho en d!a como lo era en la )poca de Garada, sin embargo con los conocimientos que cada d!a se van generando sobre la estructura de los cuerpos sólidos  los #tomos  mol)culas que

los componen, deberemos gradualmente tener una visión cada d!a me&or respecto al mecanismo de acción de dichas superficies.

LOS SI+IOS AC+ITOS (N LAS ARCILLAS 6e ha mencionado anteriormente que una de las propiedades de las arcillas que las hace materiales útiles en la cat#lisis es su comportamiento como sólidos #cidos. En el estudio de la qu!mica de las soluciones, el investigador es afortunado a que trata con mol)culas de caracter!sticas bien definidas. (a interacción entre un #cido, una base  un solvente puede ser, por lo tanto, calculada empleando principios qu!micos bien probados. or  el contrario, la comprensión de las interacciones #cidoLbase en los sólidos es mu dif!cil, a que la naturale'a de su superficie no est# plenamente definida  muchas veces no se cuenta con datos veraces sobre la composición de los comple&os que se forman entre el reactivo  el sólido. A pesar de las diferencias entre la qu!mica de las soluciones  la de los sólidos, se usan los mismos tipos de conceptos que pasaremos a revisar en forma breve. *n #cido, tal  como lo describió \. Hronsted 4K?BL4B2?; en 4B8P, es una sustancia capa' de liberar un ion de hidrógeno. osteriormente, N. +. (eXis 4K?L4B2=; amplió el concepto de acide' superficial  consideró #cido toda aquella mol)cula provista de un orbital libre que tiende a unirse a una mol)cula que posee un par de electrones  que funciona como base. *n e&emplo cl#sico es la reacción entre el amoniaco  NH5;, que es una base,  el hidruro de  boro &H5;, que funciona como un #cido:

ara (eXis, el #cido m#s simple es evidentemente el ion de hidrógeno  H;;. (a concepción de (eXis se basa por tanto en la regla cl#sica según la cual el octeto constitue la configuración electrónica m#s estable dicha configuración es la de los gases nobles, como el helio o el argón, que no reaccionan con otros elementos;. or otra parte, el car#cter #cido de una superficie en el sentido de Hronsted depende de la presencia de grupos funcionales susceptibles de liberar iones de hidrógeno.

LOS SI+IOS CI*OS (N LAS ARCILLAS rataremos ahora de conciliar los conceptos de acide' en las soluciones con la que se presenta en los sólidos, como es el caso de las arcillas,  responder a la pregunta de por qu) es importante conocer la naturale'a  fuer'a de estos centros. ara ello es necesario revisar   brevemente la importancia que representaban estos estudios dentro del conte$to de cat#lisis. El primer m)todo que se empleó para obtener gasolina a partir del petróleo fue por  calentamiento. Cuando aparecieron en el escenario los primeros catali'adores de inmediato resaltó que la naturale'a  cantidad de productos que se obten!an eran diferentes para cada caso, lo que hi'o sospechar que el mecanismo de las reacciones era diferente. A fin de poder  identificar con precisión los productos de las reacciones se empe'ó a traba&ar con

hidrocarburos aislados, haci)ndolos reaccionar con arcillas  otros materiales sint)ticos a base de silicoaluminatos. Nran número de hidrocarburos fueron probados  los productos de reacción pacientemente identificados. %e este traba&o se llegó a la conclusión de que e$ist!a una similitud en el comportamiento de los sólidos catal!ticos con el de los #cidos fuertes que interven!an como catali'adores en solución. Esto permitió a los cient!ficos especular que los centros activos que interven!an en las reacciones de desintegración de las mol)culas del  petróleo eran sitios #cidos. ^a en 4B2? el mecanismo de las reacciones se hab!a esclarecido lo suficiente como para proponer que se llevaban a cabo por medio de intermediarios iónicos. 6e sabe ho en d!a que el primer paso en estas reacciones es la formación de un ion carbonio, el cual podemos visuali'ar como un catión org#nico con una carga asociada al #tomo de carbono. *na de las maneras como se forman los iones carbonio es por la fisión de una mol)cula estable en la cual uno de los fragmentos toma dos electrones  las especies resultantes forman un par iónico:

%ebemos anotar que la presencia de iones carbonio hab!a sido reportada por los qu!micos org#nicos en el año de 4B99. Cuando se aplicó este concepto a las observaciones que se hab!an hecho sobre la reactividad de los hidrocarburos, as! como a los productos generados, se pudo comprobar que el mecanismo concordaba perfectamente, emergiendo de ello toda una teor!a, llamada del ion carbonio, con la cual es posible predecir cuantitativamente su formación  reacción, empleando las herramientas usadas en la qu!mica teórica. (as arcillas presentan sitios #cidos de fuer'a variable, tanto de tipo Hronsted como (eXis. Es obvio que la manera de identificarlos  contarlos ser# haci)ndolos reaccionar con bases. 6i conocemos la estructura de la base empleada  su fuer'a relativa, entonces podemos, con la auda de diversas bases, hacer una especie de mapa sobre la distribución  tipo de sitios #cidos presentes. or otra parte se sabe actualmente que las diversas reacciones catali'adas  por sólidos #cidos tienen en muchos casos requerimientos espec!ficos sobre la naturale'a  fuer'a del #cido para llevarse a cabo. or lo tanto, dependiendo de la forma de preparar el sólido catal!tico  de activarlo es posible hacer concordar los requerimientos de acide' con los de reactividad.

LAS ARCILLAS  (L ORI)(N *( LA TI*A (a búsqueda de una e$plicación precisa de cu#les fueron los constituentes de partida que dieron origen a los seres vivos, es decir, aquellos sistemas capaces de reproducirse a e$pensas de su energ!a interna, ha constituido un enigma que preocupó a a los primeros filósofos. (os hombres sabios de la antigua @ndia, de Habilonia  de Egipto elaboraron varias cosmogon!as  para tratar de e$plicarlo. Entre las primeras destaca la que consideraba que la vida se hab!a creado por generación espont#nea, como resultado de la voluntad de fuer'as sobrenaturales. (os griegos hicieron progresos tratando el problema por m)todos "cient!ficos", aunque  persistieron en creer en la autog)nesis. Esta idea persistió en la Edad edia  parte de los tiempos modernos hasta que (ouis asteur derrumbó el mito de la generación espont#nea. 6in

embargo, la pregunta original sigue vigente: si un organismo sólo puede ser creado por otro, /cómo se inició la vida1 (a respuesta lógica es que la evolución qu!mica debió haber precedido a la biológica  lo dem#s que se añada es mera especulación. Esto a hab!a sido reconocido por %arXin, quien afirmaba que si en su tiempo se hubiera creado una sustancia proteica capa' de seguir  e$perimentando transformaciones comple&as, seguramente ser!a incapa' de hacerlo, a que las condiciones óptimas para su evolución sólo e$istieron en la )poca en la cual no hab!a vida. E$perimentalmente es por tanto imposible reproducir las condiciones que e$ist!an en la )poca  prebiótica  los resultados que obtengamos de dichas observaciones mostrar#n únicamente  probabilidades de que la vida se haa iniciado de tal o cual manera. (o que pueden hacer los f!sicos  qu!micos es construir modelos  probar en qu) grado )stos son consistentes con los halla'gos de los biólogos, geólogos, antropólogos, etc. (o que sabemos del periodo que  precedió a la vida, de acuerdo con las investigaciones geoqu!micas, es que se inició de mil a dos mil millones de años atr#s. (a composición de la atmósfera original ha sido motivo de considerable discusión, aunque es generalmente aceptado que la me'cla actual, a base de nitrógeno  o$!geno, no pudo haber sido la original. Es mu dif!cil obtener evidencias, aun apro$imadas, de cu#les fueron los componentes de partida pero se acepta que su naturale'a debió ser seme&ante a la de la nebulosa que formó nuestro sistema planetario. *n hecho parece claro: hace dos mil millones de años la atmósfera no conten!a o$!geno, pero mil millones despu)s era rica en ese elemento. En el intervalo de tiempo transcurrido entre ambos eventos emergió la vida. uchos e$perimentos de laboratorio se han reali'ado con el fin de demostrar  cómo es posible generar sustancias org#nicas a partir de compuestos inorg#nicos, aun en ausencia de o$!geno. al ve' uno de los m#s importantes fue el reali'ado por 6tanle iller en 4BP. Estudiante reci)n graduado, iller trató de recrear las condiciones prebióticas en un aparato de vidrio: puso unos litros de metano, amoniaco e hidrógeno para simular la atmósferaQ añadió un poco de agua "el oc)ano";  adaptó un dispositivo capa' de generar  descargas el)ctricas. %espu)s de calentar la me'cla durante algunos d!as anali'ó su contenido, encontrando varios compuestos org#nicos, notablemente amino#cidos. %espu)s de iller  muchos investigadores han reali'ado traba&os similares, empleando otras sustancias de partida, demostr#ndose as! la posibilidad de sinteti'ar mol)culas org#nicas m#s o menos comple&as. Haste decir que, sin importar el cómo se generaron estas primeras especies, demos por hecho de que aparecieron  que estructuralmente ten!an la capacidad de seguir evolucionando por  reacciones entre s!. A. Fparin, cient!fico ruso, opina en su libro sobre el origen de la vida que las mol)culas org#nicas prosiguieron su evolución hasta que, al alcan'ar cierto tamaño, se separaron del medio acuoso alsi#ndose por medio de una especie de membrana impermeable al agua. uchos autores no aceptan este esquema de Fparin pues consideran dif!cil visuali'ar  un sistema cerrado en el cual se lleva a cabo una qu!mica diferente a la del medio que la rodea sin que dicho sistema llegue a un estado de equilibrio, hecho que desde el punto de vista termodin#mico implica que a no ha variación en la energ!a libre  por ende, en el caso de una c)lula, )sta se hallar!a muerta. Adicionalmente, el mecanismo no es aceptado por la dificultad de visuali'ar cómo unas mol)culas org#nicas, flotando en un inmenso oc)ano, haan tenido oportunidad de encontrarse  reaccionar.

LA +(SIS *( &(RNAL \. Hernal en su libro sobre los or!genes de la vida, publicado en 4B=?, opina que, dada la e$trema dilución de las sustancias org#nicas, las reacciones qu!micas ser!an e$tremadamente lentas por lo que propone que inicialmente se llevó a cabo una concentración de las mol)culas, seguida de reacciones de polimeri'ación, es decir crecimiento de cadenas de sustancias

org#nicas, todo esto llevado a cabo en las arcillas depositadas en la orilla de los oc)anos  lagos. (as ra'ones que se argumentan para esta hipótesis son las siguientes: 1;

(as arcillas, por su capacidad de e$pandirse, pueden alo&ar en su interior mol)culas org#nicas de gran talla. 2; El crecimiento de la estructura de las mol)culas se lleva a cabo inicialmente por reacciones

de polimeri'ación, las cuales son catali'adas por centros #cidos como los presentes en las arcillas. *n punto adicional es que, en dichas reacciones de polimeri'ación, uno de los  productos de la reacción es el agua, la cual debe ser eliminada del medio para favorecer el curso de formación de los materiales org#nicos. (o anterior es factible de reali'arse en las arcillas, dada su capacidad de convertirse en materiales organof!licos. 7eamos algunos resultados de laboratorio que apoan las tesis de Hernal  que fueron reali'ados con montmorillonita a la cual se le sustituó parcialmente el aluminio original de la estructura, que es trivalente, por iones magnesio, divalentes, con lo cual se crean centros fuertemente negativos, los cuales son capaces de reali'ar su adsorción  reacción posterior de los materiales org#nicos. (os investigadores del @nstituto Iei'mann de @srael pusieron en contac con tacto to la arcilla arcilla con un amino# amino#cid cidoo aden!l aden!lico ico,, que es el mater material ial de partid partidaa para para la formacióu de prote!nas en las c)lulas  cua fórmula mostramos en la figura 8?.

Figura %J. ($-ruc-ura del ami,o0cido ade,MlicoG precur$or de la$ pro-eM,a$.

(os cient!ficos observaron que al poner en contacto la montmorillonita con la mol)cula org#nica en una solución acuosa, a la temperatura ambiente, se produce primero una adsorción del material biológico  luego )ste se polimeri'a dando origen a cadenas polipept!dicas de diferentes pesos moleculares. Como sabemos, las cadenas polipept!dicas son las que forman las prote!nas dentro de las c)lulas.

En el caso de la estructura mostrada en la figura, la reacción de polimeri'ación se llevar!a a cabo empleando la adenina, que corresponde a la mol)cula que contiene + nitrógeno; en la  parte superior derecha de la estructura. Esta mol)cula de adenina se polimeri'a produciendo adenina;n, que es el polip)ptido que hemos mencionado, dando como resultado productos con valores de "n" variables. (a observación interesante que hicieron los autores de este traba&o est# relacionada &ustamente con los valores de "n". Cuando la reacción se reali'a en ausencia de arcilla empleando un #cido inorg#nico, se observa que los polip)ptidos formados son de tamaño pequeño  su distribución mu homog)nea. or el contrario, la distribución de pesos mole molecu cula lare ress en los los prod produc ucto toss anal anali' i'ad ados os de la reac reacci ción ón con con la arci arcill llaa mues muestr traa que que la distribución es heterog)nea, es decir, ha ciertos valores de "n" que no aparecen en los  polip)ptidos as! formados. Curiosamente Curiosamente otros autores que han traba&ado traba&ado sobre el mismo tema han hecho hincapi) en que los procesos vivientes se caracteri'an por tener la capacidad de selec seleccio cionar nar caden cadenas as de cierto ciertoss pesos pesos molec molecula ulares res espec espec!fic !ficos os a pesar pesar de que no e$iste e$iste impedimento para que dicha distribución sea homog)nea. %e lo que hemos aprendido sobre el comportamiento de las arcillas sabemos que el elemento inicialmente presente puede ser intercambiado por otros  as! se modifican no sólo las  propiedades de adsorción sino tambi)n las catal!ticas, al variar la distribución de los centros #cidos. Esto sugerir!a que la arcilla actúa como una especie de molde prebiótico que va a determinar un código inicial el cual, por evolución posterior, producir# selectivamente ciertos tipos de secuencias de mol)culas comple&as que, ulteriormente, se convertir#n en sistemas vivientes. El apreciado lector tiene la palabra para opinar si esto pudo haber sido o no, tomando en cuenta la forma caracter!stica de la mol)cula de la vida: el A%+: una doble h)lice limitada en la anchura pero ilimitada en su longitud.

(L ORI)(N *(L E(+RDL(O En el curso de los últimos cien años el origen del petróleo ha intrigado a geólogos, qu!micos, f!sicos  microbiólogos, sin que ho en d!a e$ista una teor!a por todos aceptada sobre su g)nesis. (o anterior estriba en buena parte en que el petróleo presenta una composición qu!mica mu comple&a, aunado al hecho de que en su gestación interviene un gran número de variables f!sicas  qu!micas que, dada su formación millones de años atr#s, no podemos conocer con precisión. ara colmo de males el petróleo es un fluido que se origina en un lugar   pero migra a otros sitios, por lo que nunca se puede afirmar categóricamente: categóricamente: "aqu! se formó el petróleo." (a falta de "cooperación" del material en revelar todos sus secretos a los cient!ficos no ha impedido que cada grupo que lo estudia haga especulaciones sobre su formación , por lo tanto, e$isten tantas teor!as como art!culos ha escritos sobre el tema. 6e ha sugerido que se formó por la polimeri'ación de los gases atrapados en las rocas bas#lticas, reacción por cierto catali'ada por los #cidosQ otros afirman que la materia que le dio origen no es otra que el carbón vegetal  hasta se han avan'ado teor!as sobre su origen cósmico. *na apro$imación que a muchos les ha parecido útil es investigar su origen a partir de los dato datoss que que e$is e$iste tenn sobr sobree su comp compos osic ició iónn actu actual al.. Esta Esta tare tareaa no es nada nada f#ci f#cill , para para e&emplificarlo, diremos que en 4B8? el @nstituto +orteamericano del etróleo puso las bases de un proecto cuo propósito era identificar todos los componentes del petróleo, empleando los m)todos anal!ticos disponibles. (a tarea era monumental, baste decir que, 8? años despu)s, se informaba que 424 componentes se hab!an aislado  purificado. 6e trataba únicamente de hidrocarburos que conten!an #tomos de carbono e hidrógeno que iban desde uno a veinte

carbonesQ sin embargo esta cantidad sólo representa el 22> del total de los componentes, a que que m#s m#s adel adelan ante te se iden identi tific ficar aron on hidr hidroc ocar arbu buro ross de hast hastaa P9 #tom #tomos os de carb carbon onoo  combinaciones m#s comple&as de mol)culas que, adem#s de carbono e hidrógeno, contienen nitrógeno  a'ufre, as! como sustancias cua estructura presenta metales como n!quel o vanadio. Nran parte de los acimientos petrol!feros se encuentra asociada a sedimentos marinos, en los que se nota la presencia de rocas de todas las edades, de la era Cambriana hasta el lioceno, aunque se considera que el rango de tiempo que tomó la formación del petróleo abarca unos 99 millones de años. Oo en d!a e$iste un consenso casi general de que su origen es org#nico, derivado de materiales que fueron sinteti'ados por vegetales superiores en los continentes o por algas  otros organismos planctónidos en mares  oc)anos. (o anterior es evidente si vemos la similitud estructural entre la mol)cula aislada de un vegetal  la obtenida de un crudo de petróleo tal  como se muestra en la figura 8K.

Figura %K. ($-ruc-ura de u,a mol7cula ai$lada de u, #ege-al  o-ra de pe-r6leo.

6i la mater materia ia org#ni org#nica ca que dio origen origen al petról petróleo eo estab estabaa const constitu ituida ida por compon component entes es  provenientes de vegetales vegetales  animales, animales, /cómo se transformó esa masa masa en una me'cla fluida con la composición que conocemos actualmente1 6e cree que la materia org#nica se acumuló en vasos lacustres o marinos formando el querógeno, t)rmino que describe a una comple&a mol) mol)cu cula la hete hetero rog) g)ne nea, a, fuen fuente te del del petr petról óleo eo.. Co Cont ntra rari rioo a lo que que pudi pudier eraa pens pensar arse se,, la transformación no se llevó a cabo a temperaturas mu elevadas. @nicialmente hubo una degradación, llevada a cabo por microorganismos,  luego la masa parcialmente degradada fue, con el curso de los años, hundi)ndose en la corte'a terrestre para ah! continuar su evolución a temperaturas entre 899  89 grados cent!grados, puesto que en el an#lisis de crudos se ha encontrado sustancias que se descomponen a temperaturas superiores a las marcadas.

6i la masa no penetró mu profundamente en la corte'a, entonces se formaron los llamados esquistos bituminosos, constituidos por rocas que conten!an materia org#nica que no evolucionó, esquistos que se convirtieron en los hidrocarburos t!picos del petróleo. Esto se debió a que la temperatura no fue mu elevada se calcula que la temperatura aumenta a ra'ón de l[C por cada 28 metros de profundidad;  sólo hubo degradación microbiana. Cuando la masa alcan'ó los 899[C a no pudo ser degradada por seres vivos, por lo que la conversión debió proseguir a trav)s de reacciones qu!micas. aralelamente se generaron otros procesos que dieron origen a los llamados aceites pesados  arenas asf#lticasQ materiales geológicamente m#s vie&os que el petróleo a que se trata de acimientos que se depositaron en lugares donde e$ist!an rocas porosas  que sufrieron degradación qu!mica  bioqu!mica adicional por la invasión de agua, proveniente de la superficie, rica en o$!geno disuelto, lo que  permitió a las bacterias aeróbicas degradar selectivamente los hidrocarburos a formados.

LAS ARCILLAS  LA )ASOLINA erminado este esbo'o de la g)nesis del petróleo, pasemos tambi)n a la especulación. *na  pregunta que muchos investigadores se han hecho es cómo se formó la gasolina presente en el  petróleo, o en forma m#s general, cómo se formaron los alcanos lineales. Entre par)ntesis, debemos decir que la gasolina est# compuesta, en parte, por alcanos, mol)culas formadas por  carbono e hidrógeno cua fórmula general es C  H% ;% en donde n vale de uno a treinta o m#s. %e estos hidrocarburos e$isten muchas variedades, los ha formando cadenas lineales o ramificadas, anillos, etc)tera. n

n

En la figura 8B se muestran algunos e&emplos de los principales tipos de hidrocarburos aislados del petróleo  se indica el porcenta&e relativo de cada variedadQ la letra  de las fórmulas representa grupos @CBH . n

Figura %. Algu,o$ -ipo$ de 'idrocar/uro$ pre$e,-e$  e, el pe-r6leo  $u porce,-aje de a/u,da,cia.

Oemos dicho con anterioridad que del estudio de los componentes del petróleo se puede obtener pistas de su origen: pues bien, estudiando la composición de los acimientos "&óvenes"  los geológicamente m#s vie&os  comparando los resultados con los de los crudos que se e$traen actualmente, los geoqu!micos org#nicos han llegado a la conclusión de que los  precursores de los alcanos fueron los #cidos grasos. 6e piensa adem#s que esa transformación se llevó a cabo en presencia de arcillas. En primer lugar, revisemos en la figura P9 las fórmulas de algunos #cidos grasos que se han aislado en el petróleo. ecu)rdese que si el último O de la fórmula qu!mica de los #cidos grasos es sustituido por un ion sodio, lo que se obtiene es el conocido &abón de tocador.

 ombre nLheptoico

8Lmetilcaproico

PLmetilcaproico

2Lmetilcaproico

Lmetilcaproico

PLetilval)rico

capr!lico pelargónico

Fórmula

COP CO8; CFFO COP CO8;P COCFFO  COP COP CO8;8 COCO8 CFFO  COP COP CO8 CO CO8;8 CFFO  COP COP CO CO8;P CFFO  COP COP CO8 CO CO8 CFFO  C8O COP CO8;= CFFO COP CO8;? CFFO

Figura 5". Tariedade$ de 0cido$ gra$o$ ai$lado$ del pe-r6leo.

Cuando se reali'a un an#lisis m#s detallado de los #cidos grasos  los alcanos presentes en los acimientos "&óvenes" o "vie&os", se obtienen los datos que mostramos en la figura P4. arcamos en ella con  ;; un valor num)rico pequeño  con  ;;;; un valor grande.

Figura 51. A/u,da,cia de 0cido$ gra$o$  alca,o$  e, acimie,-o$ @ ;  pocaG @;; muc'a.

(os resultados nos enseñan que ha una tendencia, que no parece casual, en la desaparición de los alcanos lineales impares  la de los #cidos grasos paresQ esto a medida que el tiempo transcurre  aumenta la profundidad a la que se encuentra el acimiento. Es de hacerse notar  que en el petróleo crudo que se e$trae los alcanos  los #cidos grasos presentan distribución homog)nea en pares e impares. (a e$plicación, según varios investigadores, consiste en pensar que el #cido graso inicialmente presente en la materia org#nica predominantemente pares en el número de #tomos de carbono; sufre una descarbo$ilación, es decir la p)rdida del grupo BCOOH, lo que da origen a un alcano:

RBCOOH

RH ; CO%

 representa una larga cadena de grupos CH5. El alcano formado se fragmenta a su ve' reacción de desintegración; en alcanos m#s  pequeños

R 1H

R %H ; R 5H...

UN 3O*(LO *( FOR3ACIDN 6e piensa que, en primer t)rmino, las arcillas de tipo montmorillonita concentraron en su interior los #cidos grasos por un fenómeno de adsorción, e$pulsando el agua estructural es decir que se volvieron parcialmente organof!licas;  con esto se generaron centros #cidos activos que catali'aron las reacciones de descarbo$ilación  desintegración. El modelo que hemos presentado se ha simulado en el laboratorio. En 4B?4 se publicó un informe sobre la reacción de descarbo$ilación del #cido graso de cadena lineal que contiene 88 #tomos de carbono. 6e escogió este #cido porque es t!pico de los acimientos "&óvenes". El material se puso en contacto con una montmorillonita parcialmente hidratada, que conten!a calcio en su estructura. (os resultados de la reacción mostraron que se produc!an  predominantemente alcanos , en particular, el que ten!a un #tomo de carbono menos que el #cido graso original. El modelo geoqu!mico para el proceso que hemos descrito se puede observar en la figura P8, donde se grafica la profundidad de la corte'a terrestre  la temperatura correspondiente en función de los dos tipos de reacciones que se llevan a cabo. 6e postula que, al aumentar la temperatura, la arcilla genera centros #cidos del tipo (eXis, donadores de iones hidrógeno, que catali'ar!an dichas reacciones.

Figura 5%. 3odelo geouMmico para la ormaci6, de alca,o$ e, u,a de$car/o8ilaci6,  e, u,a de$i,-egraci6,.

LAS ARCILLAS  (L FU+URO (N(R)É+ICO En los últimos cien años la humanidad ha consumido, b#sicamente para proveerse de energ!a, unos B99 999 millones de barriles de petróleo, cantidad que equivale a quemar madera  aceites animales durante 4 P99 años. uchos esfuer'os se han reali'ado últimamente para racionali'ar el uso del petróleo como energ)tico, buscando por e&emplo fuentes alternas al mismo. (a realidad es que para el año 8999 el > de toda la demanda mundial de energ!a ser# aportada aún por el petróleo. /Cu#nto petróleo e$iste  para cu#ntos años m#s alcan'a1, es una pregunta formulada de manera continua. (os estrategas de la planeación económica de todo el mundo hacen sus predicciones en función de las reservas de petróleo, clasificadas en dos tipos: las probadas  las potenciales. (as reservas probadas ho en d!a se estima que equivalen a B99 999 millones de barriles de  petróleo  una cantidad equivalente de gas. 6e trata aqu! del petróleo depositado en acimientos marinos  terrestres, e$plotable con las tecnolog!as disponibles ho en d!a. (as reservas potenciales incluen aquellas que se presume deber#n descubrirse  cua estimación es mu variable. 6i se considera que el ritmo de consumo anual sea en el futuro el mismo que ho en d!a, con las reservas probadas tendremos petróleo para los pró$imos 2 añosQ si sumamos las potenciales, el número de años se e$tiende a 4?9. (os economistas quedan satisfechos con sus c#lculos, pero quien traba&a en la industria petrolera es m#s pesimista, a que se enfrenta a futuro con dificultades t)cnicas para satisfacer la demanda. /or qu)1 (a respuesta la daremos con algunos datos adicionales en los que mostramos, de acuerdo con los especialistas, el tipo  porcenta&e de los petróleos que se utili'an en las referidas predicciones, v)ase la figura PP.

 Fuente

etróleo convencional etróleo pesado  arenas asf#lticas Esquisitos bituminosos

 eseras %4& probadas potenciales

P.4

8.K

P4.P

8?.K

4.=

2=.2

Figura 55. Orige, de la$ re$er#a$ mu,diale$ de 'idrocar/uro$.

6e llama petróleo convencional al que es f#cilmente transformado en productos refinados de alto rendimiento mediante los procesos  catali'adores actuales. %esafortunadamente, este tipo de petróleo ha disminuido en forma constante desde hace mucho tiempo, por lo que ha que refinar crudos m#s "pesados" el crudo aa es un e&emplo;, o sea un material que, con la tecnolog!a actual, produce mucho menos rendimiento en refinados debido a su composición, a que posee mol)culas de alto peso molecular, adem#s de que contiene un porcenta&e de a'ufre, n!quel  vanadio superior a los crudos ligeros. El procedimiento m#s empleado por la industria de la refinación para aumentar la producción de hidrocarburos gaseosos, útiles en los procesos petroqu!micos de las gasolinas, diesel  lubricantes a partir de ciertas fracciones del petróleo, es sin duda el proceso de desintegración catal!tica. (a fracción se pone en contacto con un catali'ador #cido a temperatura elevada  )ste promueve la fragmentación de las mol)culas, reduci)ndolas a tamaños menores. (as arcillas naturales fueron usadas intensamente como catali'adores con este propósito hace unos 2 años. H#sicamente se emplearon montmorillonitas tratadas con #cidos proceso Ooudr;. 6i se controlaba con cuidado la intensidad del tratamiento, se obten!a un producto con buena actividad catal!ticaQ un e$ceso hac!a que se perdiera totalmente su función. En el tratamiento, se eliminaban principalmente iones aluminio de las posiciones octa)dricas de la montmorillonita, provocando en la estructura una carga negativa que era neutrali'ada por el ion hidrógeno. Este hidrógeno, se cree, era la fuente de la actividad desintegradora del catali'ador. *na desventa&a ten!an las arcillas  era la presencia en su estructura del ion hierro, el cual provocaba una e$cesiva cantidad de carbón proveniente de la degradación total de los hidrocarburosQ adem#s, las arcillas no eran t)rmicamente mu estables cuando se hac!a necesario elevar la temperatura para restituir la actividad catal!tica. (as arcillas fueron paulatinamente despla'adas por otros materiales. En particular, en los años sesenta hicieron su aparición las 'eolitas, que ofrec!an maor conversión, altos rendimientos en gasolina  elevada estabilidad frente a la temperatura. (a estructura 'eol!tica, formada por   bloques de SiO<  A1O< se une entre s! mediante puentes de o$!geno, formando estructuras que tienen poros con dimensiones moleculares  que, dependiendo del tipo de 'eolita en cuestión, poseen aberturas de poros que van desde los 8  hasta los K . %e esta manera la 'eolita tiene la capacidad de permitir o no la entrada de reactivos en el interior de su estructura  llevar a cabo las reacciones #cidas con suma eficiencia.

Figura 5<. ($-ruc-ura de u,a mol7cula ai$lada del  pe-r6leo pe$adoG ue co,-ie,e #a,adio.

(a necesidad de refinar crudos pesados trae consigo la dificultad de hacerlo con los materiales 'eol!ticos de que disponemos ho en d!a: la abertura de los poros en las 'eolitas es mucho menor que el tamaño de muchas de las mol)culas presentes en los crudos pesados. Adem#s, las altas concentraciones de metales como el n!quel  el vanadio las inactivan o, peor aún, las destruen. En la figura P2 mostramos una versión simplificada de la estructura de una de las mol)culas que contienen vanadio  que se hallan en los crudos pesados, a la que se determinó mediante estudios de raos T. ara resolver el problema de la refinación de los crudos actuales, se han mencionado varios tipo de estrategias, las m#s importantes son las siguientes: 1; Emplear 'eolitas con abertura de poro maor a las que ho empleamos. A nivel mundial se

intenta sinteti'ar afanosamente nuevas estructuras que posean esta caracter!stica sin que pierda la activad catal!tica. 2;

Gragmentar el crudo con otro tipo de catali'adores que produ'ca mol)culas capaces de  penetrar las cavidades 'eol!ticas. 3; Huscar otro tipo de materiales porosos con alta actividad  selectividad apropiada. En este

caso, las arcillas e$pandidas resultan ser los candidatos idóneos como tambi)n lo son para la estrategia precedente. 7eamos qu) sucede cuando una fracción de crudo pesado se hace pasar por un reactor donde ha un catali'ador, a la temperatura de =9_ C. En el e$perimento se utili'ar#n dos tipos de sólidos: el primero estar# constituido por un catali'ador de desintegración a base de 'eolita, al que llamaremos "CM". En el segundo e$perimento emplearemos un catali'ador mi$to, compuesto de 89> de 'eolita  K9> de arcilla del tipo montmorillonita e$pandida con un oligómero de aluminio,  que llamaremos "CAM". (a corriente que emerge del reactor es anali'ada en sus componentes, con lo cual se puede determinar qu) porcenta&e de la carga se

convierte en productos > Conv.;  de lo convertido, cu#nto es gasolina  aceite ligero, lo que denominamos selectividad, Sga$oli,a   Sacei-e ligero respectivamente. Fbservemos los resultados de las dos e$periencias en la figura P.

 6arámetro

Catali5ador  C7

Conversión del crudo 6electividad gasolina >; 6electividad aceite ligero >;

?.8 8?.= 4.4

C7 

?8.4 P9.2 48.?

Figura 5!. Co,#er$i6, ca-alM-ica de u, crudo media,-e ca-ali2adore$ a /a$e de 2eoli-a$ @C9  de 2eoli-a ; arcilla @CA9.

Como se puede apreciar, la estrategia parece dar resultado a que la adición de la arcilla al catali'ador de 'eolita hace que aumente la conversión del reactivo as! como la cantidad de gasolina producida, por lo que se conclue que las grandes mol)culas son fragmentadas en la arcilla  luego pasan a la 'eolita en donde se continúan las reacciones de desintegración. Oemos mencionado antes que muchos crudos pesados contienen cantidades importantes de compuestos org#nicos de n!quel  vanadio. (as arcillas e$pandidas ofrecen la posibilidad de atrapar estas mol)culas por medios catal!ticos, impidiendo as! que dañen los catali'adores de 'eolita. ara eliminarlos se requiere que el sólido contenga dos funciones: una #cida, que  provoque la ruptura de los enlances,  otra capa' de introducir hidrógeno en los fragmentos resultantes, a que si no se hidrogenan totalmente tienden a formar residuos carbonosos que inhabilitan la actividad catal!tica. (a función hidrogenante en el catali'ador la aporta un metal depositado e, profeso. En una serie de e$perimentos se e$pandió una arcilla de tipo montmorillonita con un oligómero org#nico a base de hierro  una muestra adicional con uno de aluminio. (os materiales fueron evaluados por separado, haci)ndolos pasar en un reactor, durante ?8 horas, una carga consistente en un crudo con cantidades conocidas de n!quel  vanadio. (os resultados mostraron que la arcilla e$pandida con aluminio tuvo mu poca capacidad de eliminación, como era de esperarse, por no tener la función hidrogenante. En la figura P= se resumen los resultados obtenidos con la arcilla que contiene hierro, en la que se grafica el  porcenta&e de metal eliminado de la carga en función de la temperatura de reacción.

Figura 5>. (limi,aci6, porce,-ual de #a,adio @   ,Muel @O media,-e u, -ami2 de arcilla e, u,ci6, de la -empera-ura de reacci6,.

Cuando estos datos se confrontan con los que se obtienen con los catali'adores actualmente empleados en las refiner!as, que son de naturale'a qu!mica diferente, se comprueba que si bien el porcenta&e de eliminación es seme&ante, la arcilla reali'a la tarea a temperatura inferior, lo que representa un ahorro en energ!a. (A6 AC@((A6 E+ ACC@V+ Oemos resaltado a lo largo de este cap!tulo que una de las venta&as destacables de las arcillas modificadas frente a otros sólidos porosos la constitue su capacidad de adsorber  hacer  reaccionar en el interior de su estructura mol)culas de gran tamaño. Como último e&emplo del potencial que ofrecen estos nuevos materiales, presentaremos algunos resultados obtenidos por \. 6habtai  sus colaboradores que fueron tratados en el ?_ Congreso @nternacional de Cat#lisis efectuado en \apón. (os autores del traba&o hicieron un estudio comparativo de la reactividad de tres diferentes mol)culas org#nicas frente a una 'eolita ^, la que se emplea en los catali'adores en la desintegración de los gasóleos  una montmorillonita e$pandida. 6e sabe que la abertura m#$ima de los poros 'eol!ticos tiene un di#metro apro$imado de K   las tres mol)culas escogidas di#metros de =.8, ?.  B . Estos di#metros de las mol)culas, hemos de aclarar, que son valores absolutos  se calculan a partir  de estimaciones teóricas. 6in embargo tal es qui'# el m)todo m#s pr#ctico que se tiene para medir la abertura de los poros. El e$perimento consistió en evaluar la velocidad de transformación por minuto del reactivo, referida a una masa id)ntica de sólido en cada caso. (a reacción en que se emplearon las mol)culas sonda fue reali'ada a P9_ C  con el fin de e$poner los resultados no es necesario dar los valores absolutos de tales velocidades, as!, en el

caso de la 'eolita le daremos el valor relativo de 4  T ;Q en el de la arcilla, el número de veces que la velocidad de transformación fue m#s r#pida que 4. r 

En la figura P? se representan los resultados. 6e dibu&ó la estructura de las mol)culasLreactivo empleadas , entre par)ntesis, va anotado el di#metro que se les calculó en Angstroms.

Figura 5J. Comparaci6, e,-re la$ #elocidade$ de reacci6, @T e, la co,#er$i6,  de -re$ reac-i#o$ co, di$-i,-o di0me-ro ci,7-ico.

Es evidente que, al aumentar el tamaño de la mol)cula, la 'eolita tiene m#s dificultad para convertirla por lo que la velocidad de reacción de la arcilla es cada ve' maor a que en ella no e$iste el problema de que el reactivo no penetre al interior de la estructura. %ebemos mencionar que el traba&o fue presentado en 4BK9  que, en la sección de comentarios del Congreso, el representante de una industria petrolera di&o: "0uiero felicitarlos  por este traba&o tan innovador, reali'ado con tanta imaginación. engo la impresión de que esto representa el punto de arranque de nuevos desarrollos que se iniciaron hace años con los catali'adores 'eoliticos." El comentarista no estaba equivocado pues podemos imaginar el

 potencial que tienen los valores de la figura si tomamos en consideración que, en esa )poca, un tercio de los cinco millones de barriles de petróleo se enviaba diariamente a procesar  mediante la reacción de desintegración catal!tica.

I T .

C O N C L U S I O N ( S