viernes, 30 de abril de 2010

Un volcán de poca chicha y otro del País

De poca chicha parece ser el famoso volcán islandés de nombre impronunciable, Eyjafjalla, de acuerdo con lo manifestado por una serie de vulcanólogos y otros científicos en una reciente emisión de la BBC, de la que se hacía eco The Alchemist Newsletter en su edición de esta semana. A pesar del follón aéreo que ha organizado, del que no se ha librado casi ningún europeo, ya sea de manera directa o a través de sus familiares y amigos, lo cierto es que las implicaciones medioambientales de la mencionada erupción parecen ser más bien livianas.

En una entrada de agosto de 2006 y a propósito del efecto invernadero, os presentaba yo el caso del volcán Pinatubo, que se puso chulito en las Filipinas en 1991. Sólo en las dos primeras horas de erupción generó sobre sí una especie de pluma de gases y ceniza que tenía 30 kilómetros de alto y más de 400 de ancho. En las siguientes dos semanas, y a merced de los vientos, esa nube se dispersó alrededor de todo el globo terráqueo y allí anduvo enredando de forma que en los dos siguientes años,
1992 y 1993, la temperatura media mundial bajó en medio grado cada año como consecuencia de la reflexión de los rayos solares en las finas partículas dispersadas en la atmósfera en forma de aerogeles. Pues bien, el islandés de turno, a lo largo de los seis primeros días de erupción, parece haber soltado una cantidad de gases y cenizas unas cien veces inferior a la que soltó el Pinatubo, así que nuestro Eyjafjalla no parece que vaya a contribuir mucho a paliar el calentamiento global en una forma tan inmediata como su socio filipino.

Aunque no deja de ser curioso, a ese respecto, que algunos de los participantes en el programa de la BBC han llegado a estimar que, evaluando la cantidad de CO2 que se ha dejado de emitir por los aviones que se han quedado en tierra y la que el volcán ha soltado a la atmósfera, el resultado neto ha sido que, durante el episodio, las emisiones globales de CO2 han disminuido.

Y para terminar, una "morcilla" que no vendría a cuento a no ser porque, hablando de volcanes, ninguno como mi incombustible amigo Pedro Miguel Etxenike, quien ha vuelto a organizar la mundial con un nuevo evento de divulgación científica, Passion for Knowledge, que va a revolucionar de nuevo mi ciudad en setiembre. Esta vez, y dado mi parco rendimiento en el anterior Atom by Atom, he decidido quitarme de enmedio y no compartir honores organizativos. Pero ello no hará sino realzar el éxito de este evento. Como se explica en este link, "calentando motores" para ese encuentro singular, en los próximos meses de mayo y junio va a haber en Donosti una serie de interesantes conferencias, impartidas por gentes de "la casa". Los que teneis interés por algunas de las cosas que ahora se cuecen en Ciencia tendríais que apuntar estos aperitivos en vuestra agenda. Os vais a divertir. ¡Palabra de Búho!.

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jueves, 29 de abril de 2010

Gadolinio

No anda el Blog muy movido, bien que me pesa. Pero, como ya anuncié, andamos de obras, en las que hemos consumido más un mes de nuestra vida. Ha dicho mi patronal que ahora o nunca. Que ya vamos para mayores con achaques, que se nos están jubilando y muriendo los amigos y que hay que liarse la manta a la cabeza, tirar el nido por completo y hacerlo nuevo. Y en esas andamos. Sobreviviendo en una especie de apartamento que nos hemos organizado y procurando andar por la calle el mayor tiempo posible, en detrimento de este cuaderno. Menos mal que disponemos de un pequeño "hornillo" (eso si, de inducción, tecnología que no falte), un tostador de pan para que mi chica desayune a su way y un frigorífico en el que el Búho tiene sus alpistes y brebajes.

Hay que reconocer que los frigoríficos han evolucionado algo, pero tampoco demasiado. Y en su evolución, no han sido lo que se dice un dechado de ecología. Porque basándose siempre en el efecto de andar comprimiendo y descomprimiendo un fluído para así enfriarlo y, de resultas, bajar la temperatura del recinto en el que almacenamos cosas, los primeros frigoríficos empleaban como gas al amoniaco, que acababa corroyendo lo que le pusieran por delante. Parecíamos haber descubierto la panacea universal con los clorofluorocarbonos (CFCs) y casi nos quedamos sin capa de ozono sin enterarnos. Menos mal que algún que otro quimicucho anduvo listo y nos ilustró sobre el problema.

Pero todo parece indicar que los frigoríficos a base de compresor (esa maquinita que está en la parte trasera de toda nevera y que mete ruido de cuando en cuando) están en su etapa final y que nuevos dispositivos, basados en procesos de enfriamiento más eficientes, van a venir en su sustitución. Y una de las respuestas parece estar en sustituir el enfriamiento y calentamiento de un gas por similares procesos llevados a cabo con imanes o materiales con propiedades ciertamente inusuales.

Hay algunos materiales como el cromo, el manganeso, el hierro, el níquel y otros menos conocidos que ya veremos, cuyos átomos tienen momento magnético, es decir, se comportan como imanes a escala atómica. Normalmente, cada uno de estos imanes está orientado en una dirección al azar, pero si se aplica un campo magnético mediante un electroimán, los momentos magnéticos tienden a alinearse con él. A ello se opone la agitación térmica debida a la temperatura a la que esté el material, que tiende a desordenar la dirección en la que apunta cada uno de estos imanes atómicos. El resultado es que, al aplicar el campo, esa energía de agitación térmica que desaparece tiene que irse a algún sitio, pasando en forma de calor a los propios átomos del material y a los objetos que estén en contacto con él, con lo que la temperatura sube. A la inversa, si el material está en presencia de un campo externo y, de repente, se suprime el campo, el material se enfría. Tenemos por tanto un proceso para enfriar un material y usarlo, cuando está frío, para refrigerar el interior de un frigorífico. Lo mismo que en los convencionales, pero cambiando de "agente enfriador".

En realidad, el asunto es viejo y procesos de enfriamiento por desimanación adiabática se emplean desde los años 20 del siglo pasado para conseguir temperaturas cercanas al cero absoluto (-273ºC, nada menos). Lo que ocurre es que el proceso sólo era eficaz a esas temperaturas tan bajas porque, a más altas, los campos necesarios para alinear los minúsculos imanes frente a la acción de la agitación térmica serían enormes e imposibles de implantar en un cacharro doméstico.

Pero en los años 90 del siglo pasado se descubrió que un metal de los que los químicos llamamos "raritos", el gadolinio (nombre de vikingo o similar) y, sobre todo, algunos de sus compuestos, tenían la peculiaridad de generar grandes cambios frío/calor por ese efecto de ordenar y desordenar sus pequeños imanes atómicos. Pero haciéndolo, además, en el intervalo de temperaturas que a nosotros nos interesa y sin necesidad de grandes imanes. Eso se conoce como efecto magnetocalórico gigante y, desde entonces, hay muchos Grupos de investigación, y empresas con intereses en la refrigeración, que andan a la caza y captura del material más adecuado para hacer un frigorífico basado en este efecto. Porque cuando se encuentre el más adecuado a su fabricación a escala industrial, todo parecen ventajas. En un sistema convencional la eficiencia raramente supera el 20% del límite teórico. En los prototipos probados de refrigeradores magnéticos se obtienen eficiencias hasta tres veces mayores, ahorrándonos una pasta en electricidad. A todo esto se añade que la mecánica del refrigerador magnético es más sencilla y robusta que en los refrigeradores convencionales, ya que no emplea fluidos a alta presión que se nos puedan ir a la atmósfera y armar la de los CFCs.

Pero no tenemos sólo esa alternativa. Recientemente, investigadores catalanes y alemanes han descubierto que hay materiales, tambien basados en metales como el níquel, el manganeso o el indio, que pueden calentarse y enfriarse comprimiéndolos y enfriándolos (como los gases de los actuales frigoríficos pero con sólidos). Los frigoríficos que potencialmente se fabriquen sobre la base de este segundo efecto (barocalórico lo llaman) parecen más lejanos, pero no utópicos.

Mientras tanto, he decidido bautizar a mi actual frigorífico, fiel sustento en estos turbulentos días de obras, con el nombre de Gadolinio. El tío parece agradecerlo y me dedica uno de sus ruiditos de vez en cuando.

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domingo, 18 de abril de 2010

Tres cuartos de siglo de Nylon

Ya sabeis por otras entradas de este Blog que tengo una cierta debilidad por el mundo de las fibras sintéticas. Varias son las que he dedicado a ese tema y alguna iré citando en ésta para el que quiera recordarlas. El caso es que, a través del Chemical Engineering News (CEN), me he enterado de un evento celebrado el pasado 28 de febrero de 2010 para conmemorar el 75 aniversario del día en el que en los laboratorios de la DuPont se obtuvieron las primeras fibras sintéticas del que ahora conocemos como Nylon 6,6. Sólo uno de los colaboradores de Carothers (cuya complicada historia podeis leer aquí) de aquella época pudo asistir. Es el único que queda vivo de aquellos inicios. Se llama Joseph X. Labovsky y es el que está sentado en la foto. A sus 97 calendarios sigue dando guerra (es sabido que a los judíos les va la marcha).

El señor que en la misma foto aparece con bata es Michael A. Stemniski, probablemente también judío, que durante el evento del pasado 28 de febrero reprodujo el experimento que, en 1935, llevó a cabo el químico orgánico Gerard Berchet, preparando el mencionado nylon 6,6 mediante lo que hoy conocemos como una polimerización interfacial. Hay muchos vídeos en la red sobre una reacción que, en nuestra Facultad, solemos reproducir
para los estudiantes de Bachillerato en las Jornadas de Puertas Abiertas. El vídeo de mejor calidad que he encontrado es el que podeis ver aquí. Ya se que muchos de mis lectores pasan de estos links, pero éste merece la pena. Y para los no iniciados en estas cosas, o en el inglés, voy a dar un breve resumen del mismo.

En el vídeo puede verse como se prepara primero una disolución en agua de una de las sustancias que darán origen al Nylon en cuestión, lo que los químicos llamamos una diamina. A esa disolución se le añade un poco de hidróxido sódico para que, despues, con dos gotas de fenolftaleína, el conjunto se nos ponga rosita y se vea mejor el desarrollo del experimento. En otro vaso, se adiciona un cloruro de ácido a una cierta cantidad de hexano, formando una nueva disolución. Como esta última no se mezcla con la que hemos preparado en agua, al verter la primera, con cuidado, en el vaso que contiene la disolución acuosa, se forman dos fases bien diferenciadas, que aún se ven mejor porque una es rosa y la otra incolora.

Ambas disoluciones, como hemos dicho, no se mezclan, pero en la interfase hay un nexo de unión entre ambas, lo que aprovechan los reactivos en ellas contenidos para dedicarse a la cópula química, formando el Nylon 6,6. Si, cuidadosamente, vamos sacando con un vidrio lo que se forma en la interfase, vamos permitiendo que otras moléculas de los reactivos vayan difundiendo a la interfase, generando así más Nylon 6,6 que podemos ir extrayendo en forma de una especie de cuerda imperfecta.

Mientras estaba colgando el link, me he puesto a pensar en qué puede pasar con los blogs que nos aficionamos a colgar vídeos de YouTube si un día ésta quiebra. ¡Vaya lío!. A revisar otra vez una por una cada una de las entradas. Y es que las TICs tienen estas cosas....

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lunes, 12 de abril de 2010

Tecnología sin complicaciones

Con esto de Bolonia parece que se han descubierto cosas tan viejas como el que los estudiantes tengan que trabajar en equipo o exponer pequeños trabajos en público haciendo uso, eso sí, de las TICs omnipresentes en nuestra vida diaria. Quitando este último detalle, nada nuevo bajo el sol. Es verdad que entre el profesorado (y no sólo entre el más ancianito) la cosa genera sus recelos, pero no creo que sea por las actividades en sí mismas, sino por la dificultad en controlar al 100% la información en la que se basan los estudiantes para generar sus trabajos, algo arduo en estos tiempos, incluso para un docente con el culo pelado. Pero ésta es una discusión complicada, con partidarios y detractores que creo que no llegará nunca a término, por mucho que las cosas parezcan claras a las autoridades y pedagogos que nos guían con mano firme.

El caso es que mis estudiantes de primero tienen que preparar una presentación de entre 15-20 minutos, elaborada en equipo, sobre diferentes aspectos de esa Química Física cercana a diferentes cuestiones cotidianas. Y así, lo mismo tienen que hablar de la medida de la temperatura que de los nuevos tipos de combustible o de los fundamentos de los frigoríficos. Y en este último tema andábamos el otro día, cuando el grupo al que le tocó la china, ilustró el final de su presentación con una corta referencia al botijo, como un método tradicional de refrigeración del agua. Al seguir su argumento no pude menos que sonreir interiormente y acordarme de mis interacciones con el uso de semejante instrumento.

La primera vez que fuí a golfear con mi chica a Los Belones (en Murcia) era junio y hacía un calor propio de la zona. Y nos llamó mucho la atención el encontrar, cada un cierto número de hoyos, una especie de techumbre bajo la cual, y a la sombra, pendían unos cuantos botijos de arcilla blanca, como los que se ven en la foto de la entrada, colgados de unos ganchos similares a los que también ahí se ven. El agua estaba deliciosa y tuve que explicar a la sanitaria que me estaba ganando al golf (as habitual) las razones químico-físicas del asunto.

Unos meses más tarde, cayó en mis manos un libro de Óscar Giménez que, bajo el título "Si Galileo levantara la cabeza", recopilaba casi doscientos ejemplos de procesos e investigaciones divertidas, con fines divulgativos. Entre ellos estaba la curiosa historia de lo que todavía hoy, tras quince años transcurridos, se conoce en la red como el "efecto botijo", derivado de un artículo publicado en una revista americana [Chemical Engineering Education 29, 96 (1995)] por un par de profesores de la ETSII de la Politécnica de Madrid, J.I. Zubizarreta y G. Pinto. Una de las cosas más curiosas del artículo es que asumiendo que los americanos, en su infinito desconocimiento de todo lo que no han generado ellos, no tuvieran ni repajolera idea de lo que es un botijo, los autores decidieron incluir una foto del mismo y definirlo como "the earthenware pitcher with spout and handle" o, traducido a la lengua de Cervantes, "cántaro hecho de barro con pitorro y asa", botijo para los amigos.

El artículo es un poco complejo para los no iniciados en cuestiones de balances de materia y energía, pero es bastante fácil de resumir en términos divulgativos. Y, además, tiene cierta relevancia en los tiempos que corren, en los que las arcillas están volviendo a estar de moda, dada la actual disponibilidad de polvos de las mismas en los que el tamaño de las partículas es de unos pocos nanometros, resultando utilizables en diversos ámbitos. Sin ir más lejos, y arrimando el ascua a mi sardina (los polímeros), porcentajes muy pequeños (0-5%) de nanoarcillas, dispersadas en un polímero, confieren a éste propiedades singulares, en un efecto descubierto por los científicos de Toyota en los años noventa.

En un experimento fácil de reproducir, Gabriel Pinto se dedicó a pesar un botijo y a medir la temperatura del agua en el interior del mismo, tras haber introducido en él 3,2 litros de agua y mantenerlo en una estufa de laboratorio a 39ºC y una humedad del 42% (para reproducir así días clásicos del Sur español). Las medidas mostraban que el botijo perdía peso a lo largo del tiempo y que, al cabo de 7 horas, la temperatura en su interior llegaba a bajar 15º, alcanzando la nada tórrida temperatura de 24º. Posteriormente, el botijo comenzaba a calentarse poco a poco y, al cabo de tres días, cuando casi no quedaba agua en el mismo, la temperatura era casi la del ambiente.

Como digo, la explicación cualitativa es sencilla. La arcilla del botijo es un material poroso que permite que el agua del interior tenga una cierta tendencia a exudar hacia la cara exterior. Allí se evapora, pero el proceso de evaporación necesita una cierta cantidad de energía (o calor latente de vaporización) que el agua que se va a evaporar toma del agua que se queda dentro, con lo cual ésta se enfría. Algo parecido ocurre cuando los animales y humanos sudamos. La evaporación de ese sudor sobre la superficie de la piel nos proporciona una agradable sensación de fresquito, particularmente si el embiente en el que estamos es bastante seco. No así si la humedad ambiente es muy alta, porque entonces el sudor no se evapora y la única sensación que tenemos es la de estar mojados y atufados. Pues lo mismo pasa con los botijos. Cuanto más seco está el ambiente y más brisita pasa cerca de su superficie, más acusado es el efecto enfriador.

Con independencia de las ecuaciones empleadas en el trabajo original para modelar el proceso, el agua permea a través de las paredes del botijo empujada por una fuerza impulsora que nace del hecho de que la humedad relativa en el interior del botijo es del 100% mientras en el exterior es del 42%. Es un efecto similar a por qué una piedra cae siempre desde un punto más alto a uno más bajo. Los físicos lo atribuyen a que la piedra busca la situación de menor energía potencial, que depende de la altura. En nuestro caso, los químico-físicos decimos que el agua va buscando su menor potencial químico que, en este caso, depende de la humedad relativa. Lo que ocurre cuando el proceso se extiende a los tres días mencionados es algo más complejo y tampoco es cuestión de incordiar al personal.

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lunes, 5 de abril de 2010

Detectives de alimentos

En la continua polémica que alimentan aquellos que quieren mantener un alto nivel de quimifobia en la sociedad actual, la alimentación es uno de los caballos de batalla. Términos como productos naturales, agricultura ecológica o alimentos sin aditivos son habituales entre las gentes que piensan que, en el resto, hay demasiada Química. También son ya habituales en el marketing de muchas empresas comerciales que ven en ello una forma de llevarse el gato al agua. Pero como siempre, en todo hay trampa y cartón.

El número de Chemical Engineering News (CEN para los amigos) que me ha llegado en la madrugada de este Lunes de Pascua, contiene un interesante artículo sobre un Simposio celebrado por la American Chemical Society el pasado mes, relativo al empleo de técnicas analíticas de alto standing en el descubrimiento de fraudes ligados a productos tan "naturales" como el vino, el salmón, el arroz basmati, el café o el azafrán. Y es sobre éste último sobre el que voy a hacer un refrito CEN, ya que se trata de un trabajo presentado por gentes de la Universidad de Castilla-La Mancha en Albacete, liderados por Ana M. Sánchez.

El azafrán es probablemente la especia más cara. Tampoco es de extrañar porque, para obtenerla, hay que tomar flores como la que veis en la foto que ilustra esta entrada, hija de una planta denominada botánicamente como
Crocus sativus y recolectar manualmente sus estigmas, esos finos hilos de color rojo fuerte que en la foto se aprecian. En realidad, se trata de una parte del gineceo de la flor, el lugar en el que se recibe el polen durante el proceso de polinización. Posteriormente, esos hilos se secan por diversos procedimientos, según el lugar de procedencia del azafrán, y se venden. Desde un punto de vista químico, el aroma que proporciona el azafrán proviene de una sustancia química denominada safranal, mientras que su sabor amargo (pero agradable) se debe a la picrocrocina y el color tan atractivo a ciertos ésteres denominados crocinas.

El caso es que como el gramo de azafrán vale un huevo y la yema del otro, hay desalmados que venden azafrán adulterado con estigmas de otras plantas o con restos de pétalos de flores de diversos crocus. Para que no se note mucho, añaden ciertos colorantes artificiales que enmascaran el diferente color de esos "aditivos" del que pertenece al azafrán original.

Los colegas de Albacete han presentado en el Simposio arriba mencionado un procedimiento experimental en el que demuestran la posibilidad de identificar fraudes de este tipo. Entre las pruebas aducidas, me ha llamado la atención la rotundidad con la que una técnica basada en la cromatografía líquida (HPLC) es capaz de detectar el uso de hojas y estigmas de las gardenias como forma de abaratar los azafranes.

De cromatografía líquida, aunque en la versión denominada SEC o GPC, que sirve para destripar la compleja mezcla de cadenas largas y cortas constitutivas de cualquier polímero que se precie, sabía mucho mi colega Javi Areizaga, que el Viernes Santo decidió echarse una inofensiva siesta de la que la complicada maquinaria fisicoquímica que es nuestro cuerpo nunca le dejó levantarse. Con Javi he compartido muchas horas de clases de laboratorio cuando éramos jóvenes y los alumnos nos salían por las orejas. Durante esas agotadoras sesiones hemos discutido muchas veces, dadas nuestras diferencias sobre el modelo de Universidad. Pero estoy seguro de que me consideraba su amigo (algo recíproco). De hecho, fué la primera persona a la que pedí que me sustituyera en un Curso que doy en un Máster, en el previsible caso de que me concedan una licencia sabática para el primer cuatrimestre del próximo Curso académico. Y no me hizo falta pedírselo a nadie más. Me parece que, en su recuerdo, debo dar el Curso, organizándome como sea, sin buscar un sustituto.

P.D. Creo haber terminado la migración de todas mis entradas a un solo Blog y haber puesto en orden todos los links o enlaces entre las entradas de las dos fases que constituían el mismo. Y, en ese largo y tedioso proceso, me he dado cuenta de que cuando orgullosamente canté victoria sobre la entrada 250, os colé un gol. Había dos entradas pergeñadas, pero no publicadas, que se sumaban al cuarto de kilo al que hacía referencia en la entrada en cuestión. Pero ya no voy a hacer cambios en el devenir del Blog. Estoy triste y mentalmente cansado.

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Datos personales

Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.