La química oculta de nuestras casas
Artículo basado en el libro: "20 Razones para amar la química" de Héctor Busto Sancirián.
5/25/20265 min read
El científico interdisciplinar Vclav Smil, el autor favorito del magnate tecnológico Bill Gates, afirmó en su libro “Making the Modern World: Materials and Dematerialization” que los 4 materiales sobre los que se ha cimentado la civilización moderna son: el amoniaco (gracias a su uso como precursor de fertilizantes y sus innumerables usos en la industria química), los plásticos (que han moldeado la vida cotidiana) el hormigón (necesario para cualquier tipo de construcción) y el acero (que ha servido como estructura de nuestra moderna civilización). En este artículo estudiaremos superficialmente uno de ellos, junto con otra serie de materiales que han servido para la cimentación y construcción de nuestros hogares.
Los materiales con los que están hechas nuestras viviendas han ido cambiando a lo largo de la historia en función de los recursos disponibles y los avances tecnológicos. Las primeras viviendas estaban hechas de materiales naturales accesibles que no mostraban manipulación alguna: piedras, ramas, arcilla, paja… sirvieron para la construcción de menhires, tiendas y chozas. Sin embargo, conforme fueron apareciendo los nuevos recursos y nuevas técnicas para su manipulación, los materiales empleados en la construcción fueron ampliándose. En la actualidad, la contribución de la construcción al PIB de los países es muy sustancial. Por ejemplo, en la España previa a la crisis económica de 2008, este sector representaba el 10% del PIB. Para 2022, este valor se ha reducido a la mitad, pero aún conserva un importante peso en la economía nacional.
Los componentes más básicos para la construcción de una vivienda son el ladrillo, el cemento, el hormigón, el hierro y el acero. Luego en el interior de las casas también necesitaremos otros materiales como el vidrio o la madera. En primer lugar tenemos el ladrillo, cuyo origen se encuentra en el adobe, que no es más que arcilla, arena, algunos aditivos como la paja y un proceso de secado al sol. Las arcillas son un agregado de aluminosilicatos hidratados, es decir, óxidos de silicio y óxidos de aluminio. La arena es un conjunto de rocas disgregadas de óxido de silicio, generalmente en forma de cuarzo. El ladrillo suele elaborarse con arcilla y agua, añadiendo otros materiales como el caolín y que, a diferencia del adobe, tiene un proceso de cocción a altas temperaturas en vez de un proceso de secado al sol. Su proceso de fabricación muestra varias etapas: extracción de la materia prima, maduración, tratamiento mecánico, depósito de la materia, humidificación, moldeado, secado, cocción y almacenaje. En algunas de estas etapas se originan diversos procesos fisicoquímicos que varían la estructura del material. Uno de los cambios principales ocurre en la cocción, que se produce en un intervalo de 900 a 1000 ºC, de esta forma se reduce el contenido de agua y la porosidad, aumentando la resistencia mecánica.
Proceso de fabricación tradicional del ladrillo (Fuente: Researchgate)
Una vez tenemos los ladrillos, para poder construir las paredes necesitaremos un material capaz de unirlos mediante interacción química. El material más empleado con este propósito es el cemento, un aglomerante hidrófilo obtenido a partir de una mezcla de piedra caliza y arcilla finamente molidas. Este es el cemento conocido como Portland, cuyo predecesor fue el cemento puzolánico o romano. El precursor del cemento actual, como su nombre indica, tiene sus orígenes en el antiguo Imperio romano y su ingrediente principal, como indica su otro nombre, es la puzolana, un material originalmente procedente de la ceniza volcánica del Vesubio. No son más que silicatos y aluminosilicatos con presencia de otros metales a los que se les añadía agua y cal para crear el cemento. Al mezclarlo con agua y cal, se originan una serie de reacciones ácido-base que aumentan su cohesión y estabilidad, convirtiéndolo en un perfecto aglomerante. El cemento Portland se produce a partir de una mezcla de caliza y arcilla que permite aportar óxidos de calcio, silicio, aluminio, hierro y manganeso. La clave del proceso es la calcinación a altas temperaturas (hasta los 1500 ºC) para formar el Clinker. En este proceso también se dan cambios físicos como la evaporación del agua, deshidratación de los minerales, formación de óxido de calcio, liberación de CO… Tras el enfriamiento, la molienda y en ocasiones la adición de yeso (sulfato de calcio) forman finalmente el cemento. ¿Este es el cemento que se emplea para unir ladrillos? La verdad es que también se suele añadir arena y agua para formar el definitivo “mortero de cemento”, un material moldeable que se puede aplicar entre los ladrillos. Con el tiempo, este cemento sufre un proceso de fraguado que permite solidificar el material y cohesionar los ladrillos.
Existe otro material que se emplea para la construcción extensiva de edificios, puentes, carreteras… ¿lo adivinas? Exactamente, es el material mencionado al principio del artículo, el hormigón o concreto. Se trata de un material conglomerado en el que el cemento vuelve a participar como aglomerante, pero el componente principal son los agregados, de los cuales existe una gran diversidad, tanto en términos de composición como de tamaño, lo que permite fabricar diferentes tipos de hormigones. Estos agregados son fundamentalmente grava y arena, que aportarán volumen y consistencia a la mezcla a través de rocas trituradas como la caliza, el granito, la dolomita, el basalto, la arenisca o el cuarzo. La composición se completa con agua y otros aditivos para variar sus características. Mediante la hidratación, se generan silicatos de calcio hidratados e hidróxidos de calcio que llenan los espacios entre los agregados aumentando la cohesión del hormigón.
Aunque parezca que la fabricación de estos materiales está muy estandarizada (que lo está), siguen existiendo retos a los que la ciencia debe enfrentarse. Por ejemplo, en relación a la sostenibilidad, ya que uno de los subproductos producidos en esta fabricación es el dióxido de carbono, un gas muy conocido como causante del efecto invernadero. De hecho, la producción del cemento Portland representa un 8% de todas las emisiones de dióxido de carbono del ser humano. Si fuera un país, la producción de cemento sería el tercero en el ranking de emisiones, solo por detrás de Estados Unidos y China. Por ello, la captura, almacenaje y utilización de este carbono, o la sustitución del carbonato de calcio (caliza) por otro compuesto, son líneas de investigación actuales para reducir las emisiones asociadas a la construcción. Todavía es posible un gran desarrollo en la industria de la construcción que nos permita alcanzar procesos más sostenibles y eficaces.
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