De por qué la gasolina a partir de aire sólo la utilizarán los coches deportivos de los ecologuais, por César Tomé

Experiencia docet.

Hace unos días el diario británico The Independent lanzaba una exclusiva de la que se han hecho eco muchos otros medios, entre ellos la BBC, y webs ecologistas que tocan de oído, en la que relataba cómo una empresa británica era capaz de fabricar gasolina a partir del aire. También han aparecido automáticamente los conspiranoicos habituales que afirman que las petroleras no lo permitirán nunca, otros que afirman que se están violando leyes fundamentales de la física y aún otros que afirman que el proceso debería hacerse público para evitar su secuestro por las grandes compañías. Ejemplos de todo ello en los comentarios de esta entrada de NeoTeo.

Estamos ante un nuevo ejemplo de empresa en búsqueda de financiación para un producto ecológico, usando tecnologías conocidas, con mucha publicidad, relaciones públicas y atención de los políticos. Pues bien, de entrada, respondamos así de claro:

1. El proceso fundamental se encuentra en cualquier libro de texto de química
2. Lo que puede aportar novedad es la selección de la tecnología empleada de entre las disponibles 
3. No se viola nada
4. Esto, salvo sorpresa mayúscula, no va a ninguna parte

Pero veamos con algo de detalle el proceso que publica Air Fuel Synthesis en su web:

1. Se introduce aire en una torre donde existe un aerosol de disolución de hidróxido sódico. El dióxido de carbono del aire reacciona con parte del hidróxido sódico para formar carbonato sódico. Esta es una tecnología de captura de dióxido de carbono conocida y más que probada. Stolaroff et al. estimaron en 2008 que el coste de captura de la tonelada de dióxido de carbono, excluyendo la recuperación de la solución y otros costes operativos, era de un mínimo de 53 dólares y podía alcanzar los 127; los costes operativos no incluidos sólo de esta fase son del mismo orden de magnitud. Por tanto, podemos estimar conservadoramente que sólo esta fase cuesta 100 dólares por tonelada de dióxido de carbono capturado.

2. La disolución de hidróxido y carbonato de sodio obtenida en el paso 1 se bombea a una cuba electrolítica en la que se hace pasar una corriente eléctrica. La electricidad provoca la descomposición del carbonato con la liberación de dióxido de carbono. En este paso hay tres consideraciones trascendentes desde el punto de vista industrial. La primera, que se recupere eficientemente la disolución de hidróxido sódico, para ello la limpieza debe ser absoluta y el agua estar libre de iones que puedan precipitar como hidróxidos o carbonatos; segundo, relacionado con la primera consideración, el dióxido de carbono se liberará en forma de gas por lo que la celda debe estar cerrada y con un vacío previo si no queremos contaminaciones del producto; y tercero, esta disolución es muy corrosiva. Estos tres aspectos implican que el mantenimiento y la operación de esta fase son muy complejos, laboriosos y, por tanto, costosos. Es algo que a nivel de laboratorio se puede acometer con cierta facilidad pero que a nivel industrial es una pesadilla. Si añadimos el coste de la electricidad, ya ni te cuento.

3. Opcionalmente se puede instalar un deshumidificador que condense el agua del aire que se pasa por la torre en el paso 1. El agua condensada se pasa a una celda electrolítica donde una molécula muy estable se separa mediante electricidad en sus componentes hidrógeno y oxígeno. El agua se puede obtener de otras fuentes pero debe ser purificada para tener calidad electrolítica. Esta es la fase del proceso más cara energéticamente. Démonos cuenta de que la electrolisis del agua requiere sobrepotenciales para sobrepasar varias barreras de activación, por lo que la necesidad energética es mayor de la que se calcula a partir de la energía de las moléculas de agua. Es un proceso tan caro que es la principal barrera para la obtención de hidrógeno como fuente de energía. Un estudio del Departamento de Energía de los Estados Unidos calculó el objetivo de coste para un kilo de hidrógeno en 2012 en 3,70 dolares; en 2010 era de 5,21.

4. El dióxido de carbono y el hidrógeno se hacen reaccionar para conseguir una mezcla de hidrocarburos, variando las condiciones en función del tipo de combustible que se requiera. Lo que está muy bien y es muy bonito, pero veamos en realidad de qué se trata.

4.1 Convertir la mezcla de dióxido de carbono/hidrógeno en una mezcla de monóxido de carbono/hidrógeno conocida como gas de síntesis. El gas de síntesis es archiconocido por cualquiera que haya estudiado algo de química y mediante el proceso de Fischer-Tropsch, uno de esos que cae seguro en el examen, se obtiene el hidrocarburo líquido que quieras. Esta tecnología se conoce y se usa desde 1925. El problema radica en reducir el estable dióxido de carbono al reactivo monóxido de carbono, que no es algo tan sencillo. Conseguirlo de forma eficiente, igual que mencionábamos antes con el hidrógeno, ya sería un gran logro. Para dar una idea de la importancia y complejidad puede verse este artículo de Technology Review.

4.2 Una alternativa que, al igual que el proceso Fischer-Tropsch, es archiconocida, es hacer reaccionar el gas de síntesis para obtener metanol que se puede usar a su vez para obtener hidrocarburos con la reacción metanol-a-gasolina de Mobil. El problema continúa siendo obtener el monóxido de carbono.

5. Los productos obtenidos no pueden usarse directamente. Deben ser aditivados convenientemente para poder ser usados en los motores actuales.

Sólo con los costes de captura de dióxido de carbono y obtención de hidrógeno, sin nada más (y esa nada es enorme), resulta que el kilo de 2,2,4-trimetilpentano (el estándar de octano de la gasolina) me sale a 7,69 dólares o, lo que es lo mismo, a 5,31 dólares el litro. La compañía lleva invertidos 1,6 millones para obtener 5 litros; pues, mire usted, me lo creo.

Concluyendo:

1. No existe una síntesis directa de gasolina. Se especula con que se pueda conseguir pero hoy día lo realizan por dos rutas establecidas y muy conocidas: conversión a gas de síntesis y proceso Fischer-Tropsch o síntesis de metanol + proceso Mobil.
   
   
2. Los sistemas de obtención de los productos de partida son críticos debido al nivel de pureza necesario para los reactivos. La tecnología elegida ha sido la electrolisis lo que implica procesos discontinuos, altos costes energéticos y altos costes de mantenimiento y limita las fuentes de materias primas usables.
   
   
3. La economía de todo el proceso depende de la obtención de electricidad a costes muy bajos. Además, la obtención económica de los productos intermedios, como hidrógeno o monóxido de carbono, ya sería un hito suficiente.
   
   
4. El uso de cubas electrolíticas, el tratarse de un proceso por lotes y la necesidad de disponer de agua de una pureza alta, dificulta el escalado y, por tanto, la obtención de economías de escala para una producción masiva. El tamaño de planta eficiente no podrá ser muy grande.
   
   
5. No hay novedad científico-técnica. La noticia es que estén intentando hacerlo con tantas papeletas en contra. Lo máximo que pueden aspirar, salvo el hallazgo de algo revolucionario que en estos momentos no existe, es a fabricar gasolina con la etiqueta “ecológica”, signifique ello lo que signifique, a precios exorbitantes. Sólo millonarios esnobs que quieran disfrutar de deportivos con etiqueta ecológica se me ocurren como posibles clientes.
   
   
   
   
   Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVIII Edición del Carnaval de Química que alberga XdCiencia.
   
   

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.

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Ernesto Carmona Guzmán: “La química, la catálisis y la vida”

Fuente: Francis.

Químicos Modernos: Alexánder Butlerov, eclipsado por su genio.

César Tomé.

¿Puede una idea científica ser tan brillante que llegue a ocultar a su autor? ¿Tan esclarecedora que pase de forma prácticamente instantánea a los libros de texto como cosa sabida y que, por lo tanto, su creador no merezca ni siquiera una mención? Parece casi inconcebible que pueda ocurrir, pero ocurrió.

Estamos en septiembre de 1861 en Speyer (actual Alemania), en el Congreso de Médicos y Naturalistas Alemanes. Un profesor de una pequeña universidad rusa, Kazán, tiene anunciada una conferencia titulada “Sobre la estructura química de la materia”; un nombre muy rimbombante para un don nadie venido de la mitad de ninguna parte. Hoy día nadie recuerda nada de ese congreso salvo esa conferencia en la que se dijo por primera vez que “la naturaleza química de una molécula está determinada no sólo por el número y tipo de átomos sino también por su disposición. El estudio químico de las sustancias debe llevar a conocer su estructura y viceversa, el conocimiento de su estructura debe llevar a predecir sus propiedades”. La teoría estructural nacía de la mano de Alexánder Mijáilovich Butlerov.

Isobutano

Pero Butlerov no se quedó en la teoría. Predijo y demostró experimentalmente la existencia de isómeros, en concreto de dos butanos y tres pentanos. En 1866 sintetizaría el isobutano. En 1868 demostraría que en los compuestos orgánicos insaturados los carbonos se unen entre sí con enlaces dobles.

Estos resultados espectaculares hicieron que el catedrático de química inorgánica de la Universidad de San Petersburgo, Dimitri Ivánovich Mendeleev, propusiera para el puesto de catedrático de química orgánica a Butlerov, que ocuparía en 1868 y hasta su jubilación en 1885, un año antes de su muerte. En ese mismo año de 1868 se completaría la edición en alemán de su “Introducción al estudio completo de la química orgánica”, libro que había aparecido en ruso sólo dos años antes y que puede ser considerado el primer texto moderno de química orgánica.

Butlerov formó parte de una incipiente escuela química orgánica rusa iniciada por sus profesores en la Universidad de Kazán, Klaus y Zinin, y que continuaron sus alumnos Markovnikov, Zeytsev y Popov. Los estudios que inició Butlerov sobre la polimerización los culminaría en 1910 Serguéi Vasiliévich Lebedev con el primer método de producción de caucho sintético (polibutadieno).

Butlerov nació en Chístopol (Rusia) en 1828. Cursó estudios de zoología y botánica en la Universidad de Kazán, pero su talento para la química fue detectado por Karl Karlóvich Klaus y potenciado por Nicolái Nikolaévich Zinin. En 1849 se gradúa y en 1851 presenta su primera disertación (lo que hoy llamaríamos tesis de máster) titulada “Sobre la oxidación de los compuestos orgánicos”. En 1854 presenta su tesis doctoral dirigida por Zinin en la Universidad de Moscú, “Aceites esenciales”, pasando a ser profesor extraordinario de la Universidad de Kazán. En 1857, se convierte en profesor ordinario y consigue una beca para viajar al extranjero durante un año, que repartiría entre el laboratorio de Kekulé en Heidelberg y el de Wurz en París.

Este año de exposición a la vanguardia de la química le hace ver la importancia de la teoría y la construcción de modelos. En este período, en anticipación a lo que después sería su charla en Speyer, Butlerov tiene una intuición fundamental. Pasteur había estudiado la actividad óptica del ácido racémico en el año 1847, con resultados espectaculares. Sin embargo, en una época en la que todas las moléculas se entendían lineales, no existía una explicación de cómo ocurría este fenómeno a nivel molecular. Butlerov apuntó que la explicación podía estar en la tridimensionalidad de los enlaces del carbono, que formarían un tetraedro, lo que daría lugar a la posibilidad de imágenes especulares de las moléculas, explicación que, como sabemos hoy día, es la correcta.

Las aportaciones de Butlerov fueron tan revolucionarias y, a la vez, con una capacidad de explicación de los fenómenos observados tan grande, que esta misma grandeza le eclipsó en vida y después de muerto. Hoy día su nombre sigue sin aparecer en muchas historias de la química occidentales.

Esta entrada es una aportación de Experientia docet a la XIII Edición del Carnaval de Química que acoge Curiosidades de un químico soñador

Premios Nobel – Física 1910 (Johannes Diderik van der Waals)

El Tamiz.

Como sabéis los viejos del lugar, en la serie sobre los Premios Nobel vamos recorriendo, pasito a pasito, la historia de estos galardones en sus vertientes de Física y Química desde sus comienzos en 1901. En la última entrega de la serie hablamos sobre el Premio Nobel de Química de 1909, otorgado a Wilhelm Ostwald por su trabajo sobre la velocidad de reacción y los catalizadores. Hoy llegamos a 1910 y el premio de Física correspondiente, otorgado al holandés Johannes Diderik van der Waals, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

Por su trabajo en la ecuación de estado para gases y líquidos.

Como suele suceder, esta breve descripción no basta para comprender el alcance de las investigaciones de van der Waals, de modo que tengo que hacer lo de siempre: pedirte paciencia para retroceder en el tiempo antes de llegar al héroe del artículo de hoy. Se trata, por cierto, de un héroe inusual; lo habitual en Física es que los descubrimientos teóricos suelan ser realizados por científicos jóvenes, y que una vez pasada cierta edad los avances del científico (si los hay) sean de carácter experimental. No es el caso de hoy, pero tiempo al tiempo…

Antes de que la Termodinámica adquiriese todo el aparato teórico que la propulsó como ciencia “de verdad” en el siglo XIX, diversos científicos habían obtenido ya leyes y ecuaciones de carácter empírico que predecían el comportamiento de sistemas termodinámicos simples en condiciones muy específicas. Durante los siglos XVII y XVIII, científicos como Robert Boyle, Edme Mariotte, Jacques Charles y otros habían logrado un buen puñado de leyes de este tipo, muchas de las cuales hemos estudiado en el bloque [Termodinámica I].

Naturalmente, la ciencia es siempre empírica en último término, pero según una ciencia madura, obtiene principios más profundos y básicos de los que deducir un gran número de comportamientos; en otras palabras, de un puñado de ecuaciones desconectadas se obtiene una teoría, algo a lo que aún no había llegado la Termodinámica. Por ejemplo, tanto Robert Boyle como Edme Mariotte llegaron a la misma conclusión tras diversos experimentos con gases: si la temperatura se mantenía constante, al aumentar la presión sobre el gas éste disminuía su volumen, y ambas variables –presión y volumen– eran inversamente proporcionales. Ahora bien, ¿por qué? A eso eran incapaces de responder tanto el uno como el otro.

 

Benoît Paul Émile Clapeyron (1799-1864).

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Un material que se autorrepara a temperatura ambiente.

Un gel puede repararse a sí mismo simplemente poniendo en contacto las superficies de rotura. El material es capaz de autorrepararse incluso después de cinco días de haber sufrido el daño expuesto a un ambiente rico en oxígeno, en ausencia de luz y a temperatura ambiente.

Un gel es básicamente una estructura tridimensional sólida que alberga un líquido. El gel de ducha es un ejemplo, pero la gelatina comestible se aproxima más a la idea de gel técnico. La combinación de plasticidad y estructura sólida los hace candidatos ideales en el desarrollo de materiales inteligentes.

Los materiales autorreparadores tienen la capacidad de repararse a sí mismos cuando sufren un daño. Esta es una característica importante en los implantes médicos o en dispositivos astronáuticos. Los materiales inteligentes que presentan esta característica la consiguen por dos vías, bien por química supramolecular del tipo interacciones huésped-hospedador, que son muy rápidas pero muy sensibles a la presencia de agua, o por enlaces covalentes específicos, tolerantes al agua y a otros grupos funcionales competidores, pero que requieren un aporte energético (luz, calor o ambos) para reconstruir los enlaces.

Se deduce de lo anterior que la química del material inteligente autorreparador ideal es aquella en la que la reparación se produce sin estimulación y no depende de condiciones especiales del entorno, más allá del contacto físico de las superficies a reparar.

Un paso en esta dirección lo ha dado el equipo encabezado por Keiichi Imato, de la Universidad Kyushu (Japón), al conseguir una molécula con capacidad de entrecruzamiento, es decir, de formar redes tridimensionales, que puede dividirse formando un par de radicales, moléculas muy reactivas por tener electrones desparejados.


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Premios Nobel – Química 1909 (Wilhelm Ostwald)

En la última entrega de la serie sobre los Premios Nobel hablamos sobre el galardón de Física de 1909, otorgado a Gulglielmo Marconi y Karl Ferdinand Braunpor el desarrollo de la telegrafía sin hilos. Hoy seguimos nuestro recorrido por estos premios con el Premio Nobel de Química del mismo año, 1909, otorgado en este caso a Wilhelm Ostwald, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

En reconocimiento a su trabajo sobre catalizadores y sus investigaciones acerca de los principios fundamentales que gobiernan los equilibrios químicos y las velocidades de reacción.

Como nos ha pasado otras veces, seguramente leer la descripción del Premio no revela la tremenda importancia de lo que hay detrás, aunque en este caso mi impresión es que Ostwald tal vez no merecía el Nobel tanto más que otros investigadores en este campo (luego veremos por qué). Y, como también nos ha pasado otras veces –casi todas– no podemos hablar de Ostwald y su descubrimiento sin retroceder unas cuantas décadas para comprender la situación antes de que llegara el alemán. Como siempre, no supongo que tengas conocimientos de Química, pero sí que tienes paciencia y comprensión — dicho esto, viajemos a principios del siglo XIX, cuando la Química estaba aún en pañales.

Por entonces se habían estudiado ya de manera concienzuda multitud de reacciones químicas; se sabía que algunas sustancias, al ponerse en contacto entre sí, formaban otras nuevas, mientras que otras parecían no reaccionar en absoluto. También se sabía que, en algunos casos, la reacción era rápida y violenta, y en otros lenta y suave. Nadie se había preocupado aún de cuantificar estas características, pero los químicos se habían percatado ya de algo muy curioso: había algunos compuestos que no parecían reaccionar entre sí pero, sin embargo, si se añadía un compuesto nuevo determinado a la fiesta como “invitado”, entonces sí reaccionaban con entusiasmo… pero, al terminar la reacción, aunque los compuestos originales se habían gastado, el compuesto nuevo seguía ahí, igual que antes.

También pasaba a veces que varios compuestos sí reaccionaban entre sí, pero muy lentamente… salvo que se añadiese una vez más un compuesto “invitado”; al hacerlo, la reacción era mucho más violenta y, una vez más, cuando terminaba, el compuesto “invitado” seguía ahí, como si tal cosa, sin haberse consumido como los demás. Como puedes comprender, se trata de algo que puede resultar muy útil para la industria, ya que en muchos casos se quieren realizar reacciones químicas para producir algo como resultado final, y cuanto más rápida sea la reacción más cantidad se produce en un tiempo determinado.

Muchos químicos consideraron esto como una mera curiosidad y, puesto que no se conocían muchos casos de este fenómeno, los calificaron de excepciones y a otra cosa, mariposa. La industria, sin embargo, aunque no entendiera por qué sucedía esto, utilizó los casos contados en los que funcionaba. Por ejemplo, al producir ácido sulfúrico –que empezaba a ser ya un compuesto fundamental en la industria química naciente– si se utilizaba platino era posible, sin gastar el platino, que era el “compuesto invitado” producir el ácido mucho más rápido que sin él. El resultado final era igual, pero la rapidez mucho mayor lo hacía un método mucho más eficaz; claro, hacía falta una inversón extra para conseguir el platino, pero el metal no se gastaba porque era un mero “invitado”, con lo que no hacía falta estar comprándolo todo el tiempo.

Como digo, eran casos sueltos, curiosidades. Algunos químicos estudiaron varios de estos casos concretos en más detalle, y uno de los padres de la Química moderna tuvo la suficiente visión como para fijarse en todos esos casos concretos y extraer la clave del fenómeno. Ese químico era el sueco Jöns Jacob Berzelius, quien es probablemente merecedor de uno o más Premios Nobel, pero murió cincuenta años antes de que estos galardones nacieran. A pesar de tener la apariencia del malo en una novela de Dickens, era un auténtico genio: no sólo descubrió los elementos silicio, torio, cerio y selenio, sino que a él debemos los términos proteína, catálisis, isómero, polímero, alótropo, así como la distinción entre compuestos orgánicos e inorgánicos y muchos logros más.

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¿Qué tiene que ver conmigo el H2SO4 [ácido sulfúrico]?

Tiene tantos usos que sólo vamos a centrarnos en unos cuantos. En primer lugar, la mayor parte del ácido sulfúrico se utiliza para producir ácido fosfórico. Aunque no vamos a hablar de éste en profundidad en este artículo, el ácido fosfórico se utiliza para fabricar cosas tan dispares como fosfatos fertilizantes y también detergentes.

El ácido sulfúrico se utiliza también para obtener muchísimos sulfatos: al reaccionar con metales el hidrógeno es sustituído por el metal, de modo que se obtienen compuestos como el sulfato de aluminio. Además, se emplea en el proceso para producir nylon, para obtener ácido clorhídrico, para refinar petroleo, para obtener sulfato de amonio (otro fertilizante), en las baterías de los coches…

Algunas de sus propiedades más peligrosas son, de hecho, las que lo hacen más útil: por ejemplo, cuando el ácido sulfúrico entra en contacto con agua, la reacción es muy violenta y exotérmica (libera gran cantidad de calor). Esto lo hace muy peligroso para nosotros – con todos los ácidos fuertes (como el clorhídrico) corremos peligro porque son corrosivos: pueden producir grandes heridas.

Pero el sulfúrico, además, al reaccionar tan rápido con agua produce dos efectos más: por un lado, como el agua reacciona, desaparece, de modo que el H2SO4es un poderoso deshidratante. Por otro, la liberación de calor puede producir graves quemaduras.

Por ejemplo, las frutas deshidratadas muchas veces han perdido el agua gracias al ácido sulfúrico. Y su poder corrosivo se emplea a veces para desatascar tuberías. Sin embargo, para todos estos usos se emplea muy concentrado (hasta el 98%), de modo que las precauciones son enormes por su gran peligro.

En resumen – si usas fibras sintéticas en la ropa, comes verduras no ecológicas (es decir, cultivadas industrialmente), usas plástico, vas en coche, comes frutas o verduras deshidratadas…le debes mucho a este peligroso pero utilísimo compuesto. Nuestra civilización probablemente sería mejor si no dependiéramos tanto de él, pero sin el H2SO4 se derrumbaría.

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¡¡¡Fotosíntesis!!! Antón Uriarte

Y decidió Dios que con luz, CO2 y agua reverdeciera la Tierra,

que antes era roja y negra, y a esto le llamó fotosíntesis,

y dictó su fórmula de forma simple para que fuese entendida por todas las gentes

CO2 + H2O + luz = Carbono orgánico + O2

Y le sobró oxígeno y decidió que éste sirviese para oxidar, quemar y dar energía

a toda la vida verde que había creado. Y brindó con vino.

Y a los ecologistas no les gustó nada.

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Complicaciones químicas. Antón Uriarte

Es muy compleja la química atmosférica y en lo que atañe a los números es todavía peor conocida. Los elementos reaccionan entre sí y dan resultados contradictorios. Para comparar el efecto de calentamiento de los diversos gases invernadero y poder comerciar entre ellos, el Protocolo de Kioto sólo da importancia a las emisiones, sin tener en cuenta la concentración real de estos elementos en la atmósfera, que es consecuencia de otros factores.

Por ejemplo, el ozono es un gas invernadero que no se emite directamente y que por lo tanto no entra en ese comercio. El ozono no se emite desde la superficie, sino que se forma y se destruye en la misma atmósfera. De una forma natural la luz solar lo crea a partir del oxígeno del aire y , por otra parte parte, los radicales OH del aire, que proceden del vapor de agua, lo destruyen en igual proporción y en poco tiempo.

Pero es casi seguro que, a escala global, el ozono troposférico está aumentando.

¿Por qué aumenta ?

Los óxidos de nitrógeno emitidos por motores de coches y turbinas contribuyen a su formación extra, tras complicadas reacciones químicas en el aire en las que intervienen también otras moléculas "naturales" emitidas, por ejemplo, por los árboles.

Pero más culpable del aumento del ozono es probablemente el metano, y no porque lo forme sino porque evita en parte que se destruya. El metano se combina con radicales OH y se descompone en CO2 y en agua. Los radicales OH son un producto oxidante natural de la atmósfera que provienen del vapor de agua. De esta manera, por efecto del metano, quedan menos radicales OH para destruir el ozono que continuamente la luz solar está creando.

Se da la paradoja que algunos modelos de química atmosférica del calentamiento provocado por las emisiones, como el que pongo arriba, atribuyen a los óxidos de nitrógeno un efecto total de enfriamiento, y no de calentamiento, debido a otras reacciones que provoca, aparte de la de formación de ozono, como la que hace que se reduzca el metano.

Pero todo esto, complicado y cuantitativamente muy difuso, está, a pesar del supuesto "consenso", cogido con alfileres.

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Agnes Pockels

Vía Experiencia docet.

Químicos Modernos: Agnes Pockels, la química física del agua de fregar.

Agnes Pockels nació en Venecia (hoy, Italia) el 14 de febrero de 1862, donde su padre estaba destinado como oficial del ejército austriaco (Venecia perteneció a Austria hasta 1866) y donde enfermó de malaria. En 1871 la familia se asentó en Brunswick, en la Baja Sajonia, que ese mismo año entró a formar parte del II Reich alemán. Agnes, a lo largo de su vida viviría más cambios políticos sin salir de su casa: la I Guerra Mundial, la proclamación de la República de Weimar en la que Brunswick fue un estado libre, y la llegada al poder de Hitler y el advenimiento del III Reich. Agnes se dedicó a cuidar de sus padres y a su hermano pequeño, nunca se casó y nunca tuvo otro empleo que el de ama de casa. Y sin embargo, llegó a ser una pionera de la química, publicó repetidamente en Nature, se codeó con científicos de primer nivel, recibió un doctorado honoris causa, un homenaje de Wilhelm Ostwald, y sentó las bases para que otros profundizaran en su trabajo y llegasen a ganar un premio Nobel de química.

Una vez la familia asentada en Brunswick, Agnes se las ingenió para asistir al Instituto Municipal para Niñas mientras seguía ayudando en casa. En este colegio Agnes adquiriría “un entusiasta interés en las ciencias naturales, especialmente la física”. Cuando terminó sus estudios las universidades alemanas no admitían mujeres; cuando un poco más adelante sí lo hacían, sus padres no le permitieron matricularse.

En parte por inclinación propia y capacidades innatas, en parte por la influencia de su hermana mayor, Friedrich Pockels terminó estudiando física. Fue a través de los textos de su hermano, que Agnes devoraba, incluidos los de doctorado, como adquirió los conocimientos que ansiaba. Pero mientras que a su hermano le atraían las matemáticas y los aspectos más teóricos de la disciplina, Agnes era una mujer práctica, tenía que serlo por necesidad, y le encantaba la experimentación. Pero, ¿con qué experimentaría?

Su cuñada nos da la respuesta: “Esto es realmente cierto y no ninguna broma o licencia poética: lo que millones de mujeres ven todos los días sin placer ninguno y están ansiosas por tirar, esto es, el agua grasienta de fregar los platos, llevó a esta chica a hacer observaciones y en última instancia a la investigación científica.”

Agnes terminaría desarrollando un dispositivo que le permitía medir la tensión superficial de monocapas de sustancias hidrofóbicas (aceites y grasas) y anfipáticas (jabones y detergentes) y el tamaño de las moléculas. Consistía en un recipiente hecho a partir de una sartén de estaño (hojalata) con inserciones también de hojalata: una de las inserciones era fija, la otra, móvil, se usaba para comprimir una capa de jabón, por ejemplo, depositada sobre agua; las moléculas ocupan todo el espacio disponible, y se usa la inserción móvil para comprimir la capa; la presión necesaria, que cambia suavemente, se va registrando y llega un momento en que cambia bruscamente (el punto de Pockels), en ese momento las moléculas están en el máximo de compresión; sabiendo la superficie y el número de moléculas de jabón depositadas, sabes el área que ocupa una molécula. El dispositivo incorporaba una balanza con un disco de hojalata de 6 mm: determinando la fuerza necesaria para que el disco atraviese la monocapa se obtiene una medida de la tensión superficial. Con este dispositivo Agnes describió el comportamiento general de la tensón superficial con diferentes concentraciones de aceite y las cantidades de distintos aceites necesarias para constituir una monocapa de superficie conocida.

Sus estudios sólo eran conocidos por su hermano. Éste, consciente de la valía de los mismos y conocedor del mundo académico alemán y de la imposibilidad de que su hermana los publicase, podría haberlos publicado él mismo. En lugar de eso la animó a escribir al único hombre capaz de apreciar su trabajo, el mejor químico/físico experimental de la época, John William Strutt, tercer barón Rayleigh. Después de todo, un artículo de Lord Rayleigh que trataba algunos aspectos del trabajo de Agnes habían aparecido en 1890 en la Naturwissenschaftlichen Rundschau, a la que Agnes estaba suscrita.

El 10 de enero de 1891, Agnes escribió: “Milord: Habiendo tenido conocimiento de las fructíferas investigaciones llevadas a cabo por usted el año pasado sobre las poco conocidas propiedades de las superficies acuosas, he pensado que podría interesarle conocer mis propias observaciones sobre el asunto. Por varias razones no estoy en posición de publicarlas en los periódicos científicos, y por lo tanto he elegido este medio para comunicarle las más importantes de ellas...”

Lord Rayleigh no sólo era noble por nacimiento y, si ella no estaba en posición de publicar, el sí tenía el poder de hacer que se publicase un trabajo que tenía mérito. El 2 de marzo escribió al editor de Nature: “Le estaría muy agradecido si pudiese encontrar espacio para la traducción [realizada por Lady Rayleigh] adjunta de una interesante carta que he recibido de una dama alemana, quien con aparatos muy hogareños ha llegado a resultados valiosos con respecto al comportamiento de las superficies acuosas contaminadas. La primera parte de la carta de la señorita Pockels cubre casi el mismo terreno que parte de mi trabajo reciente y, en lo principal, está en armonía con él. Las secciones posteriores me parecen muy sugerentes, suscitando, si no las responden, muchas cuestiones interesantes. Espero encontrar pronto una oportunidad para repetir algunos de los experimentos de la señorita Pockels”.

La carta de Agnes aparecería publicada en Nature ese mismo año con el título de “Surface Tension” [Nature, vol. 43, pp. 437-439 (1891)]. Con ella Agnes Pockels había establecido las bases de la investigación cuantitativa de las películas superficiales, un nuevo campo científico que alcanzaría su reconocimiento con la concesión del premio Nobel de química a Irving Langmuir en 1932.

Al principio el mundo científico alemán no reparó demasiado en ella. Eso sí, recibió una invitación a hacer uso del laboratorio de física de la Universidad de Gotinga. Pero no la pudo aceptar. Sus responsabilidades familiares ahora incluían llevar la casa de la estrella de la familia, su hermano Friedrich, nombrado catedrático de física teórica en Heidelberg.

Pero Agnes no se quedó quieta. Todavía publicaría dos veces más en Nature (en 1892 y en 1894). También publicaría en lo que hoy llamaríamos revistas de divulgación científica alemanas, como Naturwissenschaftlichen Rundschau, y ocasionalmente también aparecería en revistas más especializadas. Mantuvo correspondencia con Georg Quincke, Herbert Teubner, Arnold Sommerfeld o Charles G. Darwin (no confundir con su abuelo). Incluso tras la muerte de su hermano en 1913 y su madre en 1914, continuó publicando casi anualmente el resultado de sus investigaciones. Todo cambió para ella con el fin de la Primera Guerra Mundial, sobre todo en lo que respecta al acceso a la literatura científica. Ya sólo publicaría de nuevo en 1926 y finalmente, sobre la adhesión de los sólidos, en 1933.

Sólo después de cumplir los 70 años empezó a ser reconocida la importancia de su trabajo en su país natal. 1932 sería su año. La Universidad Politécnica de Brunswick le concedió un doctorado honoris causa, el primero concedido a una mujer, en ingeniería, como inventora del método cuantitativo para medir la tensión superficial (y cuyo perfeccionamiento y los trabajos asociados le valdrían el Nobel de química a Langmuir, pero de esto ya hablaremos). Ese mismo año la Kolloid Gesellschaft le concede el premio Leonard (junto a Devaux). Finalmente, Wilhelm Ostwald publicaría un artículo en Kolloid Zeitschrift ponderando la importancia de su trabajo acompañado por una autobiografía de Agnes.

Agnes Pockels moriría el 21 de noviembre de 1935 en su hogar de Brunswick. El mundo la olvidaría poco después.