La química és divertida!

Hi ha voltes que no cal simplement llegir i llegir manuals de química per comprendre les reaccions químiques derivades de la interacció d'elements. Hi ha voltes un senzill i divertit vídeo ens pot ajudar també!

Gràcies a Elena per publicar-lo al seu facebook!

Daniel Shechtman, premi Nobel de química 2011.

Aquest mes es va fer públic el premi nobel de química i va ser per al químic Daniel Shechtman pels seus estudis i descobriment dels quasicristalls.

Què són els quasicristalls?

Per a explicar que són els quasicristalls cal citar en primer lloc que són els cristalls. Nosaltres emprem erròniament la definició de cristall. Parlem de cristall quan ens referim a les botelles, finestres..es a dir, el material transparent silicat. Doncs bé, no és exactament un cristall, això s’anomena vidre.

Un vidre és un material silicat (base de silici) amorf, sense estructura. I anem més enllà un vidre és un líquid! Hi ha estudis que demostren que els rosetons de les catedrals tenen una major densitat i grossor a la seva base degut a que el vidre colorejat “corre” cap avall.

Un cristall per altre costat es un sòlid amb una estructura periòdica definida i per tant en aquest cas si és un sòlid. La estructura pot ser de àtoms, ions o molècules.

La seva formació és deguda a la cristal·lització de gasos a altes pressions en les parets interiors de les cavitats rocoses de les anomenades Geodes. La qualitat, tamany, color i forma depèn tant de la pressió i composició de gasos, de la temperatura, etc...

Per tant, un cristall està format per la unió de partícules disposades de forma regular seguint un esquema determinat que es reprodueix, en forma i orientació, en tot el cristall i que crea una xarxa tridimensional. En funció del tipus de unió i de la disposició tenim diferents tipus de cristalls.

En el cas dels quasicristalls podríem dir que tenim un material intermig entre els anteriors, es a dir, es tracta de materials amb semi-periodicitat. No es poden construir per la repetició de la xarxa. A diferència d’un vidre si es troben organitzats i per tant no podem dir que siguen amorfs.

Figura 1. Diferents xarxes a la estructura del quasicristall.

On podem trobar els quasicristalls?

En la majoria d'aleacions d'Alumini (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co...) i també d'altres elements químics (Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc...)

Quines propietats presenta un quasicristall?

Els quasicristalls no són bons conductors elèctrics. Són materials molt durs i resistents. Per tant són bons materials antiadherents per a paelles a diferència del Tefló si emprem un metall (ganivet) no ratllarem la superfície sinó que serà precisament el ganivet el que sofrirà l'acció de la duresa del quasicristall.

També pot tindre un bon ús per a acers amb aplicació per a la pell, com les maquinetes d'afaitar o material quirúrgic ja que si afegim partícules quasicristal.lines evitarem que el material puga sofrir deformacions derivades de la dislocació (defecte comú als materials metàl•lics). Aquestes partícules eviten la dislocació.

Duresa de l'aigua i el sabó

Seguint amb explicacions per a les nostres rutines diàries avui m'agradaria parlar d'un comentari generalitzat.

Moltes voltes que viatgem a d'altres regions d'Espanya escoltem el comentari de "Quan et rentes el pèl es queda més llis, la pell la tinc menys resseca, amb la meitat de sabó et pots rentar tot el cos..."

Aquestes apreciacions són certes i estan relacionades amb un factor comú, la duresa de l'aigua de les nostres terres.

L'aigua, principalment provinent de pous, manantials i pantans conté en dissolució quantitats importants de matèria en dissolució. Pot trobar-se en forma de matèria orgànica, sals, cations metal.lics (metalls en forma lliure ex. Sodi), etc...

A la nostra terra, l'aigua presenta com a característica comú una elevada concentració de sals de calci i magnesi principalment degut a la composició de la terra.

Figura 1. Mapa de la duresa de l'aigua.

Aquesta concentració no és bona aliada ni per als electrodomèstics i canonades ni la nostra roba i pell. En el primer grup, els electrodomèstics i canonades sofreixen el que anomenem calç ( CaOH i CaO) aquest precipitat de color blanc s’adhereix a la superfície de les canonades provocant l’obstrucció amb el pas del temps.

Una solució aplicada fou la substitució de canonades de coure per les de PVC però el fet de tindre aigua calenta provoca la necessitat de canonades de coure i per tant no és la solució definitiva.

Al cas de la pell, la irritació i la pèrdua de suavitat en el pèl és deguda també a la calç. I en el cas de la roba és la inclusió del precipitat blanc en la xarxa del teixit.

Una volta tenim detectat el problema la qüestió és. perquè cal emprar una major quantitat de sabó quan  ens rentem?

Una explicació senzilla la trobem a la química. L'aigua dura, així l’anomenem quan conté cations de Calci i Magnesi, quan es mescla amb el sabó (que és el resultat d'una base com l'hidròxid sòdic i un àcid gras), dona com a resultat la insolubilitat del sabó ja que al reaccionar aquest amb l'aigua ens dona com a producte sabó de Calci o sabó de Magnesi que és insoluble en aigua tal i com mostra la següent reacció:

C₁₇H₃₅COONa + CaCl₂ ---------> (C₁₇H₃₅COO)₂Ca + 2NaCl

Amb aigua dura cal una major quantitat de sabó ja que una gran part s'empra en la formació de sals insolubles. No es produirà bromera fins que totes les sals de Ca i Mg s’hagin consumit produint una substància insoluble, la qual, a més del seu mal aspecte s’uneix la seva acció deteriorant de les teles, ja que aquest material dur queda dipositat entre els intersticis dels teixits. 

Cal indicar també que les sals de Magnesi i Calci són les responsables de la sensació de picor i la mancança de "suavitat" del nostre pèl.

Per tant, com podem eliminar la calç de l'aigua?

Hi ha tres mètodes per poder eliminar l'aigua dura o com també és coneguda, ablenar l'aigua:

1) Intercanvi iònic

2) Complexos estables

3) Precipitació

Però d'aquestos tres mètodes el més emprat és el primer:

Intercanvi iónic.

L' intercanvi iònic és una tècnica que permet intercanviar ions entre un líquid i un sòlid (el sòlid és l'intercanviador). El sòlid pot ser una resina i es de dos tipus: catiònica i/o aniònica. Per a aquest cas calen resines catiòniques que són les responsables de l'intercanvi amb ions positius com el Ca2+ i el Mg2+. Aquestos dos cations quedaran retinguts en la resina.

La resina es troba saturada en un altre catió que es bescanviarà. El ió en qüestió és el Na+ que es soluble en aigua.

La següent fórmula resumeix el procés:

Aigua dura + Resina (sat. en Na+) ----------------> Aigua blana (Na+) + Resina (Mg2+, Ca2+).

A més de les resines també podem fer ús d'altres sòlids com ara les zeolites. Sòlids de naturalesa silica-alúmina amb porus per on pot penetrar el catió i intercanviar-se amb altres cations solubles. Aquestes zeolites es troben als detergents mentre que les resines poden emprar-se en els cartutxos dels filtres que es col·loquen a les canonades de les cases o les jarres d'aigua. Ojo! Aquells anuncis que parlen de que els sistemes anti-calç no calen d’un manteniment, no estan en lo cert, les resines es saturen amb el pas del temps i cal retirar-les i substituir-les per unes noves. Per tant, si hi ha un cost de manteniment amb el pas del temps.

Així doncs podem concloure que la nostra aigua conté cations magnesi i calci que provoquen una sèrie de sals insolubles que poden danyar els nostres teixits i que a més apreciem degut a que hi ha menor formació de bromera.

Cal indicar a més que aquestes sals de calci i magnesi provoquen picor en la pell i mancança de suavitat en el pèl.

Una possible tècnica per a la eliminació de la duresa és la utilització de resines d'intercanvi iònic de sodi i/o zeolites. Les primeres és col·loquen als sistemes de conducció d'aigua de les cases i les segones es troben com un element més dels detergents.