sábado, 29 de marzo de 2014

Como lava el jabón


 Ayer, cómo tantas otras veces a lo largo de un día. Estaba en el baño lavándome las manos cuando me fijé en la acción que estaba realizando. Concretamente me estaba lavando las manos porque de cocinar me quedaban restos de grasa de la carne.
Para poder eliminar la molesta grasa tuve que usar jabón, no por dejar mis manos perfumadas con un agradable olor a vainilla, sino por el hecho de que con agua solamente no era capa de eliminar la fina película resbaladiza que se habia formado en mis manos.

En ese preciso momento me pregunté, ¿por qué uso jabón para lavarme las manos?

La síntesis del jabón es una reacción de las primeras que se estudia en química básica. Incluso me atrevo a decir que muchos de vosotros y yo mismo. Hemos hecho jabón a lo largo de nuestras vidas y hemos aplicado la reacción química correspondiente sin pararnos a pensar que era exactamente lo que estábamos haciendo.

La reacción para la formación del jabón es la siguiente,

ácido graso (aceite) + solución alcalina (sosa) -----> Jabón + glicerina

la fórmula sería:

Cómo se puede comprobar la reacción es muy sencilla, sólo requiere mezclar aceite y sosa a una temperatura que permita al aceite hervir. De esta manera observaremos como el jabón se va formando y precipitando quedándose en la base del recipiente.

Vale, ya sabemos como se obtiene el jabón. Pero por qué se usa para limpiarnos?

Si intentamos lavarnos las manos con agua para eliminar la grasa, del tiempo que sea, observaremos que el agua resbala por la palma sin eliminar el residuo. Lo que ocurre es lo mismo que nos ocurre si mezclamos aceite (grasa) con agua en un vaso. Que no se mezclan.
Esto ocurre porque el agua y el aceite son inmiscibles. Es decir, no pueden mezclarse debido a su naturaleza.
Al no poder mezclarse entre si, el agua no puede arrastrar la grasa de nuestras manos. Es necesario un producto que pueda mezclarse con ambos. Concretamente, el jabón.

El jabón es un tensioactivo, al igual que los detergentes. Esto significa que una parte del jabón tiene afinidad por el agua y otra parte por la grasa de nuestras manos. El jabón es un enlace entre ellos !!
La parte afín al agua recibe el nombre de hidrofílica y la parte afín a la grasa hidrofóbica.

Figura 1. actuación de un tensioactivo

El jabón produce espuma, esta espuma varía en función del tipo de aceite utilizado para la obtención del jabón. La espuma se forma debido a que si la parte hidrófoba del jabón no se una a la grasa y si al aire el resultado es una pompa. jabón por la parte externa y aire en el interior. 

Figura 2. Un poco de espuma siempre viene bien
Si nos fijamos bien, al añadir un poco de jabón a una botella si agitar. Se forma espuma, si agitamos con mayor fuerza se forma más espuma o pompas de jabón, ya que las cadenas hidrofóbicas del jabón tienen más probabilidades de unirse al aire y por tanto de formar pompas.



Si tenéis interés por hacer jabón, viendo que es muy sencillo, os dejo algunos enlaces:


1. Enriquece el jabón de marsella: http://youtu.be/Hd2v_IE6IbQ
2. Hacer jabón paso a paso: http://latiamaruja.blogspot.com.es/2012/04/como-hacer-jabon-paso-paso-tutorial-con.html
3. Hacer jabón con niños: http://www.hacerjabon.es/hacer-jabon-con-ninos

Espero que puedan ser útiles y os sirvan para entrener a vuestros hijos con ciencia.





domingo, 16 de febrero de 2014

Tinta de inyección cerámica. INKJET



Siguiendo con la temática del último post y para ir ampliando conocimientos. Hoy me gustaría hablaros sobre un nuevo método de aplicación que se está extendiendo en el mundo de la cerámica decorativa. Se trata de la Inkjet o inyección cerámica.

La inyección cerámica es algo tan sencillo de explicar como el imaginar una impresora pero que en vez de trabajar con papel lo hace con azulejos cerámicos. Obviamente no se colocan los azulejos apilados en la bandeja y la impresora los va expulsando uno a uno como en el caso del papel. Pero si que sigue el mismo patrón en cuanto a cabezales de impresión.

Figura 1. Ejemplo de máquina de impresión digital cerámica

Hasta el momento y todavía en uso. Las técnicas usadas para impresión son la impresión en pantalla plana, la impresión en pantalla rotatoria (Rotocolor) e impresión flexográfica.
A diferencia de estos métodos, la Inkjet proporciona un proceso fundamentalmente distinto. La creación y deposición de cada pequeña gotita de tinta se lleva a cabo usando un control digital, paraque cada dibujo o patrón impreso en una secuencia pueda diferenciarse con facilidad de otro, o ser el mismo.
Las principal ventaja de esta técnica de impresión frente a las anteriormente citadas es que se trata de un proceso digital. La localización de cada gota puede ser predifinida, se puede modificar, redimensionar y realizar múltiples réplicas del mismo diseño o diferentes en tiempo real.
Otra ventaja es que se trata de un método sin contacto, las únicas fuerzas que se aplican al sustrato (azulejo) son el impacto de las gotas. Por tanto pueden procesarse sustratos frágiles que mediante otros métodos no podrían procesarse. Además puede trabajarse con sustratos no planos ya que la distancia de operabilidad puede estar hasta 1 mm.

Para poder hacer uso de la máquina de impresión cerámica es necesario tener tintas (lógico) que puedan ser aplicadas sobre la superficie del material y rendir el color a las temperaturas de cocción de los hornos.
Las tintas convencionales de impresión están compuestas por colores orgánicos. La principal ventaja de estos colores es que se puede trabajar con una amplia gama y por tanto llegar a una grandísima gama de tonalidades. El inconveniente de su uso en la cerámica radica en que a unos pocos centenares de grados centígrados, sus estructuras se descomponen y por tanto el color desaparece.

En el anterior post estuvimos viendo los colorantes inorgánicos de la cerámica. Los pigmentos.
Pudimos ver que una de las ventajas era su estabilidad de color a temperaturas de cocción. Por lo que no es necesario ser un genio para pensar que una buena opción sea utilizar pigmentos inorgánicos en la formulación de tintas para inyección cerámica.

Las máquinas de impresión están compuestas por multitud de componentes que no vamos a detallar en este post. Nos vamos a quedar en la parte realmente importante y una de las más caras. Los cabezales.

Un cabezal es el componente de la máquina que se encarga de descargar la tinta sobre la pieza cerámica. Y es,  por tanto, una de las etapas más críticas del proceso.
El cabezal está compuesto por una serie de ranuras por donde pasa la tinta. Estas ranuras están fabricadas de un material que mediante una corriente eléctrica modulan (se deforman) el paso de tinta.
El principio físico mediante el cual al aplicar una corriente eléctrica a un material, este se deforma es la piezoelectricidad.  

Figura 2. Cabezal piezoeléctrico

 Los cabezales tienen un paso de líquido determinado, por lo que es necesario que la tinta y por extensión el pigmento estén a un tamaño concreto que permita al cabezal trabajar sin obturarse.
Es probablemente una de las etapas más cuidadosas del proceso de fabricación de tintas y la requiere un mayor trabajo. Reducir el tamaño de partícula del pigmento hasta una escala frontera entre las micras y los nanómetros.

Además del pigmento, las tintas necesitan de solventes que sirvan como medios conductores hasta la pieza. Los solventes deben interactuar lo mínimo con el medio ya que lo realmente importante es el pigmento. La mayoría son de naturaleza orgánica, de este modo cuando se cuezan las piezas estos vehículso se degradan y desaparecen.

Parámetros a tener en cuenta son la viscosidad, densidad, tensión superficial, estabilidad...
Profundizando en alguna de estas propiedades tendríamos.

Hablamos de viscosidad cuando nos referimos a la resistencia de los fluidos a moverse. Así pues un fluido muy viscoso requerirá de mayor fuerza para moverse que un fluido poco viscoso. La viscosidad es importante en las tintas ya que como hemos dicho, los cabezales simplemente canalizan la tinta, de modo que, si la tinta fuese poco viscosa está no tendría tan apenas resistencia a fluir y por tanto se derramaría sin problemas por el hueco del cabezal. 
 
 La densidad nos marca el contenido en sólidos de la tinta. A mayor densidad, mayor contenido en sólidos. Por lo que cabe esperar que el rendimiento de color sea mayor. Esto no siempre es así, ya que como vimos en el anterior post, los pigmento tienen un rendimiento de color también en función del tamaño de partícula y no solo por que vayan en mayor o menor cantidad.

 Finalmente tendríamos la tensión superficial,responsable de la formación de la gota de tinta. La tensión superficial debe ser lo suficientemente alta para que se forme una gota unitaria, sin llegar a ser un chorro, pero lo suficientemente baja para que tras su impacto no se genere el llamado "cofee stain". El surco o círculo que se forma alrdedor de donde cae una gota.

Figura 3. Surco originado tras el impacto de una gota de tinta
Por desgracia, la gama cromática actual no es tan extensa como en las tintas gráficas para papel. La limitación de trabajar con pigmentos inorgánicos hace que no podamos trabajar con todos los colores. De modo que no disponemos de todo el espacio de color.
Además del rendimiento del color por su contenido en sólidos en la tinta y por el tamaño de partícula, la superficie donde se aplica la tinta también puede influir en el acabado. Concretamente, los esmaltes en función de su composición pueden alterar el color final de la pieza. 

En conclusión. Como podéis ver, la cerámica va evolucionando y bebiendo de otros campos para adaptarse a las exigencias del cliente. Y de esta evolución surgen nuevos retos que debemos ir atacando para conseguir mejores resultados. 

Cada vez que veáis una pieza cerámica que parece una fotografía, muy probablemente esté fabricada con la tecnología de impresión de digital. Y ya sabréis que para conseguir ese acabado tan realista es necesario aplicar tintas de pigmentos inorgánicos con una máquina de impresión similar a las de artes gráficas de papel.
El mundo digital está en contínua evolución dentro del sector cerámico. Esta semana sin ir más lejos ya se han presentado en la feria de cerámica, Cevisama, nuevas formas de aplicación así como nuevas generaciones de tintas en base agua.

miércoles, 8 de enero de 2014

Pigmentos inorgánicos, los colores de la naturaleza


Siempre intento transmitiros el por qué de las cosas desde un punto de vista científico. Muchas de las entradas que os escribo, me obligan a mi mismo a buscar el fundamento teórico porque no son campos que domine o de los cuales esté familiarizado.

Hoy me gustaría escribir sobre aquello a lo que me dedico y por lo que creo que también puede ser interesante.

Mi especialidad es la química inorgánica cerámica. Me dedico al estudio, control y desarrollo de materiales cerámicos y más concretamente a los materiales cerámicos para la decoración.
Dentro de los materiales cerámicos que podríamos considerar, de manera general, los que están compuestos por una estructura de alumino-silicatos. Me dedico a los pigmentos.

Un pigmento es el "colorante" de la cerámica.
Se trata de una estructura cristalina formada por óxidos inorgánicos que albergan en su interior cromóforos (colorantes) de metales de transición. Los pigmentos deben cumplir dos caracteríticas:

1- Estables a altas temperaturas
2- Estables en medios agresivos (esmaltes fundidos)

Deben ser estables a altas temperaturas porque deben soportar las temperaturas de cocción de las piezas cerámicas. Un rango de 1000-1250ºC aproximadamente.

Los metales de transición, son aquellos que encontramos en la zona central de la tabla periódica de los elementos.


imagen 1. Tabla periódica de los elementos

Una de las principales características que presentan los metales de transición, es que muestran color. Como ya vimos en anteriores posts, estos es debido a las transiciones de energía entre niveles.

En función del tipo de cromóforo y de la estructura, el pigmento mostrará un color u otro. Puede darse el caso de que dos pigmentos con el mismo cromóforo o cromóforos pero distinta estructura presenten diferentes colores. Y a la inversa, misma estructura pero diferente cromóforo.  Por tanto es un compromiso entre estas dos variables la que define el color.

El proceso de obtención de un pigmento es sencillo a la par que complicado. Sencillo, ya que tan solo requiere la calcinación a elevada temperatura de una fórmula determinada de óxidos. Pero complicado, ya que un proceso a elevadas temperaturas conlleva un riesgo. 
Concretamente, las variables a tener en cuenta son muchas ya que a altas temperaturas pueden producirse reacciones secundarias que deriven en productos no deseados.

Es por tanto importante definir bien la fórmula, controlar el tamaño de partícula de los óxidos, la temperatura de reacción y la atmósfera.

La reacción de formación del pigmento se produce por contacto, por lo que el tamaño de partícula es importante. Cuanto menor es el tamaño de partícula, mayor es la superficie específica y por tanto reaccionarán dos partículas con mayor facilidad.
Decía que la temperatura de reacción hay que tenerla en cuenta. Pero no sólo la temperatura máxima que se debe alcanzar, también es importante el tiempo que va a tardar en llegar a esa temperatura y el tiempo de residencia. Es decir, el tiempo que vamos a estar manteniendo al máximo.

Cuando hablamos de atmósfera nos referimos al volumen que queda libre en el horno. En esta zona circulan los gases de descomposición de los óxidos y/o el aire. Algunos pigmentos necesitan que la atmósfera sea concreta para que en función de ello, el cromóforo presente una forma u otra. 
Existen reactivos de nombre mineralizadores que facilitan que se generen atmosferas.

Un cromóforo tiene estados de oxidación, es decir, vacantes de electrones en su estructura. 
En función  del estado de oxidación puede producirse una coloración u otra. Un ejemplo ilustrativo sería el Cromo (símbolo químico Cr).
El cromo (Cr) presenta, mayoritariamente, dos estados. El Cr+3 y el Cr+6 (los estados de oxidación se representan por el número y por un símbolo +/-)
El Cr con estado de oxidación 3 (+3) presenta un color Verde.
El Cr con estado de oxidación 6 (+6) presenta un color Amarillo-naranja. 
El óxido de cromo con estado de oxidación 2 (+2) presenta un color negro.

 Las atmósferas nos permiten reducir u oxidar los metales de transición y "dejarlos" en el estado de oxidación que más nos convenga.

Podemos encontrar muchas clasificaciones de pigmentos, una que a mi particularmente me gusta mucho es la siguiente que se basa en la posición del cromóforo en la estructura,


1-Pigmentos ocluidos. Son aquellos en los que el colorante se encuentra encapsulado, aislado. De modo que la coloración rinde siempre y cuando el cromóforo se mantenga inalterado. Cualquier modificación estructural que lo exponga conllevará una modificación en el tono o incluso la perdida total del color. Un ejemplo serían los pigmentos rojos donde el Selenio y el Cadmio se encuentran encapsulados.


2- Pigmentos idiocromáticos. Son aquellos donde los cromóforos son los componentes principales. Tienen una alta concentración de los centros de color por volumen de unidad. De modo que aunque sean degradados o modificados siguen manteniendo una elevada concentración y por tanto el poder colorante se mantiene. Un ejemplo serian las espinelas.


3- Pigmentos alocromáticos. Son aquellos donde el cromóforo aporta el color a una estructura de por sí incolora. De modo que aunque los iones colorantes no se encuentran encapsulados, ni son parte de la estructura, una modificación del pigmento provocaría una cierta perdida de coloración. Un ejemplo serian las estructuras circonato (incoloras) con cromóforos de praseodimio. Obteniéndose un color amarillo.

Algunos ejemplos de pigmentos cerámicos con su estructura y cromóforos responsables del color puede ser:

Azul
Amarillo
Marrón
Estructura Cromóforo Estructura Cromóforo Estructura Cromóforo
Espinela Cobalto (Co) Circonato Praseodimio (Pr) Espinela Hierro (Fe)Cromo (Cr)

Los pigmentos sirven para colorear esmaltes que son usados para decorar las piezas cerámicas. Por tanto, en la mayoría de casos es necesario reducir su tamaño para adecuarlo a las mezclas. Así pues, tal y como hemos visto en la clasificación, la reducción en el tamaño puede ser crítica para el rendimiento de color en función al tipo de pigmento del que se trate.

Espero que este pequeño resumen sobre los pigmentos cerámicos os haya servido para conocer un poco más sobre nuestro trabajo y sobre a que es debido el color que se observa en las baldosas y revestimiento cerámico.





jueves, 14 de noviembre de 2013

¿Qué es un cigarro electrónico?



Ese sería un resumen de lo que estamos viviendo ahora mismo. De repente han aparecido decenas de comercios que ofertan cigarros electrónicos. Vemos a la gente por la calle con sus cordones de colores al cuello y colgando el susodicho aparato.
Los vemos "fumando" en todos los sitios y más de uno y una nos preguntamos, ¿qué es ese humo que echan? "Vapor de agua" dicen los fumadores. "Vapear" lo llaman...

Hoy me gustaría describir de una forma sencilla que es un cigarrillo electrónico, su funcionamiento y que es el humo que producen.

Un cigarrillo electrónico es un dispositivo eléctrico que tiene la capacidad de vaporizar un líquido que contiene aditivos (sustancias). Pulsando un botón activa una resistencia que calienta una solución líquida hasta vaporizarla. El vapor producido puede contener aditivos tales como aromas y/o nicotina.
Por tanto un cigarrillo electrónico es tan solo un dispositivo que permite inhalar vapores generados mediante una resistencia. 

Figura 1. Estructura cigarrillo electrónico

Los líquidos que contiene y que se pueden comprar en diferentes formatos suelen ser solventes orgánicos como el propilenglicol, nicotina y otros productos entre los que se hallan aromas que confieren al vapor un sabor agradable.

El propilenglicol, se utiliza en la industria alimentaria como agente saborizante o como solvente para colorantes. Es un excelente vehículo conductor.

Cuando se inhala, se pulsa el botón y se activa la resistencia. Un nebulizador dispersa la solución líquida y entra en los pulmones. Finalmente se expulsa sin dejar rastro de olores.
El humo que se desprende es vapor de agua con pequeñas trazas de elementos orgánicos resultantes de la vaporización.

¿Pero es inofensivo que alguien fume a mi lado con un cigarrillo electrónico?

No está demostrada la seguridad de los dispositivos. 
Si es sabido que altas concentraciones de propilenglicol son irritantes al inhalarse. Caso aparte de la nicotina, que en altas concentraciones es venenosa  y en bajas concentraciones supone un estimulante que provoca adicción.
El hecho de que se capte al cliente con el anuncio de que no se fuma tabaco y por tanto se evitan productos perjudiciales como son los aditivos, no es menos cierta que el hecho de que los cigarrillos electrónicos llevan en la composición líquida muchos otros productos orgánicos cuya vaporización está en estudio por su posible perjuicio a la salud.

¿Ayuda el cigarrillo electrónico a dejar de fumar?

No existen evidencias científicas que demuestren que sustituir el cigarrillo convencional de tabaco por un cigarrillo electrónico, favorezca el abandono del consumo de tabaco.

Por tanto, podríamos decir que en la actualidad existe un vacío, en cuanto a resultados experimentales que demuestren o no si los cigarrillos electrónicos perjudican la salud. No se conoce a ciencia cierta el contenido exacto de nicotina.
Además existe un vacío legal en cuanto a si se puede permitir o no el fumar cigarrillos electrónicos en las zonas donde no está permitido el consumo de tabaco.


Fuentes:

http://www.who.int/tobacco/communications/statements/eletronic_cigarettes/en/

http://es.wikipedia.org/wiki/Cigarrillo_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Nicotina


 

jueves, 26 de septiembre de 2013

Una tabla periódica reactiva



Me gustaría dejaros un enlace a una curiosa tabla periodica.

En ella, podreís escoger elementos de la misma y hacerlos reaccionar para comprobar que moléculas se forman. La propia aplicación, además, os facilitará datos curiosos de la nueva molécula formada.

¡Os invito a que la probéis y experimentéis de una manera sencilla y muy didáctica!

Tabla periódica

viernes, 20 de septiembre de 2013

el agua, la sal y unas cervezas


Un barril, agua, hielo, sal y botes de cerveza...y chas! ¡¡¡La cerveza se mantiene durante más tiempo fría!!!

¿Qué ha ocurrido?

Durante el verano, muchos y muchas de nosotros hemos realizado comidas con amigos donde la nevera no podía albergar toda la bebida que íbamos a consumir o simplemente no disponíamos de una. Una solución es mantener la bebida fría dejándola en un barril lleno de hielo.

La ciencia y más concretamente nuestra amiga la Termodinámica nos ofrece una opción para mantener la bebida durante más tiempo fría. Se trata de preparar disoluciones binarias!!!

La receta es muy sencilla. Agua, Sal y hielo. 

1- En un barril, llenar un tercio de agua. 
2- Añadir un par de vasos de sal.
3- Rellenar con cubos de hielo.
4- Finalmente, colocar los botes de cerveza y dejar reposar.

¿De qué sirve lo que hemos hecho?

Al añadir tanta cantidad de sal hemos provocado que el agua no pueda disolver toda la sal (disolución saturada). El sistema creado entre el exceso de sal y el agua tenderá a "buscar" agua para poder disolver el exceso de sal. La única agua presente, está en los cubos de hielo pero...Oh! se encuentra en forma sólida!!! El sistema necesita calor para fundir el hielo.

El sistema entra en crisis y se pregunta, ¿Dónde puedo encontrar calor? Se pone a buscar por el barril y encuentra los botes de cerveza. Bingo! Rápidamente "roba" calor de los botes para utilizarlo en la fusión del hielo.

El agua y la sal forman una mezcla binaria. ¿Qué significa esto? Pues que las mezclas binarias tienen un punto de fusión y ebullición diferente al de las sustancias puras. Concretamente para el agua, tiene un punto de ebullición superior a 100ºC y un punto de congelación inferior a 0ºC. 

¿Entonces? Pues que el sistema que está "robando" calor a los botes, va a necesitar más calor del que creía para fundir el hielo. ¿Resultado? Los botes de cerveza pierden mucho más calor y en consecuencia se enfrían más.

Si no tuviésemos sal, el agua se encontraría con el hielo y el sistema hielo-agua empezaría a buscar un equilibrio de temperatura. El agua "robaría" calor también a los botes para fundir el hielo pero claro, al ser agua pura, la temperatura de fusión es superior de modo que necesitaría menos calor y los botes se enfriarían menos.

Conclusión. Cuando queráis enfriar bebida añadid sal. Y no os contengáis! que es barata.

Oye Paco. ¿Y qué se enfría mejor, el vidrio o el metal?
Claramente el metal. Es mejor conductor que el vidrio y además la capa de material es mucho más fina que en el vidrio por lo que el líquido ámbar se enfría antes.