Sustratos y productos

¿Qué son un sustrato y un producto de una reacción química?

En química, un sustrato es un nombre usado para sustancias, compuestos químicos, elementos o iones que sufren transformaciones durante reacciones que involucran procesos químicos. Los productos son el resultado de estas transformaciones. En los procesos industriales, la mayoría de las veces hay varios productos. Aparte de los productos principales, los procesos también dan como resultado los llamados subproductos. Estos, a su vez, pueden convertirse en sustratos para otros procesos tecnológicos. Los sustratos y productos en los procesos químicos son muy importantes tanto a escala de laboratorio como industrial. Estos procesos están sujetos a una serie de leyes, normas y principios. Éstos son algunos de ellos:

• Equilibrio químico

Es un estado dinámico relacionado con una reacción química reversible, donde la velocidad de transformación de sustratos en productos es la misma que en el proceso inverso, es decir, en la transformación de productos en sustratos. Esto es cierto bajo condiciones específicas que incluyen concentración, temperatura y presión. Cuando ocurre un equilibrio químico, las concentraciones de sustratos y productos son las mismas. Debe recordarse, sin embargo, que este no es un estado permanente. La naturaleza de un equilibrio químico es dinámica. Incluso una ligera interferencia con las condiciones de la reacción la cambia.

• Principio de Le Chatelier (la Ley del Equilibrio)

El principio de Le Chatelier establece que cuando un sistema en equilibrio químico se somete a un estímulo específico (por ejemplo, un cambio de temperatura), las condiciones de la reacción que ocurre cambian de tal manera que contrarrestan parcialmente el cambio aplicado. Además, la concentración de sustratos y productos influye en el equilibrio químico. Cualquier cambio en la cantidad de cualquiera de los constituyentes cambia el equilibrio establecido. Si se elimina un producto del sistema, el sistema responderá de tal manera que una cierta cantidad del sustrato reaccionará para reconstituir la sustancia eliminada. Ocurrirá una situación similar cuando se retire un sustrato del sistema. El principio de Le Chatelier permite (especialmente en procesos tecnológicos) controlar el curso de un proceso químico. Puede usarse para aumentar la eficiencia de una reacción en curso o para contrarrestar reacciones no deseadas.

• Velocidad de reacción química

La velocidad de una reacción o proceso químico se define como la disminución de la concentración molar de los sustratos, o el aumento de la concentración molar de los productos, por unidad de tiempo. El valor de la velocidad de reacción se determina experimentalmente midiendo los cambios en la concentración de los reactivos a lo largo del tiempo. La velocidad de una reacción química está influenciada por la concentración de los sustratos. La velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactivos.

Sustratos y productos en procesos de tecnología química

Es una tarea abrumadora traducir el concepto de un proceso químico de la escala de laboratorio a la escala industrial. Entre otras cosas, incluye una adecuada selección de sustratos (materias primas). Debe ser rentable obtener sustratos que cumplan con los principios ambientales y todos los procedimientos requeridos para su procesamiento previo (por ejemplo, purificación de minerales metálicos extraídos). En tecnología química, el proceso también debe revisarse en términos de los productos que se obtendrán porque, además del producto o productos principales, a menudo se forman los denominados subproductos. Es una solución común para ubicar instalaciones que producen diferentes componentes cerca unas de otras. Un subproducto no deseado en un proceso puede ser una materia prima clave en una tecnología diferente. También se recomienda que los sustratos que no sufrieron la reacción se reciclen en un bucle. Los principios anteriores, y una serie de otras reglas, permiten realizar procesos tecnológicos de manera mucho más eficiente y con un menor gasto de energía. Para los procesos de tecnología química, se desarrolla un balance de materiales para cada instalación. Indica las cantidades de materiales consumidos o producidos, es decir, sustratos y productos. El balance de materia constituye la base para diseñar y desarrollar una cuenta económica para un proceso químico existente o planeado. Se basa en el principio de conservación de la masa. Un balance de materiales bien elaborado proporciona una visión general clara de las cantidades de sustratos necesarios, las cantidades de productos obtenidos y tiene en cuenta la generación de residuos. Gráficamente, se puede ilustrar utilizando un gráfico de Sankey.

La importancia de los sustratos y productos en el contexto de la química verde

El petróleo es la principal materia prima en la química actual. La biomasa y otros sustratos que se pueden obtener de fuentes renovables y, por lo tanto, se ajustan a los principios de la química verde son cada vez más importantes. Se espera que la tendencia continúe en los próximos años. La biomasa es importante no solo como materia prima para fines energéticos, sino que también se puede utilizar de forma eficaz para obtener productos químicos, como aditivos para productos farmacéuticos , cosméticos y alimentarios. Los avances en las tecnologías de procesamiento de biomasa permiten extraer de ella materiales y productos químicos de alto valor agregado. El desarrollo de métodos para la obtención de sustratos especialmente a partir de partes de plantas, como tallos, hojas o raíces, es igualmente dinámico. Ahora podemos, por ejemplo, sintetizar nanopartículas de plata utilizando extractos de hojas de col. Particularmente en los procesos de gran volumen, un tema importante es la gestión de los subproductos resultantes de los procesos químicos. Será beneficioso obtener materiales que sean fácilmente biodegradables . Los polímeros degradables, por ejemplo, están ganando importancia. Estos son polímeros que pueden descomponerse en el medio ambiente mucho más rápido que los polímeros convencionales. Pueden degradarse cuando se exponen a la radiación, microorganismos, enzimas o ciertos productos químicos.