viernes, 16 de junio de 2017

DETERGENTE. QUÍMICA POR UN TUBO

En general, la suciedad en la ropa o en la piel se adhiere en forma de una delgada película de grasa o aceite. Si quitamos esa película o capa desaparece la suciedad. Una molécula de jabón está formada por una larga cadena de átomos de carbono y en uno de sus extremos un grupo muy polar o iónico. La cadena carbonada es lipofílica (soluble en aceites y grasas) y el extremo es hidrofílico (soluble en agua).

Los primeros jabones que se desarrollaron para limpiar presentaban dos grandes problemas:

1. Como eran sales de sodio de ácidos débiles, sus soluciones acuosas resultaban alcalinas. Este hecho perjudicaba a algunas fibras que constituyen la ropa.
2. Forman sales insolubles con iones de calcio, magnesio y hierro que suelen estar presentes en las denominadas aguas duras. Este hecho hace que la efectividad del jabón disminuya de forma importante.

Para mejorar los jabones comunes se desarrollaron los denominados sindets (detergentes sintéticos) que, basándose en el mismo principio químico de lipófilo-hidrófilo de su estructura, buscan optimizar los resultados en el lavado.

En la actualidad, el diseño y manufactura de un buen detergente comercial resulta un proceso complicado, debido a que cada vez se desarrollan y se lanzan al mercado detergentes de usos específicos. La Química escondida tras un paquete de detergente es enorme: agentes ablandadores, blanqueadores, suavizares, limpiadores específicos de manchas, agentes contra la redeposición, abrillantadores,... la lista es casi infinita.

Veamos algunos de estos compuestos...

Los agentes ablandadores son, curiosamente, casi los más importantes en la composición de un detergente. Su misión es retirar del agua los iones de calcio y magnesio que van a interferir en la acción del jabón propiamente dicho. Inicialmente se utilizaron sales de fosfato como el tripolifosfato de sodio pero dado los daños que producen al medio ambiente la liberación excesiva de fosfatos (crecimiento descontrolado de algas, por ejemplo), su uso se ha limitado por ley y las industrias han buscado otros sustitutos más favorables. Entre sus sustitutos se encuentran el citrato de sodio, el carbonato de sodio o las zeolitas (aluminosilicatos de sodio).

Aunque su uso está en retroceso, también se emplean blanqueadores que contienen cloro en forma de hipocloritos. El cloro actúa como oxidan pero la tendencia a hacer que la ropa blanca tome un color amarillo o su olor ha hecho que poco a poco se sustituya por peróxidos que son agentes blanqueadores también. El más usado es el perborato de sodio que en su hidrólisis produce peróxido de hidrógeno que es el agente blanqueador.

Los suavizantes son sustancias químicas surfactantes católicas que dan al tejido la sensación de suavidad. Se incorporan por separado o junto con el detergente.

En los detergentes también están presentes las enzimas que tiene por misión eliminar algunos tipos de manchas específicas de la ropa. Las protestas eliminan manchas producidas por alimentos ricos en proteínas o las amilasas eliminan las producidas por alimentos ricos en almidón.

Otras sustancias importantes en un detergente son los agentes anti reposición. Estas sustancias se agregan para evitar que la suciedad vuelva a depositarse en la ropa limando el efecto del lavado. Entre los agentes más comunes podemos destacar los ésteres de celulosa.

También están presentes los abrillantadores ópticos. Estas sustancias son capaces de absorber la radiación ultravioleta de la luz del sol y presentar fluorescencia azul. Este hecho evita que la ropa blanca aparezca amarilla a nuestra visión. En general, estos abrillantadores ópticos suelen ser amigas aromáticas heteroaromáticas.


La lista de sustancias químicas es todavía más amplia: agentes antiestáticos para que la ropa no se pegue, compuestos hidrotropos para que los detergentes líquidos no pierdan sus propiedades por la presencia de sustancias poco solubles en ellos, compuestos inertes para evitar que el detergente en polvo se vuelva fluido. Y no hablamos de la fragancias y perfumes...

Lejos quedan aquellos tiempos del jabón hecho con aceite, sosa y sal... ¡Cómo limpiaba y no hacía espuma!

El procedimiento para fabricar jabón es muy sencillo:

1. Preparamos una mezcla de 25 mL de aceite y 15 mL de agua. La calentamos y le añadimos 5 g de hidróxido de sodio (sosa).
2. Calentamos la mezcla a ebullición durante 30 minutos. Hay que evitar que se pierda todo el agua. Para ello se van añadiendo pequeñas cantidades de agua si se observa su pérdida (nunca más de 10 mL de agua pro vez).
3. Pasados los 30 minutos, retiramos la mezcla de dejamos enfriar.
4. Añadimos 300 mL de agua, llevamos a ebullición y añadimos 20 g de cloruro de sodio.
5. Agitamos fuertemente y dejamos enfriar.

¿Se observa la formación de dos fases?... El jabón es la superior. En la inferior hay una disolución de glicerina.

¿Desde el punto de vista químico qué ha ocurrido?... Un jabón es una sal, de sodio o de potasio, procedente de un ácido graso. La reacción de obtención de un jabón es una reacción de saponificación que consiste en la hidrólisis de un éster de un ácido graso en presencia de una base fuerte soluble. En términos generales se puede representar:

R-COO-R'     +     NaOH    ====       R-COO-+Na    +    R'OH
 Éster    +     Base     ====     Jabón     +     Alcohol

Por último, indicar que no es lo mismo un jabón que un detergente. Aunque parten de la misma base química, la diferencia está en que los jabones se fabrican a partir de sustancias naturales, como grasas animales y vegetales, mientras que los detergentes se elaboran a partir de materias primas sintéticas generalmente obtenidas del petróleo.




jueves, 1 de junio de 2017

EN QUÍMICA, EL TAMAÑO SÍ IMPORTA

Todos sabemos que los átomos son muy, muy pequeños. Y a pesar de ser todos minúsculos, la diferencia de tamaño entre ellos es muy importante y significativa. Lo mismo ocurre cuando a los átomos neutros les añadimos o quitamos electrones. Con la adición o sustracción de un solo electrón que es mucho más pequeño que un átomo, no solo cambian las propiedades de los elementos sino que dos iones parecidos con cargas parecidas tienen propiedades radicalmente diferentes.

El tamaño iónico desempeña un papel muy importante en las propiedades que van a presentar los iones en disolución. Por ejemplo, una pequeña diferencia de tamaño entre dos iones hace que uno de ellos tenga un gran papel biológico y otro no. Este es el caso de ion cinc (Zn, 2+) y el ion cadmio (Cd, 2+).


Cinc (Zn)
Imagen:www.ehowenespañol.com
En cinc (Zn) es el elemento número 30 de la Tabla Periódica de Elementos y se encuentra en el grupo 12 y el período 4. El cadmio (Cd) es el elemento 48 de la Tabla Periódica de Elementos y se encuentra en el grupo 12 y el período 5. Es decir, se encuentran muy cerca uno del otro (uno encima del otro), y sin embargo, su papel en nuestro organismo no podría estar más alejado.

El cinc es un componente fundamental de varias enzimas que facilitan o regulan la velocidad de reacción en varios procesos biológicos clave. Por ejemplo, una de las enzimas que contiene cinc es la anhidrasa carbónica. Esta enzima se encuentra en los glóbulos rojos de la sangre, y se encarga de facilitar la reacción entre el dióxido de carbono y el agua para formar el ion bicarbonato según la reacción:

CO2 (g)  +  H2O (l)  === HCO3- (ac)  +  H+ (ac)

En ausencia de anhidrasa carbónica, el dióxido de carbono producido por las células cuando están oxidando glucosa u otros combustibles durante el ejercicio vigoroso se eliminaría con demasiada lentitud. Cerca del 20% del dióxido de carbono producido por el metabolismo celular se une a la hemoglobina y es transportado hasta los pulmones donde es expulsado. Aproximadamente el 70% del dióxido de carbónico producido se convierte en ion bicarbonato por la acción de la anhidrasa carbónica. Una vez convertido el dióxido de carbono en ion bicarbonato, se difunde hacia el plasma sanguíneo y es transportado hasta los pulmones donde tiene lugar la reacción inversa de la ecuación indicada anteriormente. En ausencia de cinc, la anhidrasa carbónica carece de actividad; el resultado sería un desequilibrio grave de la cantidad de dióxido de carbono presente en la sangre.

Anhidrasa carbónica humana con el ion de Zn 2+ en el centro
Fuente: Química. La Ciencia Central

Fijénomos ahora en el cadmio (Cd), vecino del cinc en la Tabla Periódica de los Elementos. Este elemento químico es extremadamente tóxico para el ser humano. Y la razón hay que buscarla, fundamentalmente, en el tamaño de los respectivos iones.

Cadmio (Cd)
Imagen: www.ehowenespañol.com
Aunque ambos se dan como iones 2+, el ion de cinc es más pequeño que el de cadmio. El radio iónico del cinc (Zn, 2+) es 0,74 Å y el del cadmio (Cd, 2+) es 0,95 Å. Este es el factor clave. En la anhidrasa carbónica, el ion de cinc está unido electroestáticamente a varios átomos de la proteína. El ion cadmio se une en la misma zona que el cinc pero lo hace de una forma más intensa, lo que significa que lo acaba desplazando en la anhidrasa carbónica. En este caso, la enzima con el ion cadmio no facilita la reacción entre el dióxido de carbono y el agua. Además, y mucho más grave, el ion cadmio inhibe reacciones indispensables para el funcionamiento de los riñones. Por último, el cadmio es un veneno acumulativo, así que la exposición crónica incluso a niveles muy bajos durante mucho tiempo produce envenenamiento.

Volviendo a la idea que planteábamos, la anhidrasa carbónica con el ion cadmio no sería capaz de realizar su función de transformación del dióxido de carbono en el ion bicarbonato. Como resultado, la eliminación del dióxido de carbono no sería efectiva como cuando está unida al cinc. 

De media, debemos ingerir entre 10 y 12 mg de cinc en nuestra dieta para mantener unos niveles correctos de este elemento. La próxima vez que tomemos alimentos ricos en cinc, como un poco de chocolate negro (como mínimo del 80% y sin azúcar añadido) o una pipas de calabaza, pensemos en la mano que le estamos echando a nuestro organismo en la eliminación del dióxido de carbono metabólico.

Nota
La forma correcta de escribir el nombre de este elemento químico es cinc. Sin embargo, en muchas ocasiones podemos encontrarlo escrito como zinc por influencia del inglés.

jueves, 25 de mayo de 2017

DDD 2016 (3ª parte y última)

Por fin se han publicado los vídeos de las Jornadas DDD 2016 celebradas en Córdoba. 76 comunicaciones dan mucho trabajo de edición pero la espera ha merecido la pena.

Aquí os dejamos nuestra participación y todas las demás ponencias. La organización las ha organizado en bloques de una hora. En total, 4 horas de mucho trabajo, muchas ideas, mucha divulgación y mucha diversión.

El Nitinol en las Jornadas DDD 2016


Disfrutar Divulgando Desinteresadamente (1ª hora)


Disfrutar Divulgando Desinteresadamente (2ª hora)


Disfrutar Divulgando Desinteresadamente (3ª hora)


Disfrutar Divulgando Desinteresadamente (4ª hora) 



lunes, 15 de mayo de 2017

GLEN SEABORG. UNA VIDA DEDICADA A LA TABLA PERIÓDICA

Glenn Seaborg
(Imagen: www.biografias.com)
Antes de 1940, la tabla periódica terminaba en el Uranio (U), el elemento número 92. Todo cambiaría gracias al trabajo de dimensiones casi épicas de un investigador bastante desconocido: Glenn Seaborg (1912-1999). Desde entonces, ningún científico ha tenido un impacto tan importante sobre el desarrollo de la tabla periódica como él. Seaborg ocupó el puesto de profesor en el departamento de Química de la University of California, Berkeley, en 1937. En 1940, Edwin Mattison McMillan fue el primero en detectar un elementos transuránico: el Neptunio (Np, número 93). Ese mismo año, Seaborg y su equipo lograron aislar el Plutonio (Pu, número 94)) como producto de la reacción del uranio con neutrones. El plutonio, como es sabido, desarrolla un papel fundamental en las reacciones de fusión que se producen en las plantas nucleares o en las bombas atómicas.

Durante el período de 1944 a 1958, Seaborg y sus colaboradores también lograron identificar los elementos con número atómico del 95 al 102 como productos de reacciones nucleares:

Americio (Am), número 95
Curio (Cm), número 96
Berkelio (Bk), número 97
Californio (Cf), número 98
Einstenio (Es), número 99
Fermio (Fm), número 100
Mendelevio (Md), número 101
Nobelio (No), número 102

Todos estos elementos son radiactivos y no se encuentra en la naturaleza; sólo se les puede sintetizar mediante reacciones nucleares. Por su labor de identificar los elementos más allá del uranio (los llamados elementos transuránicos), McMillan y Seaborg compartieron el premio Nobel de Química en 1951.

Entre 1961 y 1971, Seaborg fue presidente de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos (llamado ahora Departamento de Energía). En este puesto, contribuyó de forma importante a establecer tratados internacionales para limitar las pruebas de armas atómicas. A su regreso a Berkeley, formó parte del equipo que en 1974 identificó por primera vez el elemento número 106; ese descubrimiento fue corroborado por otro equipo de Berkeley en 1993. En 1994, a fin de honrar las muchas aportaciones de Seaborg al descubrimiento de nuevos elementos, la American Chemical Society propuso dar al elemento 106 el nombre de Seaborgio, que llevaría el símbolo Sg. Después de varios años de controversia respecto a si era aceptable dar a un elemento el nombre de una persona viva, la IUPAC adopta oficialmente el nombre de Seaborgio en 1997, y Seaborg se convirtió en la primera persona en dar en vida su nombre a un elemento. La IUPAC también dio al elemento 105 el nombre Dubnio (símbolo químico Db) en honor del laboratorio nuclear de Dubna, Rusia, que compitió con el laboratorio de Berkeley en el descubrimiento de varios nuevos elementos. Este último laboratorio tiene también su propio elemento químico en la tabla periódica, el Berkelio (símbolo químico, Bk).

martes, 2 de mayo de 2017

BERNOUILLI EN EL TITANIC

Aunque les separan casi dos siglos de distancia, Daniel Bernouilli y el Titanic guardan una curiosa relación.

Antes de zarpar del puerto de Southampton, cuando el Titanic iba a iniciar su viaje inaugural, se produjo un incidente que podría haber cambiado radicalmente la triste historia que conocemos sobre este famoso barco de lujo de principios del siglo XX.

Imagen del incidente entre el Titanic y el New York
Imagen: www.mgytitanic.wordpress.com
Ese día, el Titanic pasó muy cerca del New York, que estaba atracado en el muelle junto al Oceanic, con las quillas de los dos barcos situadas en paralelo. El paso de Titanic atrajo hacía sí al New York, las sogas de amarre se rompieron y la popa de éste se dirigió hacia el Titanic. Solo la rápida actuación del práctico  del puerto encargado del Titanic, que invirtió la marcha de los motores, hizo posible que éste disminuyera su velocidad y permitiera el paso del New York, evitando así que los dos barcos comisionaran. La colisión no se produjo tan sólo por unos metros de distancia, y el Titanic tuvo que retrasar su salida algo más de una hora.

Es curioso que el capitán del Titanic, E. J. Smith, que vio desde el puente la peligrosa aproximación, fuera el capitán de uno de los hermanos gemelos del Titanic, el Olympic, cuando siete meses antes tuvo lugar un incidente parecido al del New York. En aquella ocasión, la colisión no pudo evitarse y el Hawke y el Olympic chocaron. La proa del Hawke resultó fuertemente dañada y el casco del Olympic sufrió importantes roturas por encima y por debajo de su línea de flotación.

Para entender por qué ocurrió este hecho, tenemos que recurrir a unos los principios más importantes de la Mecánica de Fluidos: el Principio de Bernoulli. Cuando un fluido se mueve por una región en la que su velocidad o su altura sobre la superficie de la Tierra se modifican, la presión en el fluido varía con estos cambios. En 1738, el físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) obtuvo por primera vez una expresión que relacionaba la presión con la velocidad y la elevación de un fluido.

La ecuación de Bernoulli dice que la suma de la presión (primer término de la ecuación), de la energía cinética por unidad de volumen (segundo término de la ecuación) y de la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen (tercer término de la ecuación) permanece constante para todos los puntos que se encuentran en la misma línea de flujo. Por ello, la variación de uno de los términos hace que los otros se modifiquen en la dirección de contrarrestar dicha variación.

Cuando un barco navega por el mar, aparta el agua hacia los lados de su trayectoria, y el agua se mueve alrededor de los costados del barco. Ahora imagina que un barco pasa cerca de otro y que , además, tienen sus quillas paralelas. El agua que se mueve alrededor del costado de uno de los barcos se ve forzada a pasar por un canal muy estrecho situado entre los dos barcos. Como el agua es incompresible, su volumen permanece constante cuando es forzada a pasar por ese canal. La tendencia inicial de este agua comprimida es elevarse hacia el aire situado entre los dos barcos, que ofrece una resistencia pequeña a la compresión. Tan pronto como se eleva el nivel del agua entre los dos barcos, el agua comienza a fluir en dirección paralela a las quillas hacia la zona donde el nivel del agua es menor, es decir, cerca de la proa y la popa de los barcos. Así, el agua situada entre los barcos se mueve a mayor velocidad que el agua en los lados opuestos. Según el principio de Bernoulli, este rápido movimiento del agua ejerce una presión menor en los costados de los barcos que el agua que se está moviendo más despacio alrededor de los lados exteriores. El resultado es una fuerza neta que hace que los barcos se acerquen como sucedió en el pequeño accidente del Titanic a la salida del puerto de Southampton.

Proa hundida del Titanic
Imagen: www.wikipedia.es
Como con muchas otras tragedias, uno no puede dejar de pensar en los ¿qué hubiera pasado?... ¿Qué hubiera pasado si no se hubiese producido el incidente con el New York y el Titanic no hubiera perdido esa hora en su salida del puerto de Southampton?.... ¿Hubiese aparecido el iceberg en su trayectoria?... ¿Qué hubiera pasado si el New York y el Titanic hubiesen chocado?... ¿Se hubiese suspendido el viaje inaugural y el fatídico desenlace no se hubiera producido?...

Por cierto, todos hemos sentido en alguna ocasión como nuestro coche parecía que iba a ser tragado por un camión que nos adelantaba. La razón es la misma que hemos visto con el Titanic y el New York. El aire a alta velocidad ejerce una presión menor en el lado de nuestro coche próximo al camión que en el otro lado. Esto produce la aparición de una fuerza neta que empuja nuestro coche hacia el camión y nosotros nos llevamos el consiguiente susto...

En el siguiente vídeo se muestran algunas aplicaciones de la dinámica de fluidos. Ecuación de Bernoulli, Efecto Venturi, Efecto Coanda,... Tienen una gran importancia para explicar los hechos del Titanic y del New York o la aerodinámica de los coches de Fórmula 1.