Archivo por meses: marzo 2017

Máquinas moleculares

Viaje alucinante es una película de los años 60, cuyo guion fue novelizado por Isaac Asimov (y no al revés, como suele ser habitual en el cine). La película, y la novela, tratan de un grupo de técnicos y médicos, miniaturizados junto con un pequeño submarino, para ser introducidos en el torrente sanguíneo de un tránsfuga de la antigua URSS que tiene una importante información y que está en coma. Sin avanzar mucho, el final tiene una interesante y morbosa paradoja.

A principio de los 2000, otro gran novelista de ciencia ficción, Michael Crichton (autor, entre otras cosas, de Parque Jurásico) escribió otra novela, Presa, en la que una empresa de nanotecnología había diseñado nanobots supuestamente también para un uso médico, aunque su uso final era militar. Estos nanobots son capaces de tomar energía de la luz solar e, incluso, replicarse. Sin avanzar mucho, la cosa no parece que vaya a acabar muy bien.

Y hay más ejemplos de que lo de miniaturizar máquinas puede llegar a ser útil (sin meternos mucho si para bien, o para mal) en nuestro futuro. Pero para llegar a ese futuro, tiene que haber un presente en el que comience esa tecnología. ¡Seguro que los hermanos Wright no pensaban en vuelos transcontinentales cuando hicieron su primer vuelo en su “avión” de papel y madera!

En octubre de 2016, se otorgó el Premio Nobel de Química a los pioneros en el diseño de entidades moleculares de tamaño nanoscópico que son el embrión de esas futuras máquinas nanobot. Los Profesores Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stodart y Bernard L. Feringa recibieron el premio “for the design and synthesis of molecular machines”. Es decir, por dar esos primeros pasos en el diseño y síntesis de máquinas moleculares.

El grupo de Sauvage ha diseñado sistemas basados en moléculas circulares, enganchadas entre ellas como eslabones de cadenas, con la posibilidad de que una gire con respecto a la otra. Por su lado, el escocés, afincado en los EEUU, Stodart ha diseñado moléculas alargadas que alojan otra circular que puede moverse de un lado a otro, o girar con respecto al eje que forma la primera. Por último, el grupo de Feringa, ha diseñado el primer motor molecular, moléculas que giran por efecto de la luz o del calor.

El siguiente paso es el diseño de sistemas móviles eficaces, que puedan transportar fármacos o proteínas hacia las células. Para empezar, de nuevo, algunos grupos, como el de Feringa, se han volcado en el diseño y síntesis de nanocars, pequeños coches moleculares, que pueden moverse sobre una superficie, ayudados por impulsos eléctricos o luminosos.

Nanocar

En su disertación del Premio Nobel, Feringa explica con detalle la situación de esta tecnología.

https://youtu.be/4V6Vp2uVQxM

Tanto es el interés que, en abril de 2017, tendrá lugar en Toulouse la NANOCAR RACE,  una carrera de nanocars que se podrá seguir en directo en el canal de Youtube del CNRS francés.

Como ya pronosticaba hace años otro visionario, esta vez uno de los científicos más brillantes de todos los tiempos (y protagonista de pizarras y comentarios de Sheldon Cooper en The Big Bang Theory), el Premio Nobel de Física Richard Feynman: “There’s Plenty of Room at the Bottom”

https://youtu.be/4eRCygdW–c

La Piedra Filosofal

La Piedra Filosofal era el objetivo principal de la Alquimia, la pseudociencia anterior al desarrollo de la Química como Ciencia. Esta sustancia sería capaz de rejuvenecer e incluso conceder la inmortalidad al que la poseyera, pero su aplicación principal sería transformar cualquier metal de poco valor, como el plomo, en plata u oro. Durante años, los alquimistas engañaron a ricos y poderosos para que financiaran sus estudios con el pretexto de encontrar la Piedra Filosofal que, evidentemente, no se encontró nunca. En la actualidad, y gracias a aceleradores de partículas es posible transmutar átomos de plomo en átomos de oro, pero a un precio desorbitado.

Hay una experiencia de laboratorio en la que se realiza otro engaño para pequeños muggles incautos y que está basada en reacciones químicas sencillas, en la que se transforma una moneda de cinco céntimos de euro, que están hechas de acero recubierto de una fina capa de cobre, en monedas que parecen de plata u oro.

En primer lugar, se disponen las monedas en una cápsula de porcelana y se añaden unos mililitros de disolución de ácido clorhídrico 1 M para eliminar la capa de óxido de cobre que recubre a las monedas usadas. Una vez limpias, se lavan con agua y se reservan. Por otro lado, se pesan  8 g de NaOH en lentejas y se disuelven en  unos 100 ml de agua. Cuando se haya disuelto el hidróxido de sodio, se añaden unos 5 g de cinc metálico, en forma de granalla, pequeños trocitos, unos 5 g de sulfato de cinc y se calienta. Se están producido las siguientes reacciones:

          Zn(s) + 2 NaOH(ac) –>Na2ZnO2(ac) + H2(g)

ZnSO4(ac) + 4 NaOH(ac) –> Na2ZnO2(ac) + Na2SO4(ac) +2H2O

En la primera reacción, parte del Zn metálico, en estado de oxidación 0, se ha oxidado a cincato, en estado de oxidación 2, mientras que el hidrógeno del hidróxido, en estado de oxidación 1, se ha reducido a hidrógeno elemental, en estado de oxidación 0. En la segunda reacción, el Zn2+ proveniente del sulfato también es transformado en cincato mediante una reacción ácido-base.

Se sumergen las monedas en esta disolución y se calientan durante unos minutos. Se observa como las monedas adquieren un color plateado. Esto se debe a la reducción del cincato sobre el cobre, que actúa de cátodo, transfiriendo los electrones que provienen de la oxidación del cinc restante, que actúa como ánodo:

Reducción (cátodo de Cu (moneda)):

ZnO22- + 2 H2O + 2e– –> Zn + 4 OH–

Oxidación (ánodo de Zn (granalla)):

Zn + 4 OH– – 2e– –> ZnO22- + 2H2O

El resultado es el depósito de átomos de cinc sobre la superficie de la moneda, dando el aspecto plateado.

Se lavan las monedas con agua y se calientan hasta ver la aparición de una tonalidad dorada. En este caso, se produce un movimiento de átomos de cinc hacia la capa de átomos de cobre para formar una aleación dorada: el latón. Y así tendremos nuestras falsas monedas de oro.

«Sabes, solo alguien que quisiera encontrar la Piedra, encontrarla, pero no utilizarla, sería capaz de conseguirla. De otra forma, se verían haciendo oro o bebiendo el Elixir de la Vida»—Albus Dumbledore