martes, 3 de junio de 2014

Lo ordinario del método científico


Muchas veces no nos damos cuenta pero para la resolución de muchos problemas cotidianos utilizamos un razonamiento basado en el método científico.
Podría describir la ciencia, de una manera sencilla, como la búsqueda y resolución de problemas que nos rodean. Y por extensión, el método científico es una de las herramientas más utilizadas para lograr el fin descrito.
Pero yendo más allá de la ciencia, que muchas veces nos parece complicada y lejana, podemos identificar trazas del método científico en nuestro dia a dia. De modo que, sin muchas veces saberlo estamos aplicando un razonamiento científico a la resolución de pequeños contratiempos que nos van surgiendo.

Este post tiene como finalidad explicar que es el método científico, para que los lectores puedan o bien identificar en él aquello que llevan realizando desde hace mucho tiempo o aplicar el método para afrontar problemas.

Empecemos!

1.  Estamos en casa y de observamos que alguien de nuestra familia, se encuentra adormilado/a. No está alegre. Su comportamiento no es el de siempre. Acabamos de iniciar el método científico mediante la observación.

2.  Realizamos una suposición sobre el estado de nuestro familiar. "Estará enfermo/a. Le debe doler la cabeza por los gestos que está realizando" acabamos de formular una hipótesis.

3. Bueno, y ahora que? Tenemos nuestra hipótesis,  mediante la experimentación debemos realizar algún tipo de ensayo que nos permita demostrar nuestra hipótesis. Le ofrecemos una pastilla de Ibuprofeno que sabemos que es un medicamento que ayuda a aliviar el dolor de cabeza.
Esperamos a que el medicamento actúe y observamos si nuestro familiar mejora. En caso afirmativo, podemos decir que nuestra hipótesis se confirma y por tanto problema solucionado. Hemos demostrado la hipótesis

En caso de que el dolor de cabeza persista, debemos realizar una hipótesis segunda, que nos llevará a realizar una nueva experimentación. El proceso se repite tantas veces como hipótesis tengamos. Hasta que se acepte la hipótesis.

Siempre acabaremos con una conclusión, a modo resumen y que nos servirá para en futuras situaciones semejantes poder afrontar el problema de manera efectiva.

Esquemáticamente podemos resumir el ejemplo del siguiente modo,

Figura 1. Esquema del método científico

Por tanto, como podéis ver en nuestro día a día realizamos estos sencillos pasos de manera automática para resolver los problemas. Aunque no lo creáis estáis aplicando métodos de ciencia en la resolución de los inconvenientes que se os plantea. 
Desde coger el vaso caliente del microondas con un trapo para no quemaros, pasando por quien utiliza un objeto alargado (destornillador) para acceder a la parte de la espalda que le pica, hasta quienes añadís agua al bote de champú para que lo poco que queda salga mejor.
Son experimentaciones que realizáis para resolver problemas de vuestra día a día.

Por último decir que, en el método científico existe una controversia sobre que es primero, si la observación o por el contrario el problema. Es decir, es la observación lo que nos lleva a encontrarnos con un problema o es un problema lo que nos conduce a tener que realizar una observación de lo que nos rodea.

Ahí os dejo la disyuntiva para que seáis vosotros mismos quien me digáis que opinión os merece!


Ahí va una canción divertida sobre el método científico!!!



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.





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.


martes, 13 de agosto de 2013

¿Cómo actúa un protector solar?





Siguiendo con la serie de entradas temáticas del Verano hoy me gustaría hablar sobre los protectores solares. 

A pesar de que vivimos en una época de crisis económica donde parece que nada importa más que el empleo, la estabilidad, la macro y microeconomía, etc...
Siguen existiendo problemáticas que aunque han pasado a un segundo plano son importantes. 

No hace mucho hablábamos de lo perjudicial que puede llegar a ser tomar el sol actualmente. Hablábamos del agujero de la capa de ozono, del protocolo de Kyoto. De cómo la atmósfera no era capaz de filtrar todas las radiaciones solares y por ello era vital protegerse en caso de querer tomar el sol.

Todo eso no ha cambiado, es más me atrevería a decir que si las inversiones siguen menguando y el foco se aleja de dichas temáticas muy probablemente se esté agravando. Es por tanto necesario estar informado de que son las radiaciones solares y de que "armas" disponemos para protegernos.

Es lógico y normal que queramos ir a la playa y tomar el sol. Las pieles morenas nos favorecen y nos hacen tener un aspecto más agradable.  Además el Sol es beneficioso en muchas cosas, favorece la activación de rutas metabólicas, nos permite adquirir vitaminas...

Es una exposición prolongada lo que es perjudicial. Y más concretamente una exposición prolongada a los rayos UVB.
Una quemadura se produce cuando al estar expuestos a una radiación prolongada de rayos UVB  se excede la capacidad de la Melanina de proteger la piel.

Hablamos de rayos UVB ya que este es el tipo de radiación más perjudicial. La radiación UVB penetra más adentro de nuestro organismo siendo un riesgo para nuestra salud. La radiación UVA, más conocida, es menos penetrante pero no por ello saludable. 

La radiación UVB es filtrada por la capa de ozono, por lo que su llegada hasta la superficie está atenuada. La degradación de la capa favorece que pueda llegar con mayor facilidad a nosotros por lo que es más necesario aplicar filtros solares.

Imagen 1.Radiación UVA y UVB

El resultado de la quemadura es el tono rojizo que se adquiere y que luego deja paso a un tono cobrizo, tan atractivo hoy en día.

¿Qué significa el número que viene en el envase? (15, 30, 50)

Imaginemos que tenemos un reloj con cronómetro. Ahora nos acostamos en la playa al mediodía y lo ponemos en marcha. Tranquilamente, nos ponemos a tomar el sol hasta que observemos que nuestra piel adquiere una tonalidad rojiza, es decir, nos hemos quemado.
En ese momento paramos el reloj. Ese es el tiempo que tardamos en quemarnos para esa intensidad de sol.
Bien, ahora cuando compremos un protector solar estamos en situación de conocer cómo puede actuar. El factor que viene indicado en el envase es el indicador.

Por ejemplo, si decidimos comprar un factor 15. El tiempo que estaremos protegidos aplicándolo no es más que (15 x tiempo que tardamos en quemarnos). Si nosotros calculamos que tardábamos 20 minutos que quemarnos, la crema nos protege, 15x20= 300 minutos. Pasado este tiempo deberemos aplicar más cantidad para evitar que nuestra piel se queme.

¿Pero exactamente qué función tiene un protector solar?

Un protector solar no es más que un filtro de rayos UV que aplicamos sobre nuestra piel. Está compuesto de moléculas orgánicas que absorben la radiación y evitan que penetren en nuestro organismo.
Existen dos tipos de protectores solares, los filtros físicos y los filtros químicos.

Los filtros físicos, actúan como una pantalla que no permite que la radiación solar penetre en nuestra piel. El dióxido de titanio puede actuar de esta manera.

Los filtros químicos, actúan absorbiendo la radiación y transformarla en otro tipo de energía que no resulta perjudicial para nuestro organismo. Este tipo de filtros son lo que se clasifican en factores, explicados anteriormente.

Además, posee agentes hidratantes que evitan que la piel se reseque debido al sol.

¿Entonces si me aplico un protector solar no me pondré moreno/a?

No es cierto, muchas veces no nos aplicamos protector o nos aplicamos protector de bajo factor ya que creemos que así nos pondremos morenos más rápidamente. Sinceramente, nos quemaremos más rápidamente pero no nos pondremos morenos.
Al aplicar una crema, estamos reduciendo drásticamente la capacidad de absorber rayos UV pero no totalmente. Una parte de ellos siguen pudiendo penetrar por lo que si nos pondremos morenos. Eso sí, de una forma más segura.