Exposición "Entre moléculas"

Estos días tenemos en nuestro instituto la exposición “Entre moléculas. Año Internacional de la Química 2011. CSIC”.

Se trata de una exposición itinerante,  que consta de 22 paneles, a través de los cuales se ofrece una visión amena, divulgativa y didáctica de la química. La muestra está dirigida a jóvenes estudiantes de los distintos ciclos educativos de secundaria, aunque también puede ser de interés para población general adulta. 

El contenido de la exposición, comisariada por Bernardo Herradón, ofrece un primer panorama general de la química y su papel central en la ciencia, seguida de un repaso breve de las principales aportaciones realizadas a lo largo de la historia. En un tercer bloque, se adentra en la química en relación con grandes campos como el medio ambiente, la salud, la energía y la alimentación, poniéndolos en relación con la investigación desarrollada en los laboratorios españoles. Como material de apoyo a los contenidos de la exposición se dispone también de una serie de unidades didácticas que permiten  la profundización en alguno de los temas que se tratan.

Esta exposición está a disposición tanto de centros de enseñanza como de organismos o instituciones oficiales. Existen dos copias en formato impreso (se ofrecen embaladas en cajas con ruedas), o bien a través de su descarga gratuita on-line. El CSIC facilita la información detallada,  tanto del contenido de la exposición como de su solicitud o descarga, a través de la página http://www.quimica2011.es/

A continuación os mostramos algunas fotografías de la exposición en nuestro centro:

 Visitándola algunos de los alumnos:

 

Y, por último, una composición:



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Entrevista a Bernardo Herradón.

Aprovechando la ocasión que se nos brindó durante la estancia de Bernardo Herradón en nuestro instituto, tres alumnos de 1º de Bachillerato, de la modalidad de Ciencias y Tecnología, le solicitaron una entrevista, a la que él, sin dudarlo, accedió al instante. Os recordamos, principalmente por si no estuvierais al tanto de lo tratado en entradas anteriores, que Bernardo Herradón es Investigador Científico del Instituto de Química Orgánica General perteneciente al CSIC, y nos acompañó durante la Inauguración del AIQ en nuestro centro.

En lo que sigue os transcribimos la entrevista realizada a Bernardo por Luis Cruz, Anjara Merino y Almudena Posadas, todos ellos del grupo 1.1:

1. ¿Qué fue lo que le motivó a estudiar Química?

Me gustó desde que tenía aproximadamente 12 años ya que era una asignatura creativa y la que mejor se me daba. También me gustaba mucho la Arquitectura pero era bastante malo dibujando.

2. A usted, ¿cuál es el tema de la Química que más le interesa?

En general me gusta casi todo lo que tiene que ver con la Química y lo que me presente algún reto, pero sobre todo, y en mi área, lo que me permite aprender y pasármelo bien. Si tuviera que destacar algún aspecto, destacaría la potabilización del agua y la Tabla Periódica.

3. ¿Le ha costado mucho llegar hasta donde está?

No creo que sea especialmente inteligente pero con trabajo y mucho esfuerzo -que es  fundamental en las personas- se puede conseguir lo que uno se proponga, aunque el futuro no esté claro.

4. ¿De qué manera le es útil el CSIC a la Sociedad?

           

Es el mayor organismo público de investigación de España. Engloba todas las áreas del saber, ya sean humanidades, química, materiales, etc. Tiene más número de publicaciones que cualquier Universidad. La Ciencia es una actividad tanto global como personal, y el CSIC es una pieza más del engranaje constituido por todos los Centros de Investigación.

5. Pese a la evidente contribución de la Química al bienestar de la Humanidad, ¿por qué cree que aún no haya recibido el reconocimiento que se merece? ¿Hay alguna forma de hacer cambiar la percepción que la gente tiene de la Química?

           

Yo creo que los químicos no queremos hacer publicidad de nosotros mismos, con lo que contribuimos a la menor expansión de la Química. La gente asocia la Química con la contaminación, y esta a su vez con cosas malas, así que erróneamente se cree que la Química hace “cosas malas”; esto hace que tenga mala prensa en general. Sin embargo, como ejemplo, se podría decir que la Química asegura los alimentos en vez de contaminarlos como se cree; un ejemplo de bastante actualidad es el del vino que se mejora aplicando el método científico. Con todo esto quiero decir que me gustaría que se reconociese la Química como un bien para la Humanidad y no como algo que actúa negativamente.

6. ¿Cuál cree que es el avance más importante de la Química?

           

Para mí, a nivel práctico, la  potabilización del agua y la producción de alimentos, y a nivel teórico, la Tabla Periódica, la Mecánica Cuántica y la Teoría Estructural de la Química Orgánica (esta última formulada en el siglo XIX). Aunque sobre todo la Tabla Periódica de Mendeléiev.

7. ¿Cree de verdad que la Química es el futuro?

           

La Química no es el futuro, lo es la Ciencia, ya que la Química es solo una parte de la Ciencia, aunque ello no significa que no sea importante.

8. ¿Qué metas se persiguen cuando se investiga en Química?

           

Para mí la Química es muy amplia, y cada persona que la investiga enfoca sus metas en su propio campo, así que se puede decir que hay tantas metas como personas. Podríamos apuntar que una meta en general es la de mejorar y aprender, aunque lo que yo defiendo es que hay que aprender por el placer de aprender.

9. De los proyectos por usted realizados, ¿cuál o cuáles han sido los que le han aportado mayor satisfacción?

           

En general, los que me han permitido aprender y pasarlo bien. Pero si tengo que destacar uno, podría decir la Química Computacional, ya que me ha permitido obtener nuevos conceptos. Aunque tengo que decir algo a este respecto, y es que yo me considero un químico experimental.

10. ¿Está realizando actualmente algún trabajo de investigación?

           

Sí, en la actualidad estoy trabajando en cuatro proyectos a la vez. Estos son:

a.       Compuestos implicados en la actividad biológica: inhibidores de proteasas.

b.      Toxicología Computacional.

                                                  

c.       Química Orgánica Física: Computacional, Cinética, Nanomateriales.

        

d.      Síntesis molecular de compuestos orgánicos.

Pero sigo reiterando que la principal meta a seguir es aprender.

11. ¿Con qué argumentos trataría de convencer a un estudiante para que cursara la carrera de Química?

           

En general se podría decir que la Química es divertida y creativa; no se puede describir con palabras lo que se siente cuando descubres un nuevo compuesto. Otro argumento que podría decir seria que es útil para la Sociedad, estando por ejemplo la Química española bien valorada internacionalmente, como también lo están la Física y las Ciencias Agrícolas. Aunque si tuviera que resumirlo con un solo argumento, y viendo cómo está la economía en la actualidad, seria que hay muy pocos químicos en paro (por no decir ninguno).

Por supuesto, cada uno tendrá su propia opinión acerca de la entrevista, tanto sobre la idoneidad o pertinencia de las preguntas planteadas por los chicos de 1º de Bachillerato, como sobre las respuestas aportadas por Bernardo, pero no cabe duda de que algunas de éstas inducen a la reflexión. Puesto que hemos querido facilitaros a cuáles de ellas, en concreto, nos referimos, las hemos marcado en cursiva y con subrayado incluido. Ahora que cada uno reflexione o no, de acuerdo con lo que crea conveniente.

Tampoco quisimos, en esta ocasión, que faltara una foto de los -por un rato- "jóvenes reporteros" con el entrevistado. Aquí la tenéis:

Quién sabe lo que deparara el futuro. Quizá dentro de unos años sean ellos -nuestros chicos- algunos de esos jóvenes científicos a los que los periodistas buscan para interrogarles acerca de algún descubrimiento o investigación punteros. Será lo que haya de ser pero, no lo olvidéis, la meta es aprender, ........y aprender; y , tanto si os dedicáis a la Ciencia como a cualquier otra rama del Conocimiento, buscad siempre ser los mejores profesionales en vuestro campo.

Nos vemos en una próxima ocasión.

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La electrolisis del agua.

Hoy le toca el turno a la " electrolisis del agua " que, como sabéis, y os contamos además en anteriores entradas, fue una de las experiencias que se mostraron en la Inauguración del Año Internacional de la Química en nuestro instituto.

Antes de proceder a detallaros cómo se realizó la experiencia, nos parece adecuado hacer referencia a algunos aspectos históricos, a nuestro juicio de interés, para comprender la relevancia del fenómeno químico que se comprueba con la demostración que se lleva aquí a cabo. Además, todo ello quedó así contado en el acto de inauguración.

Podemos, de este modo, remontarnos a la época de la Antigua Grecia para darnos cuenta de que fueron los griegos los primeros en describir el agua de manera científica. Así, hace más de 2000 años plantearon que todo lo observable estaba constituido a partir de cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego. Poco a poco los filósofos por un lado,  y los alquimistas (ancestros de los químicos) por otro, comenzaron a estudiar los componentes de la tierra y del aire. Se sabía que el aire contenía muchos gases y, en particular, vapor de agua; sin embargo, ignoraban qué constituía el agua. En 1781 el químico inglés Joseph Priestley logró fabricar agua quemando hidrógeno. Algunos años más tarde, el físico y químico, también inglés, Henry Cavendish, mostró que el agua estaba compuesta de dos cuerpos simples: hidrógeno y oxígeno. Para demostrarlo hizo saltar una chispa eléctrica, utilizando una máquina electrostática, en el seno de una mezcla formada por los gases hidrógeno y oxígeno encerrada en una campana hermética. Cavendish observó que en las paredes del recipiente se habían formado unas gotitas que, después de ser analizadas, resultaron ser de agua. En 1783 el químico francés Antoine Lavoisier, considerado por muchos el padre de la Química moderna, se enteró del experimento y rápidamente se interesó por él y se propuso reproducirlo. Así fue como, el 24 de junio de ese año, ante el rey Luis XVI, realizó una demostración utilizando dos depósitos que contenían los gases hidrogeno y oxígeno. Después de mezclar ambos gases en un recipiente hermético les aplicó una descarga eléctrica y el resultado fueron unas gotas de agua. Además, Lavoisier fue el primero capaz de descomponer el agua haciéndola pasar por hierro al rojo; llegó así a la conclusión de que estaba formada por una parte de “aire inflamable” – más tarde llamado hidrógeno – y siete partes de oxígeno. Hubo que esperar hasta 1800, con la invención de la pila por el físico italiano Alessandro Volta, para llegar a descomponer el agua haciendo circular corriente eléctrica continua por su interior y, de esta manera, comprobar su verdadera composición. Entonces, los químicos descubrieron que para sintetizar agua había de combinarse un determinado volumen de gas oxígeno con el doble de dicho volumen de gas hidrógeno, razón por la que la fórmula de la molécula de agua es H₂O.

En cuanto a cómo se realizó la experiencia os lo detallamos a continuación.

Con esta experiencia se pretende seguir el proceso inverso a la experiencia de Lavoisier y obtener hidrógeno y oxígeno a partir de agua. Para ello, el único elemento común entre las dos experiencias es la necesidad de emplear electricidad. Si bien en el caso de Lavoisier una pequeña descarga iniciaba el proceso, en nuestro caso necesitaremos un aporte continuo de esta energía.

Para llevar a cabo la experiencia disponemos de un voltámetro de Hoffman que nos permitirá descomponer el agua en sus elementos y saber en qué proporción se encuentran. Para ello vertemos agua destilada, a la que hemos añadido una pequeña cantidad de ácido sulfúrico,  en el interior del voltámetro, y hacemos que circule corriente eléctrica a través de esta disolución ácida que recibe el nombre de electrolito. El agua pura es una pésima conductora de la electricidad, razón por la que le añadimos el ácido ya que éste contribuye a mejorar la conductividad. Mediante la corriente eléctrica aportamos al agua la energía necesaria para que se produzca una transformación en la que por cada dos moléculas de agua en estado líquido se obtienen dos moléculas de hidrógeno  gaseoso y una molécula de oxígeno, también ésta en estado gas. En la bureta conectada al electrodo positivo –ánodo- de la fuente de alimentación se produce el  oxígeno  que, por ser menos denso que la disolución líquida, la desplazará pasando a ocupar  la parte superior. En la bureta conectada al electrodo negativo –cátodo- el gas recogido es el hidrógeno.

 Las semirreacciones en cada electrodo son:

                  Ánodo (electrodo positivo) :  4 OH^- (ac)       →  O₂ (g) + 2 H₂O (l) + 4 e^-
Cátodo (electrodo negativo) :     4 H⁺ (ac) + 4 e^-   →  2 H₂ (g)

Reacción química de oxidación-reducción:          

2H₂O(l) → O₂(g)  +  2H₂(g)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

Comprobamos, mediante la lectura de la escala en unidades de volumen correspondiente a cada bureta, que el volumen que ocupa el hidrógeno gaseoso recogido es doble comparado con el del gas oxígeno obtenido también en la experiencia.

Finalmente intentamos conseguir alguna evidencia que nos demuestre la naturaleza de los gases encerrados en cada bureta. Para ello acercamos a la que contiene el oxígeno una cerilla encendida. Abrimos la llave y concluimos que se trata de dicho gas pues la llama se aviva . Para comprobar la existencia de hidrógeno en la otra bureta intentamos  la reacción inversa a la electrolisis del agua: la síntesis del agua. Abrimos entonces la llave del tubo que contiene el hidrógeno y lo recogemos en un tubo de ensayo invertido. Acercamos la llama de una cerilla (energía de activación) y el  hidrógeno reacciona con el oxigeno del aire liberándose ahora una energía que produce un estallido peculiar. Lo que se produce es vapor de agua que, al entrar en contacto con las paredes del tubo de ensayo, se enfría hasta condensar, pudiendo así visualizar la existencia de pequeñas gotitas en dichas paredes.

Y para dejar constancia de lo que aquí os contamos, os mostramos ahora un par de fotos y el vídeo grabado durante el desarrollo de la experiencia.

Vayamos ahora con el vídeo.

 Nos vemos en la próxima entrada, que esperamos no se demore demasiado, pues  aún tenemos más cosas que contaros en relación con la Inauguración del Año Internacional de la Química.

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La síntesis del nailon

Como os prometimos en la entrada anterior vamos a detallaros cada una de las experiencias que los alumnos de 2º de bachillerato realizaron y nos explicaron durante la inauguración del Año Internacional de la Química. Comenzamos por "la síntesis del nailon".

En primer lugar nos situamos en el contexto histórico en el que tuvo lugar el descubrimiento de este polímero:

A finales de los años veinte, la DuPont Corporation tomó una atrevida decisión que proporcionó a la compañía y a la química en general un extraordinario progreso, manifestando su interés por la investigación básica y creando una división de investigación a la que dotó de un elevado presupuesto. Para dirigirla contrató a Carothers, químico estadounidense que había sido recomendado por las universidades de Illinois y Harvard como el químico más brillante del momento. La investigación la dirigió esencialmente al estudio de polímeros naturales como, por ejemplo, la seda. Las investigaciones sobre la seda abocaron, en 1930, al descubrimiento de poliésteres con los que se podían fabricar fibras muy resistentes, pero muy sensibles al efecto de la temperatura. Carothers decidió continuar las investigaciones utilizando como base las amidas, y fue de esta forma, junto con la casualidad – que siempre ayuda a los espíritus preparados- lo que le llevó a obtener una poliamida que se podía estirar en forma de largas hebras, de modo que durante el proceso de estiramiento se iba produciendo un aumento enorme en la resistencia al orientarse sus moléculas longitudinalmente, pues esto permitía la unión entre las hileras de átomos. Se había inventado el “estirado en frío” que fue patentado por Dupont. Se inició así su producción en 1938 y la presentación de las aplicaciones del producto en la Feria de Nueva York de 1940, como “la seda sintética hecha de carbón, aire y agua”, fue uno de  los más grandes eventos de promoción nunca efectuados. El éxito de la “fibra milagro” fue tal que en las primeras cinco horas del día de celebración de la Feria (15 de mayo) se vendieron  ¡¡4 millones de pares de medias!!, repitiéndose las ventas en los días sucesivos durante lo que la prensa denominó los “disturbios del nailon” porque las mujeres asaltaban literalmente los establecimientos de venta. Sin embargo, tanta felicidad tuvo que terminarse. La II Guerra Mundial había estallado en 1939 y los Estados Unidos se incorporaron a la misma en 1941. Entonces, el nailon fue incautado por el Gobierno Federal para la fabricación, entre otros productos, de paracaídas y neumáticos para los aviones. Carothers no pudo llegar a comprobar los extraordinarios efectos de sus descubrimientos pues para entonces, presa de una profunda depresión, se había suicidado. La invención del nailon, uno de los primeros polímeros sintéticos,  puso en marcha la revolución – que continúa hoy – para obtener nuevos materiales que copian a la naturaleza e incorporan mejores propiedades de resistencia mecánica y al fuego, mayor poder aislante térmico y eléctrico, y menor peso.

A continuación os detallamos la experiencia tal y como la contaron y la realizaron nuestros alumnos:

En esta experiencia intentaremos sintetizar  nailon en la forma en que lo obtuvieron Carothers y sus colaboradores. Para ello pondremos a reaccionar dos compuestos orgánicos, concretamente una diamina – compuesto de C, H y N – y un dicloruro de diácido – compuesto constituido por C, H, O y Cl -.Previamente preparamos una disolución de cada uno de ellos, el primero utilizando el agua como disolvente, y el segundo mezclándolo con el compuesto ciclohexano en el que es soluble. Además, sobre la disolución acuosa de la diamina vertemos una pequeña cantidad de una sustancia de carácter básico, por ejemplo  hidróxido de sodio, cuya función va a ser acelerar la reacción, y unas gotas de un colorante que nos permitirá obtener  nailon teñido. A continuación vertemos cuidadosamente la disolución del dicloruro de diácido sobre la de la diamina y se forman dos capas puesto que son inmiscibles; por razón de sus respectivas densidades en la parte inferior queda la amina en agua y en la superior el ácido en ciclohexano.  En la superficie de separación se produce una película teñida, merced al colorante añadido, de nailon. Cogemos un poco de  esta interfaz de nailon con las pinzas, la levantamos despacio y suavemente y observamos la formación de un hilo de nailon detrás de ellas. ¿Qué está sucediendo? Las moléculas de la amina y las del ácido se unen alternativamente al entrar en contacto y forman cadenas constituidas por millones de átomos de longitud. En este proceso de estirado en frío, las moléculas del largo polímero se alinean entre ellas de tal forma que todos los átomos de oxígeno de una cadena pueden formar un enlace de H con un átomo de N de una cadena adyacente. Esto liga las moléculas individuales del polímero de la misma manera que las fibras separadas de una cuerda forman un cordón cuando son trenzadas juntas, y esta asociación de las moléculas de los polímeros lineales por medio de enlaces de H es la responsable del gran incremento de la fuerza de las fibras del nailon.  Finalmente debemos recoger el nailon obtenido de una manera tal que nos permita recopilar los varios metros que la unión de tal fila de átomos va a dejar tras de sí.

n H₂N(CH₂)₆NH₂ + n ClOC(CH₂)₈COCl      →           H₂N [(CH₂)₆NHCO(CH₂)₈]_n COCl + n HCl

                                                                                                            Nailon 6-10

Nailon 6-10, llamado así por las longitudes de las cadenas carbonadas de los monómeros (la diamina es una cadena de 6 carbonos y el diácido de 10)

Sin embargo,  podemos comprobar que este nailon "casero" es demasiado grueso y quebradizo comparado con el comercial, y es que el procedimiento que se sigue en la industria  para fabricarlo difiere ligeramente de éste aunque, por supuesto, las moléculas que se unen para formar las cadenas de átomos, y el mecanismo de acuerdo con el que lo hacen, coinciden.

Ahora os mostramos un par de fotos tomadas durante la representación en directo:

Y para terminar un extracto del vídeo grabado:

En la siguiente entrega os relataremos lo relativo a la 2ª experiencia.

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