Los ácidos nafténicos ( AN ) son mezclas de varios ácidos ciclopentilo y ciclohexilcarboxílicos con pesos moleculares de 120 a más de 700 unidades de masa atómica . Las fracciones principales son ácidos carboxílicos con una cadena principal de carbonos de 9 a 20 carbonos. McKee y cols. afirman que "los ácidos nafténicos (NA) son principalmente ácidos carboxílicos cicloalifáticos con 10 a 16 carbonos", [1] aunque se han identificado ácidos que contienen hasta 50 carbonos en el petróleo pesado. [2]
El ácido nafténico puede referirse a derivados e isómeros de ácidos naftalenocarboxílicos . En la industria petroquímica, los NA se refieren a los ácidos alquilcarboxílicos que se encuentran en el petróleo. [3] El término ácido nafténico tiene sus raíces en el término algo arcaico "nafteno" (cicloalifático pero no aromático) utilizado para clasificar los hidrocarburos. Se utilizó originalmente para describir la mezcla compleja de ácidos a base de petróleo cuando los métodos analíticos disponibles a principios del siglo XX sólo podían identificar con precisión unos pocos componentes de tipo nafteno. Hoy en día, el ácido "nafténico" se utiliza en un sentido más genérico para referirse a todos los ácidos carboxílicos presentes en el petróleo, [1] ya sean compuestos cíclicos, acíclicos o aromáticos, y ácidos carboxílicos que contienen heteroátomos como N y S. Aunque el ácido nafténico comercial los ácidos a menudo contienen una mayoría de ácidos cicloalifáticos; múltiples estudios [4] [5] han demostrado que también contienen ácidos alifáticos y ácidos aromáticos de cadena lineal y ramificada; algunos ácidos nafténicos contienen >50% de ácidos alifáticos y aromáticos combinados.
Las sales de ácidos nafténicos, llamadas naftenatos , se utilizan ampliamente como fuentes hidrofóbicas de iones metálicos en diversas aplicaciones. [6]
Los ácidos nafténicos están representados por una fórmula general CnH2n -zO2 , donde n indica el número de carbonos y z especifica una serie homóloga. La z es igual a 0 para los ácidos acíclicos saturados y aumenta a 2 en los ácidos nafténicos monocíclicos, a 4 en los ácidos nafténicos bicíclicos, a 6 en los ácidos tricíclicos y a 8 en los ácidos tetracíclicos. [5] Los petróleos crudos con un índice de acidez total (TAN) tan bajo como 0,5 mg de KOH/g de ácido o fracciones de petróleo superiores a aproximadamente 1,0 mg de KOH/g de aceite generalmente califican como crudo o petróleo de alta acidez. Al nivel de 1,0 mg/g de TAN, el valor de los petróleos crudos ácidos comienza a tener grandes descuentos y, por lo tanto, se los conoce como crudos de oportunidad. [7] Los grados comerciales de ácido nafténico se recuperan con mayor frecuencia de fracciones de queroseno/combustible para aviones y diésel, donde su corrosividad [6] y su impacto negativo en las cualidades de combustión requieren su eliminación. Los ácidos nafténicos también son un importante contaminante del agua producida durante la extracción de petróleo de las arenas bituminosas de Athabasca . [8] [9]
Los ácidos nafténicos se extraen de los destilados del petróleo mediante extracción con una base acuosa. La acidificación de este extracto por neutralización ácida devuelve los ácidos libres de hidrocarburos. El ácido nafténico se elimina de las fracciones del petróleo no sólo para minimizar la corrosión sino también para recuperar productos comercialmente útiles. [10] Algunos petróleos crudos tienen un alto contenido de compuestos ácidos (hasta un 4%). [11]
La composición varía según la composición del petróleo crudo y las condiciones durante el refinado y la oxidación. [3] [12] Las fracciones que son ricas en ácidos nafténicos pueden causar daños por corrosión a los equipos de refinería de petróleo ; el fenómeno de la corrosión por ácido nafténico (NAC). [13] [14] Los petróleos crudos con un alto contenido de ácidos nafténicos a menudo se denominan petróleos crudos de alto número de acidez total (TAN) o petróleo crudo de alta acidez (HAC).
Como mayor uso actual e histórico, el ácido nafténico se utiliza para producir naftenatos metálicos . [10] Los naftenatos metálicos a menudo se denominan "sales" de ácidos nafténicos, pero los naftenatos metálicos no son iónicos. Son complejos de coordinación covalentes e hidrofóbicos . Más específicamente, son complejos de carboxilato metálico con la fórmula M(naftenato) 2 , o M3O ( naftenato) 6 para óxidos básicos. Los naftenatos metálicos no están bien definidos en el sentido químico convencional porque son una mezcla compleja en lugar de un único componente, estructura o fórmula específica. Tienen diversas aplicaciones. [6] [15]
Los naftenatos tienen aplicaciones industriales que incluyen detergentes sintéticos , lubricantes , inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes de madera , insecticidas , fungicidas , acaricidas , agentes humectantes , agentes espesantes de napalm y agentes secantes de aceite utilizados en pintura y tratamiento de superficies de madera. Los naftenatos industrialmente útiles incluyen los de aluminio, magnesio, calcio, bario, cobalto, cobre, plomo, manganeso, níquel, vanadio y zinc. [6] Es ilustrativo el uso de naftenato de cobalto para la oxidación de tetrahidronaftaleno al hidroperóxido. [dieciséis]
La mezcla compleja y la naturaleza hidrófoba del ácido nafténico permiten que los naftenatos metálicos sean altamente solubles en medios orgánicos como los hidrocarburos a base de petróleo, a menudo mucho más que los carboxilatos de un solo isómero como los acetatos y estearatos metálicos. Sus aplicaciones industriales explotan esta propiedad, donde se utilizan como detergentes a base de aceite , lubricantes , inhibidores de corrosión, aditivos para combustibles y aceites lubricantes, conservantes de madera , insecticidas , fungicidas , acaricidas , agentes humectantes , agentes secantes de aceite (secantes) utilizados en aceites. Pintura a base y tratamiento superficial de madera, incluido barniz . Los naftenatos metálicos industrialmente útiles incluyen los de aluminio, bario, calcio, cobalto, cobre, hierro, plomo, magnesio, manganeso, níquel, potasio, vanadio, zinc y circonio. [5]
Los ácidos nafténicos son el principal contaminante del agua producida a partir de la extracción de petróleo de las arenas bituminosas de Athabasca (AOS). [17]
Se ha afirmado que "los ácidos nafténicos son los contaminantes ambientales más importantes resultantes de la extracción de petróleo de los depósitos de arenas bituminosas". No obstante, los mismos autores sugieren que "en las peores condiciones de exposición, la toxicidad aguda es poco probable en mamíferos salvajes expuestos a ácidos nafténicos en el agua de estanques de relaves de AOS, pero la exposición repetida puede tener efectos adversos para la salud". [18] Los ácidos nafténicos están presentes en las arenas petrolíferas de Athabasca y en el agua del estanque de relaves en una concentración estimada de 81 mg/L [19]
Utilizando los protocolos de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos [OCDE] para probar la toxicidad, los NA refinados no son extremadamente genotóxicos para los mamíferos. [20] Sin embargo, el daño inducido por NA mientras es transitorio en una exposición aguda o discontinua, puede ser acumulativo en una exposición repetida. [21]
Los ácidos nafténicos tienen toxicidad tanto aguda como crónica para los peces y otros organismos. [22]