El Número de Avogadro

1959. Una importante reunión de científicos de Harvard.

Un joven llamado Tom Lehrer, estudiante de esa prestigiosa universidad, ante el asombro de todos los presentes canta una canción. El asombro se convierte en risas. La letra de la canción no es otra cosa que todos los elementos uno detrás de otro (no en el orden creciente de número atómico, por supuesto).

There's antimony, arsenic, aluminum, selenium,
And hydrogen and oxygen and nitrogen and rhenium,
And nickel, neodymium, neptunium, germanium,
And iron, americium, ruthenium, uranium,
Europium, zirconium, lutetium, vanadium,
And lanthanum and osmium and astatine and radium,
And gold and protactinium and indium and gallium,
(gasp)
And iodine and thorium and thulium and thallium.

There's yttrium, ytterbium, actinium, rubidium,
And boron, gadolinium, niobium, iridium,
And strontium and silicon and silver and samarium,
And bismuth, bromine, lithium, beryllium, and barium.


Isn't that interesting?
(laughter)
I knew you would.
I hope you're all taking notes, because there's going to be a short quiz next period.

There's holmium and helium and hafnium and erbium,
And phosphorus and francium and fluorine and terbium,
And manganese and mercury, molybdenum, magnesium,
Dysprosium and scandium and cerium and cesium.
And lead, praseodymium, and platinum, plutonium,
Palladium, promethium, potassium, polonium,
And tantalum, technetium, titanium, tellurium,
(gasp)
And cadmium and calcium and chromium and curium.

There's sulfur, californium, and fermium, berkelium,
And also mendelevium, einsteinium, nobelium,
And argon, krypton, neon, radon, xenon, zinc, and rhodium,
And chlorine, carbon, cobalt, copper, tungsten, tin, and sodium.

These are the only ones of which the news has come to Ha'vard,
And there may be many others, but they haven't been discavard.

Hace poco en este mismo blog un lector comentó la posible adulteración de la carne. Un problema común al que se enfrenta la química es ver si los alimentos que comemos contienen realmente lo que dicen. En el caso de la carne, los químicos analíticos tienen una forma de saber el porcentaje de proteínas que hay en ella utilizando una técnica denominada método de Kjeldahl. Es un método muy utilizado para la determinación de nitrógeno orgánico descubierto a finales del siglo XIX por el químico sueco danés Kjeldahl.

El método consiste en realizar una digestión de la muestra con H₂SO₄ (ácido sulfúrico) a una temperatura de alrededor de 338º C (que corresponde al punto de ebullición del H₂SO₄). De esta forma la muestra se carboniza pasando todo el C a CO₂ y todo el N a (NH₄)₂SO₄.

Leo en la Scientific American que un grupo de científicos de la Scuola Normale Superiore de Pisa (Italia) han llevado a cabo una investigación que avala la posibilidad de que el resveratrol, un compuesto que se encuentra en las plantas y en especial en las uvas, alargue la vida.

Ayer vi una noticia sobre la inauguración de la Terminal 4 de Barajas. Parece que todo el mundo habla de ello. Hasta parecía que los aviones se preparaban para la ocasión. En una de las imágenes se veía como un operador estaba tirando agua a uno de ellos. ¿Estaría poniéndolo elegante para el estreno? Nada más lejos de la realidad. Estaban aprovechando unas curiosas propiedades de las disoluciones. Las propiedades coligativas.

Pero vayamos por partes, ¿qué son las propiedades coligativas? Son propiedades que dependen únicamente de la concentración del soluto y no de su naturaleza, esto es, da igual el tipo de soluto que hayamos introducido en la disolución, solo nos importa la cantidad disuelta del mismo.

Las 4 propiedades coligativas son las siguientes:


Disminución de la presión de vapor

Un soluto hace que la presión de vapor de la disolución sea más baja, es decir, que menos moléculas se evaporen a la fase gas.


Descenso crioscópico y aumento ebulloscópico

Estas propiedades están íntimamente relacionadas con la anterior. El soluto hace que el punto de congelación de la disolución disminuya y que el punto de ebullición de la misma aumente. Así, por ejemplo, agua con sal congelará a una temperatura menor a los 0º C y entrará en ebullición a una temperatura mayor a los 100º C.

En un diagrama de fases esto se representa así: las líneas se desplazan ligeramente. En la imagen las líneas rojas corresponden al disolvente puro y las verdes al disolvente con soluto. Se ve claramente que para pasar a estado sólido se requiere una temperatura menor en el caso de la del disolvente con soluto. Lo contrario sucede para pasar a estado gas. Requerimos una temperatura mayor que la del disolvente original.

¿Cuales son las aplicaciones de esto?

Ahora ya sabemos porque cuando nieva pasan camiones tirando sal (NaCl) en las carreteras. Al bajar el punto de congelación hacemos que el hielo se funda aunque la temperatura ambiente sea menor a 0º C. De hecho, con NaCl podemos llegar a hacer que el agua congele a -21 ºC.

El ejemplo del principio de la anotación es otro caso. Los aviones al volar a esas alturas acumulan hielo en sus alas. El propilenglicol (CH₃CHOHCH₂OH) diluido en agua, a alta temperatura y presión, ayuda a quitar el hielo de las mismas. Un hermano pequeño del mismo, el etilenglicol (CH₂OHCH₂OH), es el que se usa mezclado con agua como anticongelante en los coches.


Presión Osmótica

Esta es quizá la más curiosa de las cuatro. Si tenemos dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable (que deja pasar el agua pero no el disolvente) y una de ellas tiene una mayor concentración de soluto, pasará agua de la más diluida a la más concentrada (estrictamente se dice que se igualan los potenciales químicos, aunque éste es un término que requeriría bastante más tiempo de explicar). Entre ellas se generará una diferencia de presión. Es la llamada presión osmótica.

Científicos de un grupo de investigación suizo han descubierto los elementos 113 y 115 en el famoso centro de investigación nuclear de Dubna (que da nombre al elemento 105 también descubierto allí, dubnio).

Para crear el elemento 115 se bombardeó un disco de americio con un rayo de calcio.

¿Quién no ha notado nunca un poco de acidez de estómago tras una comida pesada?

Entre nuestros productos más comunes para combatir este dolor se encuentra el bicarbonato sódico (NaHCO₃), también llamado hidrogenocarbonato sódico.

El bicarbonato sódico se produce industrialmente mediante un proceso denominado Proceso Solvay en el cual, a partir de CaCO₃, sal (NaCl) y NH₃ y tras una serie de reacciones, obtenemos el bicarbonato sódico.

¿Cómo actúa este producto?

Al comer nuestro estómago segrega un ácido. Es el llamado ácido clorhídrico (HCl) que tiene la función de descomponer los alimentos (en especial llevar a cabo la desnaturalización de las proteínas). Un exceso de este ácido es el que produce las incómodas molestias.

Al tomar bicarbonato sódico se produce la siguiente reacción en nuestro estómago:

A este tipo de reacciones se les llama neutralizaciones. El bicarbonato actúa como base neutralizando el ácido de nuestro estómago. El resultado es agua, sal y dióxido de carbono (que se expulsa por la boca).

El problema del bicarbonato es que una utilización continuada puede dar lugar al llamado efecto rebote: el estómago produce más ácido para reestablecer el consumido por el bicarbonato consiguiendo al final el efecto contrario al deseado. Además, el bicarbonato contiene sodio con lo cual las personas hipertensas o con problemas renales o de retención de líquidos han de ir con cuidado en su ingesta.

El bicarbonato tiene otras interesantes aplicaciones.

Se utiliza en los polvos de levadura junto con un ácido en forma de cristales de tal forma que al añadir agua se produce la siguiente reacción:

Siendo el CO₂ desprendido el que hace que la masa suba.

Es, también, el fundamento de algunos extintores. El bicarbonato (sódico o potásico) en forma de polvo fino actúa como un inhibidor térmico enfriando las llamas de tal forma que la reacción química que lo origina no se pueda producir.

Finalmente, podemos producir carbonato sódico simplemente calentando el bicarbonato:

Para estrenar esta sección en las que comento páginas interesantes sobre química nada mejor que la que considero mejor página web de química que existe (al menos en estos momentos):

Todos sabemos el problema del agotamiento de las reservas de petróleo (aunque nadie haga nada para remediarlo) y de como esto afectará a nuestras economías en un breve lapso de tiempo.

Mucho se habla del petróleo (y en mi opinión se debería hablar y, sobre todo, actuar mucho más) pero no es lo único que se acaba. El cobre se nos acaba también.

Como veis he hecho un par de actualizaciones en lo que es el blog en sí mismo. A la derecha en el menú hay unas secciones nuevas: perfil (aún por hacer), objetivo del blog y correo para contactar. Os dejo hoy con una cita interesante y mañana pondré una noticia realmente escalofriante...


"La capacidad del químico orgánico de crear nuevas moléculas y materiales es también arte."

El otro día hablábamos de llenar una piscina de agua para hacer una comparación sobre cuanto deuterio obtendríamos... hoy vamos a volver a hablar de piscinas.

Lo que comúnmente se dice "añadir cloro a la piscina” no es tal. En realidad deberíamos decir “añadir hipoclorito (ClO^-) a la piscina”.

El hipoclorito se obtiene a partir del cloro en un medio básico:

Este hipoclorito sódico (NaClO) no es más que la bien conocida por todos lejía. Así pues, el “echar cloro a la piscina” es un “echar lejía a la piscina”.

Esta sustancia evita la proliferación de algas y hongos y elimina los organismos patógenos. Sin embargo tiene una desventaja y es que es muy reactivo frente a la radiación:

Problema bastante grande teniendo en cuenta la cantidad de radiación a la que está expuesta una piscina en verano.

Además se debe mantener el pH entre 7.2 y 7.6 para que el hipoclorito actúe (a pH más alto se dismuta y a pH más bajo se descompone) y también, claro está, para evitar el problema de ojos rojos y para cuidar la piel.

A pesar de estos problemas muchos optan por echar hipoclorito a sus piscinas. La única precaución que hay que tener es la medir el nivel una vez por semana procurando que la concentración de esta sustancia esté entre 1 y 1.5 partes por millón.

No obstante, existen otros productos cuyo uso también está recomendado para mantener la piscina en perfectas condiciones.

Uno de ellos es el ácido triclorocianúrico. Aunque el nombre da un poco de miedo es totalmente inocuo (no tiene nada que ver con el peligroso acido cianhídrico que es el que libera los grupos CN^- que son extremadamente tóxicos).

La efectividad del ácido triclorocianúrico radica en que va liberando poco a poco el hipoclorito siguiendo una reacción de hidrólisis hasta cianúrico.

Al final el cianúrico acaba degradándose en carbonato amónico y bicarbonato amónico.

El único problema de este compuesto es que es poco soluble.

Finalmente cabe señalar otro error común y es el del “olor a cloro”. El olor a cloro no es ni olor a cloro (obviamente) ni olor a hipoclorito. El olor a cloro es en realidad olor a cloroaminas.

Continuando con la serie que empecé con los isótopos, y sin dejar de hablar del hidrógeno, hoy os voy a comentar algunas cosas acerca del tercer isótopo: el hidrógeno-3 o tritio.

El tritio tiene un protón y dos neutrones en su núcleo. A diferencia del hidrógeno o el deuterio no es estable. Esto es, se descompone espontáneamente. Es por tanto un isótopo radiactivo con una vida media de unos 12.3 años.

Hay cierta confusión con el término vida media. La vida media representa el promedio de tiempo de vida de un núcleo antes de desintegrarse. El periodo de semidesintegración es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos de una muestra. Aunque ambos están íntimamente relacionados (por medio de una fórmula) no hay que confundirlos.

Pues bueno, cuando se desintegra da lugar a helio-3 y un electrón.

Y ahora uno puede preguntarse. ¿Si tiene una vida media de 12 años y la Tierra tiene miles de millones de años, como es que existe tritio? La respuesta es la que todos os imagináis: el tritio se va formando a la vez que se descompone y, aún bastante escaso (representa el 10^-15 % de átomos de hidrógeno que existen), está presente en la naturaleza.

Y es que hay dos formas de obtenerlo, la natural y la artificial.

La natural ocurre cuando los rayos cósmicos impactan contra los átomos de la atmósfera superior. Los neutrones chocan contra el nitrógeno produciendo el tritio y el carbono.

El método artificial ocurre cuando bombardeamos litio-6, también con neutrones, en un reactor. Obtenemos el inocuo helio y el apreciado tritio.

¿Y para que queremos tritio?

El tritio tiene aplicaciones médicas como rastreador ya que al descomponerse, como hemos visto, emite electrones de baja energía pero no rayos γ (que es un tipo de radiación mucho más peligrosa).

Y por supuesto, y desgraciadamente, se utiliza como arma nuclear. La bomba de hidrógeno es en realidad bomba de tritio. Debido a su corta vida media las cabezas nucleares tienen que reabastecerse cada cierto tiempo con tritio para que sigan siendo efectivas. Algunas bombas contienen directamente litio ya que al explotar produce suficiente energía como para hacer la reacción arriba mostrada y sintetizar el tritio.

Otros uso del tritio es su presencia en dispositivos “autoiluminados” como las señales de salida de los edificios, relojes, pinturas luminosas,...

Finalmente el tritio es la última esperanza de la humanidad. La esperanza de la energía limpia y barata. La esperanza de la fusión nuclear. En ella un núcleo de deuterio se combina con uno de tritio para dar uno de helio y un neutrón y una cantidad enorme de energía. Básicamente es lo que ocurre en el sol y, como ya comenté, las dificultades técnicas para lograr una reacción de este tipo de forma controlada son muy grandes. Ya os hablaré con más detalle de este proceso en una futura anotación