Beautiful Chemistry

La Química también es belleza. En la página BeatifulChemistry.net, se pueden encontrar preciosos videos donde apreciar que, además de ser la Ciencia Central, la Química nos puede transmitir belleza. Como ejemplo, en este video se hace reaccionar cinc metal con disoluciones de nitrato de plata (AgNO3), sulfato de cobre(CuSO4), y nitrato de plomo (Pb(NO3)2), observándose la formación de plata, cobre o plomo metálicos con bellas estructuras.

 

 

NEGISHI

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En noviembre de 2015, en la preciosa Universidad de Alcalá, tuve la oportunidad de conocer en persona a Ei-ichi Negishi, Premio Nobel de Química en 2010, y autor de la reacción del mismo nombre que permite la formación de enlaces C-C mediante acoplamiento cruzado catalizado por paladio. Negishi recibió el premio Nobel, junto con Heck (recientemente fallecido) y Suzuki, por haber desarrollado diferentes, aunque similares, procesos catalizados para la formación de esos enlaces C-C, con grandes repercusiones en procesos de síntesis orgánica, incluyendo síntesis totales, a partir de los cuales se fabrican múltiples compuestos, desde fármacos a nuevos materiales.

En esta reacción, un alquilderivado de cinc reacciona con un haluro de alquilo, para formar un nuevo enlace carbono-carbono, en concreto biarilos asimétricos, todo ello catalizado por complejos de paladio (0):

RZnX + R’X –> R-R’ + ZnX2

El proceso sigue el siguiente mecanismo: a partir de un complejo de paladio (0) se produce una adición oxidante del haluro de alquilo (u otro precursor similar), para dar un complejo de paladio (II). El alquilo de cinc produce una transmetalación que genera dos grupos alquilo sobre el paladio. Estos dos grupos alquilo se eliminan acoplándose y produciendo una reducción del metal, lo que regenera el catalizador.

[Fuente: http://www.organic-chemistry.org]

En el siguiente video, podéis encontrar mucha más información sobre este genio de la Química, como un ejemplo de dedicación a la investigación.

https://youtu.be/u3ISoAxAY4U

 

Niobio y Tántalo. La guerra del coltán.

Recientemente, se ha expuesto a la luz pública un término relacionado con los metales de transición niobio y tántalo: el coltán.

Este término es la forma coloquial de denominar a la columbita/tantalita, un mineral cuya fórmula aproximada es [(Fe,Mn)M2O6], que contiene niobio y/o tántalo (o tantalio)

coltan1

Para mucha gente, esos elementos no representan más que otros nombres raros en la Tabla Periódica. Pero están más cerca de lo que parece. En realidad, este mineral es esencial para la fabricación de la mayor parte de los aparatos y gadgets tecnológicos que usamos, desde teléfonos móviles, a televisores, pasando por la industria aeroespacial.

Aunque el niobio tiene gran utilidad para fabricar imanes muy potentes, y el tántalo es usado para fabricar aleaciones muy resistentes al ataque por ácidos, por ejemplo, en reactores y depósitos, la principal utilidad que ha llevado a la denominada guerra del coltán, es su uso como capacitores muy eficaces, para formar parte de esos sistemas electrónicos. Es decir, son capaces, en su forma de óxido normalmente, de acumular carga eléctrica de manera muy eficaz, y liberarla cuando se necesita, en un circuito integrado.

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Los principales productores mundiales son Australia, Brasil, Canadá y algunos países africanos, como Nigeria, o la República Popular del Congo, que aparecía en el reportaje mencionado. Su extracción en países  del centro de África ha dado lugar a graves conflictos bélicos para conseguir el control de este material, llevando a niveles de explotación de la población que rozan la esclavitud, además del daño al entorno natural, incluyendo la afectación de especies protegidas.

Los metales de la primera serie

Los elementos de la primera serie de transición son metales muy utilizados en diversas aplicaciones. Aunque la principal es formar diferentes aleaciones con el hierro, tanto los metales, como alguno de sus compuestos forman parte de baterías, medicamentos o material de joyería.

En el siguiente video, realizado a partir de las presentaciones de los alumnos de Química Inorgánica 2, del curso 2014-2015, se pueden ver las características generales, algo de la historia de su obtención y las aplicaciones que a estos alumnos les resultaron llamativas, para trasladar a sus compañeros. Espero que disfrutéis con el video.

 

 

 

Los elementos y sus aplicaciones

Puede llamar la atención que, de los 118 elementos conocidos, hayamos sabido encontrar aplicaciones a la mayoría de ellos.

TABLAUSOS

Existen infinidad de referencias para conocer esas aplicaciones. En la página web de la Royal Society of Chemistry, existe una página dedicada a una Tabla Periódica interactiva, con muchísima información sobre los elementos, no solo de sus aplicaciones, sino también de sus propiedades o su obtención.

En otro sitio web, una preciosa Tabla, basada en las fotografías de Theodore Gray en su libro Los Elementos, nos permite tener una visión realista y bella de muestras de los elementos químicos.

En Google podemos encontrar más información de la que esperamos. En su página de investigación, podemos encontrar una Tabla que nos indica la importancia de los elementos por sus menciones en libros, además de otros datos útiles.

Pero si hay un sitio web donde podemos aprender mucho sobre aplicaciones de los elementos y sus derivados, además de muchas otras cosas muy interesantes sobre Química, es Compound Interest, con un nombre con juego de palabras en inglés. Es una página web donde se presenta de una manera muy visual, con unas presentaciones de diseño atractivo y moderno, diversos aspectos de la Química relacionados con la vida cotidiana, desde venenos a aromas. Incluye, además, una sección de noticias semanales sobre Química.

 

 

 

 

 

 

 

El volcán de cromo

Una de las reacciones más espectaculares y vistosas, con gran éxito en YouTube, es la que se produce cuando se forma el “volcán del dicromato”.

En este experimento, se produce una reacción redox, en la que el reductor y el oxidante forman parte del mismo compuesto.

El sólido naranja es dicromato de amonio, (NH4)2Cr2O7, que presenta un anión de cromo en estado de oxidación 6. Este estado es muy inestable frente a la reducción, es decir, es una especie muy oxidante, capaz de oxidar al catión amonio a nitrógeno, reduciéndose a óxido de cromo 3 (Cr2O3), que es el sólido verdoso que se forma. Como la reacción transcurre con liberación de N2 y con producción de agua, además de ser bastante exotérmica, el resultado es el aspecto de un pequeño volcán que va expulsando “lava” verde, esponjosa debido a los gases, junto con pequeñas partículas ionizadas por el calor, con el aspecto de las proyecciones incandescentes de un volcán.

(NH4)2Cr2O7(s) -> Cr2O3(s) + N2(g) + H2O(g) + ΔH

Al parecer, durante la descomposición del dicromato, se forma el óxido de cromo 6, CrO3, sustancia muy volátil. Las especies de cromo 6, conocido en el lenguaje coloquial como cromo hexavalente, son altamente tóxicas, provocando desde irritaciones de la piel, alteraciones de diversos órganos e, incluso, el cáncer. Los efectos nocivos del cromo 6 han llegado a la cultura popular a través de la película Erin Brockovich, protagonizada por Julia Roberts, en la que se representa la lucha de una activista americana real que denunció y ganó a una gran empresa que contaminaba las aguas de su zona con disoluciones de cromo hexavalente.

 

Los colores del Vanadio

El vanadio es un elemento de transición que nos toca un poco de cerca. Es uno de los tres elementos conocidos que fue descubierto por un español. O por un mexicano, para no molestar al otro lado del charco. Andrés Manuel del Río (Madrid, 1764) fue un prestigioso mineralogista que realizó buena parte de su trabajo en México, donde acabó residiendo y siendo un miembro activo de la sociedad civil y cultural de este país tras su independencia.
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Hacia 1800, trabajó con un mineral, que ahora conocemos como vanadinita, del que obtuvo una serie de compuestos de lo que el pensó que era un nuevo elemento químico. Lo variado de los colores de estos compuestos en disolución, le llevó a proponer el nombre de pancromio (del griego, varios colores). La facilidad con la que algunos de estos compuestos llevaban a otro de color rojizo, que probablemente era el óxido de vanadio (V), V2O5, le hizo dudar con el nombre, optando por eritronio (del griego, rojo).
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Envió sus muestras y pruebas al químico y mineralogista francés Collet-Descotils, que rechazó la posibilidad de un nuevo elemento, criticando que se trataba de cromo, descubierto pocos años antes por Vauquelin, su maestro.
Treinta años después, Sëfstrom, un químico de la importante escuela sueca de química, aisló los mismos compuestos a partir de minerales de hierro. La belleza que le transmitían los colores encontrados le llevó a proponer el nombre de vanadio, en honor a Vanadis, la diosa escandinava de la belleza.
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En disolución acuosa ácida, es posible observar los iones correspondientes a los estados de oxidación 5, (VO2)+, de color amarillo; 4, (VO)2+ , de color azul; 3 (como acuocomplejo de vanadio III), verde; y 2 (como acuocomplejo de vanadio II), de color violeta.
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Linus Pauling

El pasado día 28 de febrero se conmemoraba el aniversario del nacimiento de Linus Pauling, uno de los químicos más influyentes de todos los tiempos. A partir de una educación en Ingeniería Química, dirigió su investigación, y su vida, al estudio del enlace entre los átomos. Tras realizar su doctorado en el CalTech, en Química Física, consiguió una beca Guggenheim para viajar a Europa, donde se encontró con algunos de los físicos que estaban estableciendo las bases de la teoría atómica y el enlace químico, como Böhr, Sommerfeld o Schrödinger. A partir de ese contacto con la química cuántica, y utilizando sus conocimientos sobre la determinación de las estructuras cristalinas, mediante difracción de rayos X, comenzó a proponer sus teorías sobre el enlace quimico. El resultado de ese trabajo se recoge en uno de los libros más importantes sobre Química jamás escrito “The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals“, que aparece como la referencia más citada de la literatura científica.IMG_38960115473298

En el libro se recogen conceptos tan conocidos por los estudiantes actuales como la resonancia o la hibridación, como bases para explicar el enlace covalente. Además, Pauling define el concepto de electronegatividad para explicar la tendencia a atraer los electrones del enlace por parte de uno de los átomos que lo forman. Con eso, se explica el continuo entre el enlace covalente y el enlace iónico, como extremo de esa polarización de los electrones.
A partir de esas teorías sobre el enlace químico y la estructura de las moléculas, se adentró en la biología molecular y la bioquímica. Su descubrimiento de la estructura de las proteínas, la alfa-hélice, junto con el descubrimiento de la doble hélice del ADN por Watson y Crick (y que él estuvo a punto de proponer previamente), suponen el comienzo de la biología molecular y la genética.
Todos estos estudios, y su influencia en el desarrollo de la Química, le valieron, en 1954, el Premio Nobel de Química.
Además, es la única persona que tiene dos Premios Nobel a título individual. El segundo fue el Premio Nobel de la Paz, en 1962, por su activismo político en contra del desarrollo de las armas nucleares y de cualquier guerra en general, activismo que influyó en su carrera profesional y personal.
Como curiosidad, rechazó dirigir la sección de química del Proyecto Manhattan para fabricar la primera bomba atómica, no solo por su pacifismo, sino también por las insinuaciones de Oppenheimer, director del proyecto, a su mujer, Ava Hellen.
Finalmente, Pauling también es conocido por su controvertida defensa de la ingesta en grandes cantidades de vitamina C para evitar múltiples enfermedades, sobre todo las de tipo vascular, e incluso el cáncer.
Más allá de estas anécdotas, siempre nos quedarán sus palabras sobre la Química como profesión, desde alguien que dedicó su vida a esta bella ciencia nuestra:

“Toda persona que elige la Química como profesión, no con ello establece un límite reducido a las actividades de su vida. Todavía se le abren muchos caminos: puede convertirse en un profesor y, al mismo tiempo, trabajar en el descubrimiento de algo nuevo, para aportar un conocimiento más profundo de la Ciencia; puede ser investigador, trabajando con sustancias inorgánicas u orgánicas, con metales o con drogas; puede ayudar a controlar los grandes procesos industriales y desarrollar otros nuevos; puede colaborar con investigadores médicos en el estudio de la enfermedad. Aun cuando elija otra profesión distinta a la Química, puede encontrar aplicación de sus conocimientos químicos, no sólo en su trabajo cotidiano, sino también en la superación de problemas inesperados”.

La catálisis y su importancia

Que la catálisis es una de las ramas más importante de la tecnología, como aplicación de la ciencia, es algo indiscutible.

Me gustaría dejaros un enlace a un pequeño video en el os cuento qué es esto de la catálisis y presento algunas aplicaciones, muy relacionadas con nuestra vida cotidiana. La calidad no es maravillosa, pero es mi primera vez (en esto de los videos).