lunes, 21 de noviembre de 2011

Polímeros y vidrio

Como químico viejo que soy, una de las primeras cosas que aprendí en un laboratorio fue a manejar una varilla hueca de vídrio bajo la acción del calor proporcionado por un mechero de gas. La extremada rigidez de la varilla se iba atenuando a medida que era calentada hasta que, en un determinado momento, se notaba en los dedos que aquello se iba poniendo blandito. Tras ese punto crítico, uno podía empezar a aplicar con las manos la fuerza adecuada para convertir una varilla lineal en una en ángulo, adecuada a los rudimentarios montajes que rememoraban épicos días de la Química antediluviana. Uno aprendía tambien a convertir una varilla maciza en un pequeño agitador, al conseguir que uno de sus extremos se convirtiera en algo parecido al rabo de un cerdito.

Algo más tarde uno se rindió, como el Dustin Hoffman de El Graduado, a la religión de los polímeros. Los santos de esa mi devoción pueden dividirse en dos grandes familias, los llamados termoplásticos (de donde nace el confuso nombre de plástico) y los termoestables. Los primeros suponen el 80% del mercado y se comportan como la cera de las velas de iglesia. Se puede ir dejando caer las gotas de cera fundida en un vaso y, cuando se enfrían, obtenemos un sólido con la forma del vaso. Pero si al sólido le volvemos a aplicar calor, lo fundimos y lo vertemos en un recipiente diferente, obtenemos, al enfriar, un sólido de forma distinta. En la dura realidad de su vida, los termoplásticos son forzados a entrar, bajo condiciones drásticas de temperatura y presión, en complicados moldes que no son sino los negativos de platos, cucharas, maquinillas de afeitar o carcasas de bolígrafos BIC. Al enfriarlos, la pieza está hecha y así se ganan la vida. A pesar de ser un "reputado" especialista en el tema, estos ojitos que se comerá la tierra no han visto nunca una molécula polimérica pero, por pruebas indirectas, sabemos que se trata de largas cadenas de átomos, más o menos entrelazadas entre si, cual spaghetti, pero no existen uniones entre ellas, lo que permite su movilidad en cuanto se ponen calentitas.

El 20% restante son polímeros llamados termoestables. Como los sellantes de silicona que se aplican en los bordes de los fregaderos. Cuando salen, en forma de churro, del tubo que hemos comprado, sufren una serie de reacciones químicas con el vapor de agua de la atmósfera y endurecen. Ello es debido al hecho de que las (otra vez) largas cadenas se unen entre si por enlaces químicos que las van a haciendo partícipes de un entramado tan grande y complicado que no hay temperatura que lo pueda mover. Uno puede coger un churro de esos y aplicarle calor. Nunca recuperaremos el fluido original que salía del tubo; como mucho lo chamuscaremos. El símil que más me gusta para explicar estos materiales es la transformación de un huevo en un huevo duro. Una vez cocido, las reacciones químicas provocadas en el huevo por el agua hirviendo, hace que nunca pueda recuperar su situación de huevo sin cocer.

Ni los termoplásticos ni los termoestables han conseguido nunca acercarse al comportamiento del vídrio convencional de mis años de químico en ciernes, cuya expresión máxima de versatilidad puede encontrarse en las sofisticada formas que consiguen, entre otros, los vidrieros venecianos. Sin embargo, esta mañana post-electoral me ha llegado, a hora muy temprana, el número semanal del Chemical Engineering News que parece dar pábulo a una nueva situación. Ha sido una suerte porque, gracias a esa alerta editorial, he desayunado con la noticia en cuestión y no con las alegrías y tribulaciones de ganadores y perdedores del 20N.

Un grupo francés bastante conocido en nuestro campo [Leibler y colaboradores, Science, DOI: 10.1126/science,1212648] parece haber conseguido reducir la hasta ahora insalvable distancia entre polímeros y vídrio. Han generado un material de tipo termoestable que, bajo la acción del calor, puede modelarse sin más concurso que el de las manos y un pequeño mechero, de forma parecida al vídrio. Y, ¿dónde está el truco?. Bajo la acción del calor, algunos de los enlaces existentes en el termoestable se rompen y forman otros que hacen que el material sea más maleable. Algo impensable en un termoestable convencional, donde el calor no hace más que acelerar el progresivo endurecimiento del material, al generar más enlaces entre cadenas. En el nuevo polímero de toque francés, el número de enlaces permanece constante en el tiempo, pero afectando a diferentes cadenas.

Y si se vuelve a calentar, uno puede echar la reacción marcha atrás y recuperar la forma original. Y vuelta a empezar. Los gabachos ya han patentador el asunto y, como dicen los caseros de mi pueblo, ¡ver venir!.


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domingo, 13 de noviembre de 2011

La memoria de los plásticos

Si abusando de vuestra paciencia, os pido que hagais una búsqueda de imágenes en Google bajo el término Shrinky Dink, probablemente pensareis que el Búho está volviendo a su infancia pajaril. Lo que Google os mostrará corresponde a una especie de manualidades horteras y, si uno profundiza en el texto en el que aparecen esas imágenes, se encuentra con que, efectivamente, se trata de un tipo de manualidad en la que uno dibuja una imagen sobre una plancha de un plástico (poliestireno, para más señas), y luego lo introduce en un horno de cocina a una cierta temperatura. Ello provoca que el plástico se restrinja sobre si mismo, proporcionando un objeto en el que la imagen dibujada ha disminuido su tamaño, deformándose y dando lugar a nuevas imágenes curiosas (se puede ver en este vídeo). El resultado final, cuando aquello se enfría, es un sólido que uno se puede colgar del cuello, poner en la muñeca, etc. Pero la cosa tiene mucha ciencia implícita y derivadas interesantes.

Un polimérico como yo describe el anterior comportamiento diciendo que el plástico en cuestión tiene memoria de forma (shape memory), algo que no suele ser fácil de explicar a los no iniciados. Veamos si lo consigo. Imaginemos a un ciudadano al que pillamos despistado echándose una siesta y, en menos que tarda en despertarse, lo atamos con unas cuerdas dejándolo despatarrado y con los brazos cual crucificado. Una situación incómoda y de poco equilibrio emocional, como estareis de acuerdo. Es evidente que si le damos la oportunidad, él tratará de desembarazarse de esas incomodidades, tratando de volver a su estado "natural" y equilibrado.

Pues la idea es muy parecida. Podemos coger una cierta cantidad de un polímero y formar una plancha con él tras calentarlo. Con la plancha todavía calentita, la enfriamos bruscamente, por ejemplo en un baño con hielo, agua y sal. Si tuvieramos visión microscópica veríamos que las largas cadenas de átomos, que constituyen el polímero, se quedan en el interior de la plancha más o menos alineadas como consecuencia del "planchazo" y posterior enfriamiento brusco al que las hemos sometido. Esa es una situación incómoda para las cadenas del material, que les gusta estar enrevesadas como los spaguettis de un plato de pasta. Los "expertos" (¿por qué me da cada vez más risa el término?) decimos que con el planchazo y posterior enfriamiento brusco hemos dejado al polímero en una situación metaestable, de la que el material trata de salir en cuanto le damos la oportunidad para ello. Y la oportunidad se la damos al meterlo a un horno por encima de la llamada temperatura de transición vítrea que, en el caso del poliestireno, son unos 100º. Por encima de esa temperatura damos a las cadenas libertad de movimiento, con lo buscan su posición de equilibrio y pasa lo que se ve en el vídeo mencionado.

La memoria de forma de los polímeros se ha aprovechado para fabricar objetos muy curiosos. Hace ya bastantes años, el grupo de Robert Langer del MIT, una referencia en el mundo de las aplicaciones biomédicas de los polímeros, presentaron un tipo de sutura autoanudable basada en este mismo efecto. En ese caso, la temperatura del cuerpo humano era suficiente para que, en contacto con él, el hilo de sutura, al volver a su posición de equilibrio, se autoanudara.

Hace menos años (2007), un grupo de la Universidad de California, empleando una de las planchas que se venden comercialmente para las manualidades arriba mencionadas, prepararon un sistema con aplicaciones muy interesantes. Con ayuda de una impresora láser, imprimieron sobre la plancha de poliestireno un complicado circuito a base de rayas de tinta. Tras el tratamiento en el horno, la tinta de las rayas dibujadas (que no se constreñía tanto como el plástico), generaba microscópicos "muros" que delimitaban espacios por donde un líquido podía fluir en cantidades muy pequeñas. El sistema podría ser empleado en lo que hoy se llama microfluídica, con aplicaciones en la fabricación de sensores biomédicos (medidores portátiles de nivel de glucosa y otros similares).

En un artículo de este mismo año, otro Grupo de la North Caroline University ha dado un paso de tuerca más. Han pintado determinadas zonas de la plancha con tinta negra y han visto que, irradiándolas con una simple lámpara infrarroja (la fuente de calor), el material se puede doblar en complicadas morfologías en tres dimensiones, lo que podría tener aplicaciones en envasado, en actuadores mecánicos y otras que se están explorando.

Algo más que un juguete hortera esto del Shrinky Dink, no me digais que no.

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martes, 8 de noviembre de 2011

Sobre la homeopatía: imprescindible

Como saben los que me siguen desde hace tiempo, este Blog es militante contra la homeopatía y, por ello, contiene entradas regulares sobre la misma. De hecho, andaba el Búho trasteando con reciente información para una nueva entrada, porque la producción "científica" de los partidarios de la homeopatía da para mucho y divertido. Pero, por esta vez, va a ser que no, que me han ganado por la mano. Ayer a la noche, la web de EITB transmitió, coincidiendo con el debate político de marras (un detalle), un estupendo programa de la serie Escépticos dedicado a la homeopatía. El programa se va a dar también en ETB 2 y ETB SAT pero está ya disponible en la web de la tele vasca en esta dirección. Sugiero que no dejeis de verlo. Por muchas razones. Por ejemplo, por constatar el papelazo que hace la representación vasca de Boiron, la multinacional francesa de la homeopatía, amén de algún farmaceútico dubitativo. Y sobre todo porque salen mis colegas y amigos Txusmari Aizpurua, Fernando Cossío y JI Miranda, demostrando con los equipos de RMN de la UPV/EHU que, en el somnífero homeopático elegido para la prueba, no hay mas que azúcar y lactosa. Algo que, como dice Txusmari en el vídeo, era de esperar, mal que les pese a los de Boiron. Me alegró también comprobar que en los comentarios que se fueron colgando en Twitter, durante el desarrollo del programa, fueron bastantes los que clamaron contra la decisión de la Universidad de Zaragoza (la Universidad que me crió a sus pechos) de "colaborar" con Boiron creando una cátedra sobre homeopatía.

Y no digo nada más. El que no lo vió ayer que lo vea y saque sus propias conclusiones.

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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.