sábado, 14 de marzo de 2015

¿Cómo funciona un material impermeable?



El otro día, en el trabajo, el cielo hacía presagiar tormenta. El fuerte viento y las nubes negras anunciaban la inminente lluvia. Me puse el chubasquero y salí del laboratorio en dirección a una de las plantas productivas.

A mitad camino, efectivamente, se puso a llover. Me coloqué la capucha, oculté los documentos en el interior de la prenda y continué mi marcha. Mientras me dirigía a la nave, me fije en como las gotas, salpicaban mis gafas, mi cara y mi brazo. Cada gota que caía en el brazo resbalaba sin mojar la prenda. Y me pregunté...

¿Cómo funciona un material impermeable?

He de decir que lo primero que me llamó la atención al realizar una búsqueda en libros y webs es que, por lo menos yo, aunque pensemos que los chubasqueros se fabrican de un material impermeable. Lo cierto es que no es así en la mayoría de los casos sino que se trata de sustancias que se aplican sobre el tejido.

La funcionalidad de dichas sustancias es la de modificar la tensión superficial de los líquidos. Cuando hablamos de modificar la tensión superficial nos referimos a que el ángulo de contacto que se forma entre el sólido (chubasquero) y el líquido (agua de lluvia) aumenta hasta llegar a 90 grados.

De tal modo que cuando la prenda se humedece con la lluvia, el agua modifica su tensión superficial, resultando el ángulo de contacto entre la gota y la superficie sólida de 90 grados.

Figura 1. Sistema sólido-líquido. Tensión superficial

Cuando una gota penetra en el sólido, se moja en nuestro caso, el ángulo que forma la gota con el tejido es de 0 grados.
Por el contrario cuando se trata de un ángulo de 90 grados, el líquido prácticamente no tiene contacto por lo que "cae" sin penetrar en el sólido.

¿Qué tipo de materiales tienen esta propiedad de aumentar la tensión superficial?

Un ejemplo de sustancia/material que se adhiere a los tejidos para hacerlos impermeables es el PVC (policloruro de vinilo).
El PVC es un polímero, el monómero a partir del cual se forman las cadenas es el cloruro de vinilo,

Figura 2. Plicloruro de vinilo


Dicho polímero se presenta en dos formas, rígida y flexible. La que nos interesa es la flexible.
Su carácter flexible y resistencia le permiten actuar como recubrimiento de tejidos para su uso como  impermeable.

Además de como recubrimiento, el PVC, también se utiliza en los famosos ponchos que estamos acostumbrados a ver en los estadios de fútbol o en las atracciones acuáticas de los parques de atracciones,

Figura 3. Los ponchos sin lugar a dudas, una prenda de lo más elegante.
Por tanto, la tensión superficial es la responsable de que los materiales impermeables sean tan efectivos. Hay que añadir que los líquidos presentan diferentes valores de tensión superficial en función de su naturaleza química, por lo que es probable que un chubasquero que nos va tan bien con el agua no sea práctico cuando nos "mojamos" con otro líquido, como por ejemplo con el aceite. Si nos manchamos de un aceite comprobaremos que la gota no resbala con tanta facilidad y se queda el material impregnado. Esto es debido a que su tensión superficial es mucho más baja que la del agua y el chubasquero no es apropiado.

sábado, 28 de febrero de 2015

El hielo del mar, ¿Es dulce o salado?



Estamos acostumbrados a ver fotografías de los casquetes polares. En ellas se puede ver extensiones de hielo, glaciales y acantilados blancos que se desprenden cayendo al mar y generando pequeños icebergs.

Estas imágenes pueden suscitar una pregunta sencilla pero muy interesante. El hielo que se forma en el mar, es dulce o salado?

Lo primero que pensamos es que el agua del mar se congela debido a las bajas temperaturas de los casquetes. De modo que parece lógico afirmar que el hielo es salado.

Sin embargo no es así! El hielo de agua mar es dulce.

Cuando el agua del mar, que contiene sal (sólido cristalino), se congela esta lo hace por debajo del punto de eutexia
El punto de eutexia es aquel que para una temperatura y concentración concreta, determina la separación de un soluto del líquido.

En este caso al encontrarse por debajo se separa la sal del agua. De modo que el hielo resultante es dulce.

Si reproducimos este fenómeno de congelación en el laboratorio, comprobaríamos que conforme congelemos grandes cantidades de agua de mar, el proceso de formarse hielo dulce se repetiría hasta cierto punto. Al aumentar la concentración de sal en el agua (salada) se produce una mezcla eutéctica
Dicha mezcla eutéctica ya no admite más sal proveniente del hielo, por lo que el punto de fusión (descongelación) ya no puede bajar más. De este modo, si continuamos congelando, se empezarían a formar cristales de la mezcla de agua de mar congelada y sal.

Entonces, traslado una pregunta. Si el calentamiento global provoca el deshielo, según lo explicado, ¿Cómo puede afectar que el hielo sea dulce?

sábado, 3 de enero de 2015

Beatiful chemistry, una página web del arte de la química

Este fin de semana está haciendo un frío horroroso, así que me he quedado en casa y me he dedicado a leer las páginas webs, blogs y páginas personales de los/las autores que más me gustan.

Dando una vuelta por la siempre interesante Naukas me he topado con una página web que conjuga diseño, química y arte. Con un título muy claro "Beautiful chemistry". 

La página tiene como finalizad mostrar reacciones químicas al microscopio aceleradas, mostrando así toda la belleza del proceso. 
Reacciones de precipitación, cristalización, cambios de color mediante indicadores (sustancias que cambian de color en función de las condiciones del medio como el pH)... Son algunos ejemplos de los vídeos que podemos encontrar.

Pero además de algunas reacciones, también podemos encontrar estructuras cristalinas. Su perfección en la ordenación de los átomos y las disposiciones adoptadas por sus enlaces, hacen de ellas verdaderas obras de arte. Podemos encontrar desde la estructura de una zeolita, hasta los cristales de neodimio que forman parte de los imanes de los discos duros de nuestros ordenadores.

La página web nos permite, explorar los átomos que forman dichas estructuras cristalinas, añadiendo o eliminando capas. De modo que seremos capaces de comprobar la simetría de las redes cristalinas, viendo la disposición de los átomos en los diferentes huecos que la red dispone.

Os invito a que exploréis la página y que lo hagáis acompañados de los más pequeños. Ellos descubrirán, junto a vosotros la belleza que "oculta" a niveles atómicos la química.

Aprovecho el post para dejaros un video de Youtube con reacciones químicas,



Feliz año nuevo a todos y todas!

miércoles, 31 de diciembre de 2014

Un juego ingenioso, ChemMend



No me gustaría despedir el año sin recomendaros un juego divertido y sobretodo educativo. Un juego que propone aproximar, a los más pequeños, y mejorar, a los mayores, el mundo de la química.
Se trata del ChemMend! Este juego de cartas creado por dos compañeros de la Universitat Jaume I está basado en la mecánica del Uno

El juego se basa en la tabla periódica de los elementos. El grueso de las cartas son los elementos (90 cartas) y un reducido grupo son las llamadas cartas especiales (27 cartas) que tienen significado similar a las cartas especiales del Uno (cambio de sentido, cambio de color, coge dos cartas...).

El juego empieza con una carta en el centro, la cual será un elemento de la tabla o una carta especial. En caso de ser una carta especial, el jugador que empieza deberá cumplir lo que la carta simbolice.
En caso de ser una carta de elemento, el jugador que empieza sólo podrá tirar una carta elemento que corresponda al mismo grupo o período que la que hay encima de la mesa. 
Es decir, si la carta en la mesa es el Na (sodio) el jugador que empiece la partida podrá tirar una carta del mismo grupo (Li, K, Rb, Cs, Fr) o del mismo período (Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar). 
Las cartas especiales prevalecen, por lo que si el jugador tiene alguna puede tirarlas directamente y el jugador que le sigue deberá cumplirlo.

¿Y cuales son las cartas especiales? 
Existen 5 tipos de cartas. Coge 2 cartas (cuyo símbolo es el de 2 electrones). Coge 1 carta (cuyo símbolo es el de 1 electrón). Cambio de sentido (cuyo símbolo es un equilibrio químico). Calavera (salta el turno) y la carta de Mendeleiev la cual permite al jugador que la tira cambiar de elemento y escoger el que quiera.

¿Y quién empieza a jugar? 
Del mazo de cartas, cada jugador coge una carta. El que consiga la carta con el elemento de mayor número atómico, empieza. Le sigue el jugador de su derecha.

¿Quién gana?
Gana el primer jugador que se quede sin cartas.

El juego ha sido publicado por la prestigiosa revista Journal chemical education de la ACS (American chemical society). El motivo es que los autores del juego ha podido demostrar que los alumnos de secundaria que juegan al ChemMend mejoran sus resultados en los exámenes de química.

Sin lugar a dudas un éxito que conjuga diversión y aprendizaje en el mundo de la ciencia y más concretamente de la química.
Por mi parte un 10 a los compañeros y en especial a Vicente Martí Centelles que fue compañero mio de carrera y un excelente profesional y persona.

Os dejo el enlace a la publicación: http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ed300733w donde están las reglas, juego y tabla periódica como ayuda para los novatos/as.

Para los que no podéis tener acceso a las publicaciones porque no tenéis suscripción o no estáis vinculados a un centro bibliográfico (universidad, centros tecnológicos...) podéis encontrar el juego en .pdf buscando en google por "ChemMend".

Aprovecho este último post del año para desear a todos los/as lectores del blog un feliz año nuevo y que el 2015 venga con el cumplimiento de todos vuestros propósitos.

Un abrazo!





sábado, 13 de septiembre de 2014

La química de las legumbres y el bicarbonato


Este fin de semana hemos estado hablando sobre trucos de la "abuela" en la cocina. Hay que decir,antes de todo, que si nuestra gastronomía es rica en platos y sabores, lo es también en cuanto a pequeños trucos para su mejora.

De todos los trucos que me citaron, uno de los que me llamó más la atención fue el de las legumbres y el bicarbonato.
Concretamente... "cuando ponemos a remojo las legumbres para que estas se ablanden, se recomienda añadir una pizca de bicarbonato sódico. De este modo, cuando se cuezan, evitaremos que se queden duras por dentro."

Vaya, vaya! Rápidamente me preguntaba cual era el fundamento químico de ese proceso, que permitía a las legumbres ablandarse con más facilidad cuando eran cocidas. Así que, tras una reflexión me dispongo a dar una posible explicación química del truco de la "abuela".

En primer lugar analicemos el proceso en su conjunto. Estamos hablando de una cazuela con agua corriente del grifo, fuego y legumbres.
Existen por tanto 4 variables (cazuela, agua, legumbres y fuego). Pensando en el bicarbonato rápidamente descarto como variables problema la cazuela y el fuego, puesto que estas dos no parecen tener una relación directa con el proceso químico. Al fin y al cabo, el bicarbonato no está en "contacto" para reaccionar con ellos.
El fuego simplemente nos sirve como catalizador, cuanto mayor sea la llama, más rápido cocerá. Poco más se me ocurre.
Podríamos pensar que el bicarbonato es necesario para modificar la superficie de la cazuela, pero en ese caso, se utilizaría independientemente de lo que estemos cocinando. Y no es el caso. Hay una relación directa entre legumbres y bicarbonato.

Por tanto nos quedan 2 variables (legumbres y agua). Dejando de lado por un momento las legumbres, pienso en el agua y ya me voy haciendo una idea.
Una de las principales características del agua de nuestra zona (Castellón) es la dureza de la misma, como ya vimos en un post anterior.
Cuando hablamos de dureza nos referimos (en líneas generales) a la presencia de Calcio y Magnesio en forma de óxidos.
El calcio puede precipitar en forma de carbonato cálcico si al medio (la cazuela con agua) añadimos bicarbonato sódico.
Figura 1. conjunto de reacciones para la precipitación del Calcio.

Ya tenemos claro que el bicarbonato se usa para eliminar el calcio del agua, pero exactamente para que queremos eliminar el calcio y que relación tiene con las legumbres?
Aquí he de confesar que me pierdo un poco, por lo que decidí realizar una búsqueda bibliográfica...

El resultado de dicha búsqueda fue muy interesante. El calcio presente en el agua, y en mayor medida en las aguas duras, reacciona con la Pectina de las legumbres formando pectatos.
La Pectina son heteropolisacáridos (azúcares) que constituyen las paredes de las células vegetales.
La Pectina es responsable de controlar la porosidad de la pared celular.
De modo que la formación de pectatos provoca que las legumbres se endurezcan. Eliminando el calcio con ayuda del bicarbonato, interrumpimos la formación de pectatos.

Así pues ya sabéis que los pectatos son responsables de la dureza de las legumbres y estos se producen por reacción con el calcio del medio. En aguas duras al existir mayor concentración de calcio es necesario eliminarlo y una buena manera es mediante el (bi)carbonato sódico.

Os animo a que preguntéis a vuestras abuelas u otros familiares sobre pequeños trucos para la cocina y me los comentéis! a ver si somos capaces de encontrar respuesta desde un punto de vista fisico-químico.

Fuentes:
- http://filtrosyequipos.com/GUEST/sanitaria/calsodaash8.pdf
- http://www.gastronomia.uji.es/Gastronomia/Nutricion/Entradas/2009/10/7_Como_cocer_legumbres.html




jueves, 7 de agosto de 2014

La química de la piscina



Este fin de semana hemos estado limpiando la piscina. Tras quitar las lonas y cuerdas y limpiar el agua de pequeños insectos que había en la superficie hemos añadido algunos productos químicos para mejorar y mantener limpia el agua.

He pensado que podría ser interesante explicar porque al agua añadimos pastillas de cloro, modificadores de pH, etc...

El producto más popular o que más conocemos a la hora de hablar de piscinas es el cloro. El formato a la hora de añadirlo al agua es diverso desde un líquido a sólido. Aunque el uso más general es en forma de pastillas que se van disolviendo poco a poco.
El cloro que solemos utilizar no es especificamente cloro sino hipoclorito. Y más concretamente la sal de hipoclorito sódico (NaClO). Cuando disolvemos la pastilla lo que ocurre es que la sal se separa en el ión sodio y en el susodicho hipoclorito. Dejando un rastro de olor característico.

NaClO-------> Na+ + ClO-

Este ión se transforma en ácido hipocloroso y libera al medio iones OH-. El ácido reacciona con las bacterias del agua y estas mueren.

ClO- +H2O (agua piscina) ---------->  HClO (ácido) + OH-

Como decía, la formación del ácido tiene como resultado que se formen iones OH-  que provoca que el pH se vea incrementando.
Este incremento de pH, hasta valores de 8, son valores superiores a los de nuestra piel, que es ligeramente ácida presentando valores de 5-6. Por lo que nuestro cuerpo puede resentirse. Cómo? en forma de resequedad de piel, escozor de ojos, etc... Os suena de algo?

Otro producto químico utilizado es el alguicida. Un alguicida tiene como finalidad acabar con esa capa de color verde, amarillo o negro que se forma en la superficie del agua.
Existen diferentes tipos de alguicidas en función a su manera de actuar.

Algunos alguicidas tienen como principio activo la plata. Los iones de plata son buenos agentes antibacterianos ya que inhiben la respiración de las bacterias de modo que están no pueden metabolizar (alimentarse) y mueren.
Otros alguicidas son surfactantes. Para explicar que es un surfactante planteemos un ejemplo.
Imaginemos un alga como una hoja de un arbol. Si nos fijamos en su superficie (cutícula foliar) nos daremos cuenta que poseen una ligera capa impermeable protectora, esta capa es facilmente identificable si dejamos caer agua por su superficie, el líquido en forma de gota resbala por la superfície como una bola de bolos se desliza por la pista. 
 El surfactante actúa adheriéndose a la superficie del alga, de modo que reduce la tensión superficial. Al modificarla, permite que el producto (cloro) penetre con mayor facilidad en el interior de las algas, provocando el efecto anteriormente descrito.

Por último hablaremos de los floculantes. Productos que tienen como finalidad transformar en filtrables aquellas partículas que debido a su naturaleza no lo son.
Existen partículas de tipo coloidal (inferiores a 1 micra), disueltas, etc...que por si solas no se pueden separar del agua de la piscina.
Mediante un agente floculante lo que provocamos es que las partículas se agreguen y formen floculos. O partículas de mayor tamaño que a la larga sedimenten (se depositen en el fondo de la piscina). Estas partículas las podemos filtrar o separar y por tanto eliminar del agua de la piscina.

Por último tendríamos un regulador de pH. El pH es una medida de la acidez/alcalinidad. Es un indicador de la concentración de iones H+ que hay en el medio.
En caso de que haya muchos iones H+ la acidez aumenta y por tanto el medidor de pH dará valores bajos. Por el contrario, si la concentración de H+ disminuye el medidor de pH dará valores altos y la alcalinidad aumentará. Existe un punto neutro donde la acidez y alcalinidad se encuentran en equilibrio. En ese punto el medidor de pH marca 7.
Como curiosidad comentar que hace tiempo había un anuncio de gel en la televisión que decía "Gel de pH neutro 5,5" Esto era falso. Si el gel fuese neutro tendría un valor de pH de 7 ya que la escala va de 1 a 14. El anuncio era puro marketing ya que "no vende" decir que nuestra piel es ligeramente ácida (5,5) porque asociamos lo ácido a corrosión.


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!!!