lunes, 30 de julio de 2012

Clonando un agua de diseño

Hace ahora casi un año me abrí una cuenta en Twitter, tras la sugerencia de un amigo de que ello podría redundar en una mejor difusión de este Blog. El resultado no ha sido espectacular, salvo en algunas entradas en las que me he puesto un poco borde con el asunto de la Quimifobia, lo cual tampoco es raro porque esto no va de fútbol o recetas de cocina. Pero la experiencia ha resultado francamente interesante por otros aspectos que, en su día, no consideré. Sigo, por ejemplo, a un interesante colectivo de buenos divulgadores de la Ciencia, me han invitado a participar en el proyecto Amazings y he hecho nuevos amigos a través de esa red social, a algunos de los cuales he conocido (desvirtualizado, dicen en Twitter) personalmente despues de mantener con ellos conversaciones virtuales de menos de 140 caracteres, como imponen las normas de los tuiteros.

Uno de esos amigos via Twitter es Jose, J. Manuel López Nicolás, que en Twitter es conocido como @ScientiaJMLN, un bioquímico que enseña e investiga en la Universidad de Murcia y que tuvo el detalle de venir a conocerme este enero a mi retiro de todas las Navidades en Los Belones (Murcia). Mantiene, además, un activísimo blog en el que, en los últimos tiempos, la tiene tramada con el asunto de los alimentos funcionales, ese sofisticado timo por el que un fabricante de los yogures de toda la vida (por poner un ejemplo que todos conoceis), nos los vende "enriquecidos" con algo que nos rejuvenece, elimina nuestro colesterol o nos arregla las tripas. Este fin de semana, Jose se ha roto el menisco pero, aún y así, nos ha dejado en el blog una entrada que es una pieza maestra de la mala leche que podemos tener los oscuros y calladitos científicos cuando nos tocan mucho nuestras partes pudendas (algo que últimamente parece haberse puesto de moda, como también vereis al final de este post).

En esa entrada, Jose y Adrián, uno de sus estudiantes, usando estrictamente la legislación europea, preparan en cuatro minutos un agua enriquecida que, de acuerdo con esa misma legislación, proporciona mas de una treintena de beneficios contrastados para nuestra salud. Basta con un poco de agua y un poco de calcio, potasio y magnesio, disponibles en forma de sales en cualquier laboratorio que se precie. Mientras me reía viendo el vídeo y leyendo la entrada, me ha venido a la mente algo que se me había quedado olvidado en la pila de fotocopias que me recuerdan temas para nuevas entradas en este Blog.

He hablado en más de una ocasión del blog khymos que Martin Lersch, un químico inorgánico enamorado de la gastronomía, mantiene desde hace años. Es un blog de temática ligada a la mal llamada Cocina Molecular, donde uno puede encontrar explicaciones científicas a muchos hechos gastronómicos y más de una atrevida propuesta.

A principios de este año, y como continuación de otra entrada anterior, Martin colgaba la propuesta de clonar las aguas minerales más conocidas del mercado. El asunto tiene algo que ver con la entrada de mi amigo Jose porque, como supongo sabeis, en esto del agua hay tambien mucho timo y uno puede encontrar en los restaurantes de postín cartas de agua con ejemplares que valen más que muchos buenos crianzas y reservas. El asunto consiste en ser lo suficientemente listos y buscarse un manantial debajo de un cráter hawaiano, en un fiordo islandés o en un apartado paraje neozelandés, poner un envase de diseño y hacer un marketing adecuado para que alguien pique y compre la botella por snobismo o para hacerse el enterado sorprendiendo a alguien.

En esa entrada, al final, Martin colocó una hoja Excel que se puede uno bajar y que nos ayudará a clonar el agua que elijamos. En esa hoja, lo primero que hay que hacer es conocer la composición del agua de nuestro grifo, que es la que usaremos como agua de partida. Yo, por ejemplo, me he conseguido los datos del agua del embalse del Añarbe que bebemos los donostiarras y que controla mi antigua alumna Itziar Larumbe. Los he colocado en una tabla ad hoc, rellenando los apartados de contenidos en iones calcio, magnesio, sodio, potasio, bicarbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos.

Luego he elegido el agua que quiero fusilar en un menú que te proporciona la misma hoja Excel. Por ejemplo, la San Pellegrino, un agua italiana que se lo ha montado muy bien a propósito de las aguas de diseño, patrocinadora además de esa clasificación mundial de restaurantes que este año ha cabreado tanto a Martin Berasategui. Pues bien, una vez elegida el agua, la hoja Excel me proporciona automáticamente lo que tengo que añadir a diez litros de agua del Añarbe para convertirla en diez litros de una San Pellegrino. Concretamente: algo menos de un gramo de cloruro sódico, 40 miligramos de bicarbonato potásico, 360 miligramos de cloruro magnésico, 5 gramos de sulfato magnésico heptahidratado, 5 gramos de sulfato cálcico y 1,4 gramos de carbonato calcico. Le pasamos un chorro de anhídrido carbónico (CO2) proveniente de una bombona como las que se usan para servir cerveza, dejamos que las sales se disuelven bien, la enfriamos y a disfrutar....

En la entrada, Martin da una serie de instrucciones derivadas de su experiencia, la más importante de las cuales es la de conseguir sales que se vendan para uso alimentario, lo cual no es difícil pues hasta Amazon las tiene y te las vende por internet.

P.D. Esta entrada va dedicada a mi colega, amigo del alma desde tiempos inmemoriales y colaborador de este Blog en varias ocasiones, Javier Ansorena, recientemente "purgado" de su puesto de Director de Medio Ambiente de la Diputación Foral de Gipuzkoa por el nuevo Diputado del Área. Las razones exhibidas son una supuesta "disparidad de criterios técnicos", criterios que Javi nunca ha podido contrastar con nadie cualificado desde que Bildu se hizo con el poder. El CV de mi amigo, extenso y reconocido internacionalmente en el campo de los residuos urbanos, se enriquecerá, sin duda, con tamaña tropelía. Hace ya años, Javi fue el inductor de mi primera entrada sobre aguas de diseño.

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viernes, 27 de julio de 2012

Poliuretanos

El 13 de noviembre de este año 2012 se cumplirán 75 años de la fecha en la que a un químico alemán, Otto Bayer, se le otorgara lo que constituye la patente fundamental de una versátil familia de materiales que están presentes en muchas aplicaciones de nuestra vida diaria, los poliuretanos. Quizás la más conocida sean las espumas de poliuretano, que se usan como aislantes acústicos y térmicos en casas y frigoríficos, para fabricar colchones y para otras muchas cosas. Pero también hay adhesivos de poliuretano, termoplásticos (o plásticos) de poliuretano y toda una gama de otros materiales con los que no os voy a aburrir. Lo que me interesa aquí es contar otra historia, relacionada con la Química, en la que la cabezonería de unos investigadores acabó poniendo las bases de un producto que ha sido fundamental en el éxito de una empresa tan importante como Bayer (cuyo nombre no se deriva del mencionado Otto Bayer, sino de otro Bayer que la creó y no tenía nada que ver con él).

Con sólo 31 añitos y en 1934, Otto Bayer llegó a ser el Director del Laboratorio Científico Central de la empresa en Leverkusen, un cargo que ponía bajo su mandato a muchos investigadores, en general mayores que él. Al principio no le quedó más remedio que lidiar con lo que se estaba entonces haciendo sobre colorantes sintéticos, cuyo mercado acaparaba la química alemana. Pero Bayer pronto comprendió que para prosperar había que diversificar y además de abrir líneas sobre plaguicidas, quedó prendado de la eclosión de nuevos materiales macromoleculares (lo que hoy llamamos polímeros o plásticos) y, particularmente, del trabajo que en la americana DuPont estaba realizando Wallace Carothers, el padre de las fibras de poliéster y de poliamida (podeis ver una entrada completita sobre el malogrado Carothers aquí).

Como contaba en esa entrada, la idea de Carothers parece sencilla ahora, pero en la época no era obvia. Tomemos el ejemplo de un éster, el acetato de etilo, el mismo que da ese olor a Pegamento Imedio antiguo a los vinos que se han echado a perder. El proceso es consecuencia de que el alcohol etílico o etanol, contenido en cualquier botella de vino que se precie, puede oxidarse en contacto con el aire a ácido acético, cuyas disoluciones en agua llamamos vinagre. De hecho, un vinagre se diferencia de un vino en que, básicamente, casi todo el alcohol se ha convertido en ácido acético. Si esa transformación ocurre en ciertas condiciones, el ácido acético que va apareciendo poco a poco reacciona con el propio etanol y forma acetato de etilo y agua, en una reacción que hasta los de Letras suelen conocer si han sido estudiantes aplicados: ácido más alcohol éster más agua. Y la reacción se acaba ahí, dando en nuestro caso el acetato de etilo, una molécula pequeñaja.

Carothers pensó, con buen criterio, que si en lugar de emplear una molécula con un grupo ácido (como el acético del vinagre) y otra con un grupo alcohol (como el etanol del vino) empleamos un diacido, con dos grupos ácidos, uno en cada extremo, y un diol, con dos grupos alcohol, uno en cada extremo, la reacción entre esos grupos de forma consecutiva tendría que dar lugar a una cadena con cientos o miles de grupos ésteres en su interior, por lo que lo llamamos poliéster. Y, dicho y hecho, lo consiguió, casi al mismo tiempo que a Bayer le hacían jefe del cotarro alemán. Extendiendo despues la jugada a reacciones entre diácidos y diaminas para dar poliamidas o nylons.

El amigo Otto había andado jugando durante su Tesis con una reacción parecida, la del fenil isocianato con aminas para dar ureas que, en este caso, no proporciona agua. Y razonando igual que Carothers pensó que si tuviera un diisocianato podría conseguir reacciones parecidas a las del americano. Pero, en aquella época, mentar un isocianato en Alemania era mentar la bicha porque, para producir isocianatos, la vía existente implicaba utilizar fosgeno, un gas de triste memoria, usado por primera vez por los alemanes, contra las tropas inglesas, en la primera Guerra Mundial en Bélgica, en diciembre de 1915. Así que cuando Bayer propuso la idea a sus inmediatos superiores hubo alguno que le dijo que "no parecía la persona más correcta para dirigir el Laboratorio Central". Algún otro, más experimentado en el uso del fosgeno, le invitó a abandonar la idea sobre la base de que "si hubiera intentado alguna vez obtener un isocianato a partir de fosgeno, no se le ocurriría obtener encima un diisocianato", prometiéndole desdichas sin cuento, desde ridículos rendimientos a explosiones sin control.

Pero nuestro hombre no se rajó y con ayuda de otros, tan piraos como él, consiguió una vía de síntesis a partir de tolueno que, convenientemente nitrado, daba una mezcla de 2,4- y 2,6-dinitrotolueno, que se reducían despues a los correspondientes diamino toluenos para, finalmente, y reaccionando con el odiado fosgeno daban los toluen diisocianatos (TDI) buscados.

Sin embargo, las tribulaciones no habían hecho más que empezar. Con esos TDIs y unos dioles, los químicos de Bayer obtuvieron un material del que sus colegas alemanes del momento se despepitaban. Lo que Bayer presentaba era una masa pringosa, pegajosa y consistente que dificilmente se hilaba como sus primos americanos de éxito (las poliamidas y los poliésteres, particularmente las primeras). Algunos ensayos se complicaban porque, en ciertas condiciones, el material se llenaba de burbujas, lo que provocó algún comentario irónico como el que "el material era muy adecuado para obtener imitaciones de queso suizo".

Pero haciendo del problema de las burbujas una idea a perseguir, Bayer y sus muchachos descubrieron que podían controlar a voluntad la formación de esas burbujas, usando algo tan simple como el agua, con lo que llegaron a obtener, finalmente, el material precursor de lo que hoy llamamos espumas de poliuretano.

El colmo de la mala suerte fue que cuando esas espumas estaban ya casi para ser fabricadas a gran escala, llegó la segunda Guerra Mundial. Y la cosa no estaba para espumas ni durante ni, sobre todo, despues de la Gran Guerra. Los aliados confiscaron la empresa, la partieron en pedazos y, solo a principios de los 50, la nueva Bayer resurgió de sus cenizas y las espumas de nuestro amigo pudieron empezar a fabricarse con éxito en 1952.


Setenta y cinco años despues de la patente original, una de nuestras estudiantes de Doctorado anda batiéndose el cobre con nuevas formulaciones de poliuretanos que tengan mejores propiedades frente al fuego. También es bastante cabezona y, por tanto, digna "nieta" o "biznieta" del gran Otto.

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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.