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Conoce tus elementos – El cobre

Pedro Gómez-Esteban.
Dentro de la serie Conoce tus elementos, en la que recorremos juntos la tabla periódica, llevamos unos cuantos meses inmersos en la “zona media” de la tabla, poblada por los llamados metales de transición. Como además seguimos aún conociendo elementos de número atómico relativamente bajo, que son los más comunes, casi todos los metales que hemos visto últimamente no sólo son muy conocidos, sino que han sido nuestros compañeros de viaje desde tiempo inmemorial. Es el caso del elemento de hoy, el de veintinueve protones: el metal chipriota, el cobre.
Si llevas toda la serie con nosotros ya tienes una idea de los grupos en los que podemos clasificar los elementos químicos en cuanto a nuestro conocimiento histórico sobre ellos: algunos son muy comunes y además se encuentran puros en la naturaleza con mayor o menor frecuencia, además de ser fácilmente identificables, con lo que los hemos conocido prácticamente desde siempre, como es el caso del hierro. Otros son muy comunes pero casi imposibles de encontrar puros, con lo que convivimos con ellos durante milenios pero sin saber que estaban ahí, como sucedió con el fósforo, que sólo identificamos en el siglo XVII. Finalmente, otros no sólo son muy infrecuentes sino que además son difíciles de detectar, con lo que su descubrimiento es aún más reciente; esto sucedió, por ejemplo, con el helio.
El cobre es, en este sentido, un elemento muy colaborador: no sólo se presenta con relativa frecuencia en estado puro, sino que además es facilísimo de identificar cuando esto sucede. Por lo tanto, es un ejemplo excelente de un metal conocido desde la Antigüedad, uno de los siete metales que cumplen esa condición –y en la tabla periódica hay ochenta y tantos metales, así que se trata de un grupo muy selecto–. Por si te lo estás preguntando, los otros miembros del club son el hierro, el estaño, el plomo, la plata, el oro y el mercurio.
Cable de alta tensión de cobre
Cobre en un cable de alta tensión (WdWd / CC 3.0 Attribution-Sharealike License).
Ya dijimos, al hablar del titanio, que ese elemento se ha convertido en un extraordinario aliado tecnológico de la civilización moderna. El cobre, sin embargo, lo deja en pañales en cuanto a su importancia para nuestra tecnología: el conocimiento de su existencia, su utilidad y, sobre todo, la capacidad de obtenerlo en gran cantidad, cambiaron nuestra historia como especie para siempre. Gracias a él abandonamos la Edad de Piedra, para luego abandonarlo hasta cierto punto y luego volver de nuevo a él como metal fundamental en nuestra tecnología. Pero vamos por partes.
Aunque parezca contradictorio, el cobre no es de los elementos más abundantes en la corteza terrestre. Existe en una proporción de unas 50 partes por millón, y si ordenásemos los elementos de la corteza según su frecuencia ocuparía el nada honorable puesto número 26, entre el zinc y el cerio. Para ponerlo en perspectiva, el hierro es unas ochocientas veces más abundante que el cobre en la corteza de nuestro planeta. Sin embargo, no sólo supimos cómo extraer cobre de las rocas antes que hierro, sino que durante muchos milenios el cobre fue nuestro metal tecnológico fundamental.
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Premios Nobel – Física 1911 (Wilhelm Wien)

Pedro Gómez-Esteban.
En la serie sobre los Premios Nobel recorremos juntos estos galardones desde su nacimiento en 1901 hasta la actualidad en las ramas de Física y de Química. En cada artículo intentamos dar una idea de la relevancia del descubrimiento en cuestión dentro de su contexto histórico, algunos datos sobre los científicos involucrados y, de paso, disfrutamos juntos parloteando sobre la ciencia relacionada con el premio de que se trate.
En la última entrega de la serie hablamos sobre el Premio Nobel de Química de 1910, obtenido por Otto Wallach por sus investigaciones sobre los compuestos alicíclicos. Hoy disfrutaremos del galardón de Física de 1911, otorgado a Wilhelm Wien, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,
Por sus descubrimientos sobre las leyes que gobiernan la radiación térmica.
Como suele suceder, es difícil entender la importancia tremenda de los descubrimientos de Wien a partir de esta breve y vaga descripción. De modo que, como también suele suceder, para poder comprenderla tenemos antes que retroceder unas cuantas décadas en el tiempo, al comienzo de nuestra comprensión de la radiación térmica y su relación con la temperatura.
Además, si has leído Cuántica sin fórmulas, hoy recorreremos algunos de los acontecimientos más interesantes que dieron lugar a la hipótesis de Planck en más detalle de lo que pudimos hacerlo en aquella serie. En cierto sentido, como veremos, el Nobel de hoy es un premio a uno de los precursores de la cuántica, aunque él no fuera consciente de ello. ¿Listo para viajar al pasado?
El siglo XIX supuso el nacimiento de la termodinámica moderna, sobre todo a partir de la tercera década del siglo. Fue entonces cuando establecimos las bases de nuestro conocimiento sobre la temperatura, la energía térmica, las transferencias de energía debidas a la diferencia de temperatura –es decir, el calor– y cosas parecidas.
Con tan sólo un par de décadas de retraso sobre el desarrollo de la termodinámica haría lo propio la teoría electromagnética de la luz, de mano de James Clerk Maxwell. Era inevitable unir ambas para establecer las bases de la emisión de radiación térmica por parte de los cuerpos calientes y tener así leyes precisas con las que estudiar la radiación absorbida y emitida por los diferentes cuerpos del Universo, pues los cuerpos calientes emiten radiación electromagnética, luego ambas teorías deben necesariamente estar relacionadas.
A primera vista, debería haber sido algo sencillo. Al fin y al cabo, de acuerdo con la termodinámica, un cuerpo está tanto más caliente cuanto más rápido vibran las partículas que lo forman; por otro lado, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, cuanto mayor es la aceleración que sufre una carga eléctrica, mayor es la perturbación del campo electromagnético a su alrededor. Todo parece encajar, ¿no? Un cuerpo caliente tiene partículas que vibran deprisa y, por tanto, emite mayor cantidad de radiación. Pero, como tantas otras veces, el diablo está en los detalles: ¿exactamente cuánta radiación emitía un cuerpo dependiendo de su temperatura? ¿cambiaba el tipo de radiación con la temperatura, o sólo la intensidad de la radiación emitida? ¿qué características de un cuerpo determinaban la cantidad de radiación emitida, aparte de la temperatura?
Algunas de estas preguntas eran de fácil respuesta. Ya hemos hablado, al hacerlo de Wilhelm Röntgen, de los rayos caloríficos presentados por William Herschel a la Royal Society en 1800; algunas características de la radiación térmica eran conocidas de manera cualitativa ya desde principios del XIX, aunque no las razones últimas de esas características, desde luego –pues es imposible entenderlas sin una termodinámica y un electromagnetismo maduros–.
No hace falta ser Maxwell, por ejemplo, para darse cuenta de que cuanto más caliente está un cuerpo, más cantidad de radiación emite. Además, la frecuencia de esa radiación –dicho en plata, el color, si es luz– cambia con la temperatura. Un cuerpo incandescente puede brillar con un rojo profundo, pero si se calienta aún más, ese color va cambiado hacia el azul. De modo que sí, tanto la cantidad de radiación como su frecuencia cambian al hacerlo la temperatura — perocuantificar esas relaciones no es tan sencillo.
Tampoco hace falta ser Maxwell para darse cuenta que lo que acabo de decir del color es una simplificación tremenda: un cuerpo caliente no emite radiación de un solo color, sino de muchos. Al calentarse más, lo que sucede es que cambia la cantidad de radiación emitida de cada frecuencia, es decir, de cada color. Es como si la radiación emitida fuese la suma de muchas radiaciones de distintas longitudes de onda y, al cambiar la temperatura, cambia la cantidad de radiación emitida de cada frecuencia. Pero ¿cuánto? ¿cómo?
Finalmente, los distintos cuerpos emiten una cantidad de radiación diferente incluso estando a la misma temperatura. Una piedra blanca y otra negra a la misma temperatura, por ejemplo, no emiten la misma cantidad de radiación. ¿Hay algo además del color que tenga que ver con esto? ¿qué relación hay entre cuerpos de distintos colores y, una vez más, cómo es posible cuantificarlo?
Como puedes ver, se trata de muchas preguntas cuyas respuestas cualitativas teníamos más o menos claras, pero nos faltaba por un lado cuantificarlas con leyes como Dios manda, y por otro saber por qué las cosas se comportaban así. Afortunadamente, un buen puñado de genios decimonónicos llegaría al rescate.

Falacias – Es malo beber leche y zumo de fruta. Pedro Gómez-Esteban

Sin embargo, lo que no suelen decir quienes defienden esta idea es que la leche se va a cortar en tu estómago siempre, bebas lo que bebas antes o después de ella. La razón es que el zumo de naranja es una auténtica broma, en cuanto a ácido, comparado con lo que la leche se va a encontrar al entrar en el estómago: durante la digestión y a consecuencia de la segregación de ácido clorhídrico, la acidez del estómago es mucho mayor que la del zumo de naranja o cualquier otra fruta que quieras comer.

Dicho con otras palabras: si tu preocupación es que la leche pueda cortarse, no deberías beber leche jamás, porque es lo primero que le va a pasar cuando entra en tu estómago. No hay manera de evitarlo. Supongo que, si hasta ahora creías en este mito, éstas son las malas noticias… no hay absolutamente nada que puedas hacer para que la leche no se corte en tu estómago.

Vamos con las buenas noticias que, si has comprendido el primer razonamiento, deberían ser evidentes o todo el mundo tendría terribles diarreas cuando bebe leche en cualquier momento: que la leche esté cortada no significa que siente mal en absoluto. Como digo, lo primero que le pasa es que se corta en tu interior, con lo que si eso fuera malo, ¡apañados iríamos! Desde la más tierna infancia sufriríamos las consecuencias de consumir leche cortada… si hubiera consecuencias, que no las hay.


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