¿Cómo se pueden analizar los átomos?

Esta semana hablaremos sobre cómo analizar los átomos que conforman una molécula, un material o cualquier cosa, qué técnicas son las más utilizadas y cuales son más sensibles. Empezamos...

¿Cómo analizar un átomo?

Los átomos, como todos sabemos a estas alturas, son demasiado pequeños y probablemente demasiado complicados como para poder verlos o sacarles algún tipo de fotografía para analizarlos, así que los científicos desde hace muchos años se han tenido que buscar la vida para poder determinarlos de manera indirecta.

La marcha análitica

La manera que se empleaba primariamente para identificar metales en disolución (se puede disolver en ácido un metal) se basaba en hacerlo reaccionar con diferentes sales inorgánicas y reactivos para formar precipitados coloreados. Si estos reactivos se añadían en el orden adecuado se podían identificar varios metales simultáneos en la misma disolución. Este orden de reactivos se conoce habitualmente como la marcha analítica. 

Esta metodología tiene el problema de que funciona para un número pequeño y muy mayoritario (casi porcentajes) de átomos de metales. Aún así, es muy útil en ciertos lugares como en minas, donde las aguas que fluyen por en interior arrastran gran cantidad de mineral erosionado.

Fotómetros de llama

Cuando está metodología se empezó a quedar obsoleta debido a la gran cantidad de metales descubiertos y los niveles tan bajos (por ejemplo, en casos toxicológicos, en envenamientos por metales pesados) se hizo necesario el desarrollo de nuevas técnicas que permitiesen el análisis rápido y a bajas concentraciones.

Se conocía desde antiguo que al añadir metales a los fuegos artificiales, estos cambiaban el color de la explosión dependiendo del metal (además del aluminio, casi imprescindible). Empleando estos colores se desarrollaron los fotómetros de llama, en los que mediante una llama de acetileno (como una llama de soporte de soldador) se podían excitar ciertos metales, principalmente alcalinos y alcalinotérreos, y detectarlos dependiendo de su color de su emisión. Hay que remarcar que estos metales normalmente no eran detectables en la marcha analítica.

Basándose en estos fotómetros y en su capacidad de atomizar las muestras debido a su alta temperatura, se empezaron a utilizar para determinar metales que no emitían, simplemente excitándolos con una lámpara del "color" adecuado. Este principio, junto con el desarrollo de la espectroscopía en general y la ley de Lambert-Beer en particular, permiten determinar la concentración presente en muestras mucho más diluías y de prácticamente de todos los metales. Esta técnica se mejoró en algún orden de magnitud con la incorporación del horno de grafito, que permite la vaporización de los metales sin la radiación de fondo de la llama.

ICP-OES y ICP-MS

Ya en los años 80, se desarrolló la técnica de plasma acoplado inductivamente (ICP, por sus siglas en inglés). Esta técnica emplea una antorcha de plasma de argón que alcanza temperaturas entre 8000 y 10000 K, equivalente a la temperatura en la superficie del Sol. Inicialmente se empleó como fuente de emisión ya que alcanza más temperatura y puede hacer emitir a todos los metales, dando lugar a la espectrometría de emisión óptica por ICP, conocida como ICP-OES. 

Tras el desarrollo de esta técnica se observó que debido a las altas temperaturas alcanzadas muchos de los metales emitían menos de lo esperado debido a que se producía una importante ionización de la muestra. En vez de convertirse en un problema, las mentes brillantes lo emplearon como fuente de iones, acoplando a la antorcha la entrada de un espectrómetro de masas, dando lugar a la espectrometría de masas acoplada a ICP. Esta nueva técnica fue una revolución por diferentes motivos.

En primer lugar era capaz, de manera muy sencilla, de determinar los isótopos de todos los metales y de muchos no metales, lo que produjo una revolución en muchos campos, especialmente de la geoquímica. Además, los límites de detección bajaron hasta las partes por trillón americano (1 en 1.000.000.000.000), incluso menores en algunos casos.

Especiación

La especiación se denomina a la determinación de distintas especies del mismo ión metálico. La respuesta frente a los detectores previamente expuestos es la misma, por lo que es necesaria una separación previa. Aquí es donde entra en juego nuestra ya conocida cromatografía. Empleando cromatografías iónicas, de exclusión por tamaños o, incluso, electroforesis, es posible separar las especies metálicas, obteniendo un tiempo de migración característico para cada especie.

Hasta aquí el tema de hoy. Muchas gracias por leerlo hasta el final y si hay dudas, comentarios, preguntas puedes dejarl@s en los comentarios de abajo, en la página de Facebook o de Instagram (ambos con @callofchemistry).

Nos vemos!!

Fuerzas intermoleculares

Hace unas semanas hablamos de cómo funcionaban los enlaces entre átomos (enlace químico) y por ello esta semana veremos por encima cómo funcionan las fuerzas intermoleculares. Empezamos...

¿Qué son las fuerzas intermoleculares?

Las fuerzas intermoleculares son las fuerzas que mantienen juntas a las moléculas de compuestos covalentes moleculares. El resto de compuestos (iónicos, metálicos y covalentes no moleculares) forman redes y no moléculas discretas por lo que en principio no presentarían está fuerzas, pero aparecen entre cadenas y/o láminas.
Estas fuerzas son de distinta intensidad dependiendo de varios factores que determinan cada fuerza, desde la deformación de la envolvente electrónica hasta interacciones iónicas.
Para entender estas deformaciones es necesario conocer algún concepto. Un dipolo es el campo eléctrico creado por dos átomos enlazados que tienen distinta electronegatividad. Estos dipolos son permanentes, si los átomos enlazados son diferentes, instantáneos, si se producen por deformaciones instantáneas, o inducido, que ocurren por deformación a partir de otros dipolos, ya sean permanentes o instantáneos.

Clasificación:

Las fuerzas intermoleculares, también conocidas como de Van Der Waals, clasificadas de menor a mayor intensidad, son las siguientes:

• Fuerzas de dispersión de London o interacciones dipolo instantáneo-dipolo inducido. Son las interacciones más débiles. Ocurren cuando un dipolo instantáneo induce otro dipolo en una molécula apolar, sin dipolo, debido a las atracciones del núcleo de un átomo por la corteza electrónica del otro. Son deformaciones instantáneas que apenas tienen intensidad.
• Fuerzas dipolo-dipolo inducido. Tienen lugar cuando un dipolo permanente induce un dipolo a un enlace no polar. Tienen intensidades mayores a las de London pero siguen siendo débiles.
• Fuerzas dipolo-dipolo. Ocurren entre moléculas polares. Son mayores que las anteriores y son permanentes con el tiempo, por lo que unen más fuertemente a las moléculas polares.
• Enlaces de hidrógeno. Uniones entre átomos con pares de electrones libres y átomos de hidrógenos. El hidrógeno suele tener una pequeña carga positiva, por lo que es atraido por pares de electrones libres. Estas uniones son generalmente más fuertes que las fuerzas dipolo-dipolo. No confundir con puentes de hidrógeno, que son otro tipo de enlaces.
• Fuerzas iónicas. Son las más fuertes. Surgen por atracción de cargas netas entre átomos de las moléculas.

¿En qué influyen?

Estas fuerzas son responsables de los estados de la materia de las sustancias moleculares. Son capaces de modular las estructuras sólidas, las temperaturas de fusión y ebullición, las solubilidades en diversos disolventes, etc. Son responsables de la mayoría de sus propiedades fisicoquímicas supramoleculares, donde los enlaces covalentes apenas tienen influencia.

Son responsables de que el agua sea líquida, el oxígeno gaseoso o la gasolina líquida pero volátil. Es la razón por la que el agua sea un disolvente habitual, que el aceite no se solubilice en agua o de que las mezclas tengan sus propiedades.

Hasta aquí el post de esta semana en el que intento seguir con un poco de divulgación básica en química. Recordad que para dudas, consultas, ampliación de información o sugerencia de nuevos temas. Para todo esto podéis usar los comentarios más abajo, en Facebook o en Instagram (@callofchemistry).

Nos vemos!

¿Qué es el enlace químico y cómo se interpreta actualmente?

Esta semana el tema elegido ha sido el enlace químico, un tema que aparentemente es sencillo pero mucho más complicado de lo que aparentemente podría parecer. Empezamos...

La Teoría de Lewis

Esta teoría fue propuesta por Gilbert Newton Lewis en 1916 en el artículo "La molécula y el átomo". Esta teoría consta en poner alrededor de un átomo un número de puntos tanto como electrones tenga en su última capa. A partir de aquí, se trata de que, compartiendo los electrones seamos capaces de dar a cada átomo 8 electrones. Esta regla se conoce como La regla del octete. Si se comparten un par de electrones se dice que tienen un enlace sencillo, si se comparten 4 electrones es un enlace doble y así sucesivamente.

A partir de aquí se fue capaz de justificar las relaciones estequiométricas observadas entre los átomos y poder predecir las fórmulas de compuestos que entonces no se conocían. Aún así, no es capaz de justificar la mayoría de propiedades, como forma, propiedades eléctricas, magnéticas o de color.

La Teoría del Mar de Electrones

Esta teoría fue propuesta para justificar las propiedades de los metales. Esta teoría supone que todos los metales son átomos que han perdido los electrones de la última capa, permaneciendo como iones positivos inmersos en un mar de electrones. Este mar o nube de electrones mantiene los iones unidos. Las justificaciones de este modelo son un poco "flojas" ya que los iones se repelerían. Intenta explicar de una manera muy somera las propiedades electricas y térmicas de los compuestos metálicos.

La Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV)

Esta teoría se basa en unir los átomos como en la teoría de Lewis pero teniendo en cuenta los orbitales atómicos. Éstos únicamente se pueden combinar si cumplen criterios de simetría. Si este solapamiento es frontal, se denomina sigma (σ); mientras que si el solapamiento es lateral se denomina pi (π). Puede haber un enlace sigma y dos pi, haciendo un total de 3 enlaces entre dos átomos.

Además, teniendo en cuenta la repulsión electrónica entre orbitales llenos así como la combinación matemática entre ellos para formar orbitales nuevos (hibridación) se puede obtener de manera relativamente sencilla la forma y la distribución atómica espacial en una molécula. Aún así hay muchas propiedades en las que falla, como en el comportamiento magnético del O2, o en otras como en el color, del que no es capaz de predecirlo.

La teoría del campo del cristal

Esta teoría (menos conocida) fue desarrollada para un cierto tipo de compuestos, los complejos metálicos, en los que dependiendo de cómo se aproximen los ligandos se pueden modificar los niveles d de los átomos metálicos de manera que con la energía de ese desdoblamiento se es capaz de explicar el color y propiedades magnéticas. La pega de esta teoría radica precisamente en que únicamente vale para complejos metálicos, no es aplicable al resto de moléculas.

La teoría de orbitales moleculares

Esta teoría es la que se emplea en la actualidad y también la más compleja de todas. Permite explicar moléculas, materiales metálicos e iónicos que no podían ser explicados por las teorías anteriores. Esta teoría se basa en combinar los orbitales atómicos de las últimas capas de los átomos. Esto supone que al combinar dos orbitales atómicos surgen dos orbitales moleculares, uno enlazante (de menor energía) y otro antienlazante (de mayor energía). Dependiendo de cómo se coloquen los electrones el enlace será más o menos fuerte. 

El principal problema de este modelo es la complejidad para obtener resultados, siendo necesario mucho tiempo (incluso semanas) de cálculo computacional para la obtención de estructuras. Igualmente, las geometrías y energías pueden no necesitarse con tanta precisión, habiéndose desarrollado modelos alternativos basados en físicas más sencillas. Este modelo aplicado completamente permite predecir comportamientos eléctricos, magnéticos, colores, formas e infinidad de energías necesarias para la caracterización de la molécula (UV, IR, RMN, etc).

Actualmente este modelo se usa no sólo para moléculas sino también para metales y compuestos iónicos, dando lugar a la teoría de bandas, que surge de aplicar la teoría de orbitales moleculares a redes (casi) infinitas.

Pues con este breve resumen lo dejamos esta semana. Si tienes dudas, preguntas o quieres ampliar cualquiera de las teorías sólo tienes que pedirlo. Para eso y más puedes utilizar también los comentarios en Facebook e Instagram.

Nos vemos!!

Cromatografía de gases (GC): Principios y comparación con HPLC

Buenas! Es este blog hemos hablado mucho de cromatografía líquida pero muy poco de cromatografía de gases. Los principios fisicoquímicos de separación son los mismos pero la instrumentación e interacciones son ligeramente diferentes. Empezamos...

¿Qué es la cromatografía de gases?

Como ya hemos explicado en muchos post anteriormente, la cromatografía es una técnica de separación basada en la diferente afinidad de un compuesto por dos fases, una estacionaria y otra móvil que circula por su superficie. La principal diferencia de la cromatografía de gases radica en que la fase móvil es un gas, frente a la cromatografía de líquidos que la fase móvil es un líquido (muy obvio).

Debido a que es un gas, las interacciones con el analito son mínimas, de hecho se intenta que sean nulas, y que únicamente sea soluble porque los gases tienden a mezclarse. Por tanto. esta fase móvil no interaccionante se va a denominar "gas portador" ya que únicamente transporta la muestra sin interaccionar con ella. Esta es una de las grandes diferencias con la cromatografía de líquidos y que permite que los picos sean mucho más estrechos (aunque esto ya lo explicaré otro dia con más detalle, lo podéis sugerir en los comentarios). Los gases portadores más empleados son el N₂ y el He, aunque en casos  especiales se puede emplear H₂, aunque hay que tener cuidado con la mala costumbre que tiene de explotar al estar en contacto con el aire (como a la salida de la columna), a presión y a temperaturas altas (más de 200ºC), por eso no se usa tanto.

Otra de las principales diferencias está en el tipo de columnas. En cromatografía de gases se suelen usar columnas capilares muy largas (entre 20 y 50 metros). Si comparamos este tipo de columnas con las utilizadas en los cromatografos de líquidos más modernos (UPLC) se ve que la tendencia es totalmente opuesta, el empleo de columnas rellenas y de longitudes mínimas (de aproximadamente 5 cm). Esta gran diferencia se basa en las propiedades físicas de los gases, principalmente en su viscosidad y su difusividad, que permiten que el flujo de los gases a través de espacios pequeños sea más fácil y que las moléculas les cueste menos moverse.

¿Qué diferencias principales hay en la instrumentación?

Supongo que esta pregunta que en principio puede parecer bastante trivial, ya que la manera de trabajar con un líquido o un gas son relativamente obvias, hay otros muchos aspectos que no lo son tanto y vamos a ver los más importantes.

El primero es que para impulsar un líquido a través de un espacio muy pequeño (como el que queda entre las partículas del relleno de la columna) hace falta una presión enorme, por lo que la bomba es una de las partes más importante. Por contra, los gases suelen venderse comercialmente a presión, haciendo que la bomba sea poco útil, ya que esta presión es más que suficiente para hacer que el gas circule.

La segunda es la manera de introducir la muestra. En líquidos vimos que esto se hace a través de válvulas de presión que permiten introducir líquidos a presión ambiental en sistemas a alta presión debido a la mínima compresibilidad de los líquidos. Como en los gases no es así, las inyecciones se realizan en un pequeño volumen a alta temperatura, para que si se introduce un liquido volátil se produzca una evaporación instantánea (evaporación flash) y que los gases que se puedan inyectar calientes no condensen. Además muchos inyectores pueden realizar diluciones mediante los sistemas split, que separan parte de la inyección e inyectan el resto, pudiéndose realizar inyecciones reproducibles con relaciones 1:1000 (uno se inyecta 1000 se desechan).

La última radica en la manera de realizar los gradientes. En cromatografía líquida se realizan incrementando la proporción de modificador orgánico, no siendo posible esto en gases porque el gas ni siquiera interacciona con el analito. Este gradiente se realiza con la temperatura de la columna, estimándose que la retención se reduce a la mitad cada 30ºC, así que con una diferencia de temperatura progresiva (rampa) entre dos temperaturas muy diferentes (habitualmente casi 200ºC) pueden separarse compuestos muy diversos.


Este post ya está quedando bastante largo, por lo que hoy lo vamos a dejar aquí. Si queréis alguna aclaración, duda, ampliar contenido o cualquier otra cosa lo podéis hacer en los comentarios de abajo, en Facebook o en Instagram (ambos @callofchemistry).

Nos vemos la semana que viene!!

Temporada 2: ¿Qué es la Química? Definición por un químico

Ya que este blog trata de química, hoy voy a intentar mostrar una idea muy general de lo que es. Así que…

¿Qué es la Química?

Si comenzamos por la definición de la Real Academia Española, en su cuarta acepción (¿Cuarta?) dice que la Química es la “Ciencia que estudia la estructura, propiedades y transformaciones de los cuerpos a partir de su composición”. Realmente de lo que se ocupa la química es de las transformaciones y necesita caracterizar la materia que hay antes y después de la transformación, ya sea en estructura o en propiedades.

Esta definición de la química es una definición enfrentada a la de física, que sería la ciencia que estudia los procesos en los que NO hay transformaciones, es decir lo que hay al principio hay al final. La física está definida en la sexta acepción de la RAE (al menos los hay peores) como “Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, y las relaciones entre ambas”.

Si ponemos ejemplos de la vida cotidiana, una pelota botando sería algo que estudiaría la física, ya que la pelota botando siempre está igual, mientras que un fuego sería algo que estudiaría la química, ya que la madera del principio y el humo del final son diferentes.

Comparación entre Química y Física

Además hay que añadir que la química es fundamentalmente una ciencia experimental, es decir, sus principios proceden de la experimentación y los modelos realizados deben ajustarse a la realidad. Si no se ajusta, o no está bien hecho o puede mejorarse. Por lo tanto, creo que una buena definición para la química puede ser “Ciencia experimental que estudia los procesos que involucran un cambio en la naturaleza de la materia y los necesarios para caracterizar los estados anterior y posterior”

La química, aunque es una ciencia en sí misma, está dividida en diferentes ramas, estrechamente conectadas entre sí. Estas ramas serían la Química Analítica (que estudia cómo analizar la materia), la Química Orgánica (que se basa en estudiar compuestos con enlaces C-C y C-H), la Química Inorgánica (que estudia los compuestos con distintos enlaces a los C-C y C-H), la Química-Física (que estudia los parámetros físicos de los cambios) o la Bioquímica (estudio de los procesos químicos en los seres vivos).

Espero que os haya quedado claro qué es la química y qué estudia. Hasta aquí el post de esta semana. Si hay alguna duda, curiosidad, comentario, etc. los puedes comentar aquí, en Facebook o en la  cuenta de Instagram.

Nos vemos la semana que viene!!

¿Cómo funciona un protector solar?

Esta semana hablaremos sobre cómo evitar uno de los riesgos del verano y, sobretodo cómo evitarlo. Veremos cómo funcionan las cremas solares, esas que utilizamos en verano en la playa y/o en la montaña para evitar quemarnos la piel con el Sol. Empezamos...

¿Qué tipo de radiación nos envía el Sol y cuál es más perjudicial para nosotros?

El Sol nos envía constantemente una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, en forma de luz, vamos. De toda esa energía, la que principalmente nos llega a nosotros está contenida en la zona del infrarrojo, del visible y del ultravioleta. La energía por debajo del infrarrojo es dispersada por la atmósfera mientras que la radiación con longitudes de onda por debajo de los 200 nm es absorbida por los gases de la atmósfera y no llega a nosotros. El problema que vamos a tratar es el de la luz ultravioleta, especialmente el ultravioleta A, B y C.

Espectro electromagnético
https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Electromagnetic_spectrum-es.svg

De la radiación infrarroja se puede decir que lo más importante es el calor que ofrece, de la luz visible su propio nombre nos lo dice, nos da la luz necesaria para poder ver mientras que la luz ultravioleta nos produce quemaduras en la piel.

Para evitar esto nos aplicamos cremas solares que nos permite evitar estas quemaduras pero... ¿Cómo hacen que no nos quememos?

Absorción de luz ultravioleta

Las cremas solares absorben la luz ultravioleta y hacen que no lleguen a la piel. Esto es fácil observarlo con cámaras que captan la luz ultravioleta. Si aplicamos crema en una parte de la cara, por ejemplo, en una foto normal (captando el visible) no se aprecia una diferencia significativa mientras que con la cámara ultravioleta se observa que la parte de la cara con la crema se ve negra (porque absorbe toda la luz ultravioleta) mientras que la parte sin aplicar aparece con un color normal.

Ejemplo de bloqueo de luz ultravioleta con una crema solar
https://en.wikipedia.org/wiki/Sunscreen#/media/File:UV_and_Vis_Sunscreen.jpg

Si buscáis en Internet, incluso en la propia Wikipedia hay más fotografías en las que se observa el efecto de las cremas solares. El número que tienen las cremas (SPF, Sun Protection Factor, Factor de protección solar) indican el porcentaje de luz ultravioleta que son capaces de bloquear (en las condiciones de aplicación, si aplicas una capa más gruesa en teoría absorbe más).

Os dejo aquí abajo un vídeo (en inglés, aunque se le pueden poner subtítulos) que explica esto mucho o mejor y con más datos:

Hasta aquí el post de esta semana. Si hay alguna duda, curiosidad, comentario, etc. los puedes comentar aquí, en Facebook o en la nueva cuenta de Instagram.

Nos vemos la semana que viene!!

¿Por qué no podemos parar de comer patatas fritas?

Esta semana hablaremos de por qué al comer patatas fritas y demás ganchitos nos es tan difícil dejar de comer. Nos podemos comer la bolsa cuando realmente habíamos empezado a comer sin apenas ganas pero, ¿por qué pasa esto? ¿Es habitual o un suceso raro? ¿Es natural o provocado? Vamos a ver de dónde viene todo esto y qué lo provoca. Comenzamos!!

El sabor Umami

El sabor Umami es nuevo sabor, propuesto a partir del año 1908, cuyo significado en japonés significa sabroso. Fue asignado primariamente al glutamato, forma desprotonada del ácido glutámico, presente en el caldo de alga kumbu.

Molécula de Glutamato

El glutamato tiene una larga historia en la cocina.​ Las salsas de pescado fermentado, ricas en glutamato, se usaban ya en la Roma antigua. A fines del siglo XIX, el chef Auguste Escoffier, quien abrió el restaurante que fue considerado como el más glamuroso, costoso y revolucionario en París, creó comidas que combinaban el sabor umami con sabores dulces, ácidos, amargos y salados.​ Sin embargo, no conocía la química detrás de esta característica tan particular.

El sabor Umami es un sabor sutil pero de regusto prolongado y difícil de describir. Induce la salivación y una sensación aterciopelada en la lengua que estimula la garganta, el paladar y la parte posterior de la boca. Por sí mismo, umami no es sabroso, pero realza el sabor agradable de una gran cantidad de alimentos, especialmente en presencia de aromas complementarios. Pero al igual que otros sabores básicos -excepto la sacarosa- umami es agradable sólo dentro de un margen relativamente estrecho de concentración.​ El sabor umami óptimo depende también de la cantidad de sal.

Patatas fritas, ricas en sabor umami

Glutamato monosódico

Todo este sabor Umami viene provocado, en el caso de las patatas fritas y demás fritos, a que se les añade artificialmente glutamato monosódico, también conocido como aditivo E-621. Esta adición se realiza precisamente para que comamos más patatas, ya que este compuesto actúa como potenciador del sabor, debido a que equilibra, combina y resalta el carácter de otros sabores, especialmente en presencia del sal (NaCl). Además existe la creencia que este compuesto produce adicción a corto plazo, de manera que al empezar a comer es difícil dejarlo, lo que hace que nos comamos la bola y todo lo que haya delante. Podéis leer todas las teorías en este artículo sobre qué es el glutamato monosódico.

Bolsa de glutamato monosódico para su uso como aditivo alimentario

Para estos alimentos, se vende el glutamato monosódico, en España principalmente en pequeños comercios chinos y latinos. También, como indica el artículo, se le ha puesto el sobrenombre de el "Síndrome del restaurante chino", ya que se cree que es ampliamente usado en este tipo de restaurantes y que es el resultado de que muchas de las comidas de estos restaurantes sepan parecido.

Molécula del glutamato monosódico

Así que ya sabes, si te cuesta dejar de comer algo, que además tiene sabor salado y, especialmente, si viene de restaurantes chinos, que sepas que la molécula que tienes aquí arriba puede ser la responsable. Siempre puedes buscar más información sobre toda esta información, preguntar si tienes dudas, dejar comentarios aquí, en Facebook, o en la recién creada cuenta de Instagram!!

Nos vemos la semana que viene!

Cuídate!!

¿Qué ha pasado con el Valsartán?

Esta semana ha saltado desde la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS) una alerta sanitaria debido a una impureza de fabricación de un lote de Valsartán fabricado en China. Esta alerta ha provocado la retirada de decenas de lotes de medicamentos en toda España pero, qué ha pasado realmente? Vamos a verlo con detalle...

¿Que es el Valsartán?

El Valsartán es un medicamento contra la hipertensión que puede ser usado también en casos de infartos. Actúa como vasodilatador de las arterias, reduciendo la presión arterial. Este principio activo se comercializa en distintas dosis (entre 40 y 320 mg) y también junto con otros principios activos, como pueden ser el amlodipino o la hidroclorotiazida.

Molécula de Valsartán

¿Qué ha pasado esta semana con el Valsartán?

La Agencia Española del Medicamento y Productos Sanitarios (AEMPS) informó de la detección de N-Nitrosodimetilamina (NDMA) en el principio activo Valsartán fabricado por Zheijing Huahai Pharmaceutical Co. (China). Esta impureza se ha generado como consecuencia de un cambio en el proceso de fabricación del Valsartán autorizado por la Dirección Europea de la Calidad de los Medicamentos (EDQM) del Consejo de Europa. Esta alerta afecta a múltiples países a nivel europeo y mundial.

Sí, en efecto, la mayoría de los principios activos de los medicamentos que consumes provienen de China. Esto no implica una menor calidad pero sí una rebaja importante en el coste de producción de los medicamentos, lo que favorece un mejor acceso y menor precio de los medicamentos finales.

En resumen, en los lotes de Valsartán se encontró NDMA en concentración de trazas, por lo que, por seguridad, se ha decidido retirar los lotes que contienen ese Valsartán del mercado. Debido a que las pastillas contienen miligramos de Valsartán y éste contiene partes por millón de NDMA, se encuentran cantidades de pocos microgramos (0.000001 g) de NDMA. Además, su toxicidad no está probada en humanos, sólo en animales, (Tipo 2A) por lo que podría no ser tan malo como se espera.

Por estas razones, el consumir estos medicamentos, aún siendo a diario, no implica en principio un riesgo para la salud aunque para evitar riesgos la AEMPS ha retirado todos los lotes y está pidiendo a la gente que devuelva sus pastillas y acuda al médico para modificar su tratamiento para evitar tomar estos lotes con impurezas.

Este breve post es el de esta semana, aunque correspondía otro tema pero como llamaba la actualidad he decidido hablar sobre este tema. Ya que en parte me toca de cerca, si tenéis dudas, preguntas o aclaraciones las podéis dejar aquí o en los comentarios de Facebook.

Hasta la semana que viene!!

Nos vemos!!

¿Fluorescencia o fosforescencia?

El tema de este post ya se comentó brevemente en el post del color (revísalo si quieres para recordarlo), pero hoy nos centraremos un poco más en la emisión de la luz, especialmente en la fluorescencia y en la fosforescencia, sus semejanzas y sus diferencias. Empezamos...

Emisión de luz

Tanto la fluorescencia como la fosforescencia son fenómenos luminosos que se basan en emisión de luz aunque no son los únicos. Otros procesos como la emisión infrarroja o de cuerpo negro o emisiones de tipo Raman también están presentes, aunque lo veremos en otros post.

En este caso la fluorescencia y fosforescencia son fenómenos de emisión en el intervalo del UV-Vis pero las emisiones, especialmente la velocidad e intensidad de emisión, son diferentes.

La fluorescencia se basa en la absorción de luz y la reemisión instantánea de la misma tras una pequeña pérdida de energía, por lo que la emisión tiene menor energía de la absorción, siendo característica cada una de las energías de absorción y emisión así como la diferencia entre estas energías.

Diagrama de Jablonski (o de energías) del proceso de fluorescencia
https://www.youtube.com/watch?v=NokCiQml29s

La fosforescencia se basa en un fenómeno cuántico diferente. La absorción de luz es igual pero antes de regresar al nivel fundamental se produce una transición a un nivel en el que el electrón debe cambiar su spin (cruce entre sistemas), pasando de una configuración de singlete (todos los electrones apareados, o todos los spines compensados) a una de triplete (con dos electrones con el mismo spin en el último nivel). Por tanto, el regreso del electrón al nivel inicial está "prohibido" por las reglas de la mecánica cuántica. Esta prohibición no es totalmente estricta pero indica que la transición va a ser extraordinariamente poco probable.

Diagrama de Jablonski para la fosforescencia
http://nptel.ac.in/courses/102103044/module2/lec6/1.html

Por este impedimento cuántico, el regreso al nivel fundamental es muy lento, hasta de varios segundos, haciendo que aunque se haya apagado la fuente de excitación la emisión de luz continúe durante un tiempo.

¿Dónde vemos cada uno de estos fenómenos?

La fluorescencia es el fenómeno que más frecuentemente vemos aunque a simple vista no lo parezca. Ya se vio en el post de la eficiencia energética y en el de la luz el funcionamiento de un tubo fluorescente como los que hay en los baños, cocinas, pasillos en los edificios grandes, etc. aún así lo vamos a recordar con algo más de detalle.

Un tubo fluorescente consta de un tubo de vidrio en el que se ha hecho vacío dentro y se le han colocado unos electrodos en los extremos. En este tubo se introduce una pequeña cantidad de mercurio que, debido al vacío, se transforma en gas. Al aplicar un campo magnético, empleando el cebador, el gas puede conducir la electricidad. Con una energía eléctrica suficiente se puede hacer que el gas de mercurio emita luz, en este caso en el ultravioleta, luz invisible y de mucha energía, aprovechándose esta emisión como emisión de excitación.

Diagrama de un tubo fluorescente
https://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/16576156/Como-instalar-un-Tubo-o-Lampara-Fluorescente---componentes.html

¿Y la luz visible? Pues proviene de un recubrimiento interior del tubo, que contiene fosfatos de diferentes metales que proporcionan fluorescencia de diferentes colores. Antiguamente, los fluorescentes tenían una tonalidad amarillenta que todavía es apreciable a veces aunque actualmente se les añadió un fluoróforo azul que compensa el amarillo y proporciona una luz más blanca.

También es posible ver la fluorescencia de la quinina, de color azul, en los gin-tonics por la noche en las discotecas que tienen luz negra (ultravioleta), de esas que hacen que brillen los dientes y las camisetas blancas, también por fluorescencia. La quinina es un componente del agua tónica que tiene una fuerte fluorescencia con la luz ultravioleta y es observable incluso en disoluciones diluidas.

Fluorescencia de la quinina
https://www.lavidacotidiana.es/por-que-la-tonica-tiene-un-brillo-azul-en-la-discoteca/

La fosforescencia típica se observa en los carteles de salidas de emergencia, extintores, etc. Son reconocibles por su color verdoso y su luz tenue. Es posible verlo también en manecillas de los relojes y en algunos juguetes infantiles.

Reloj fosforescente
http://www.biobodybrain.com/reloj-location-volvelux-reloj-luz.html

Hasta aquí el post de hoy después de unas semanas sin subir nada por problemas técnicos y del ordenador. Ya sabes, como siempre digo, si tienes alguna duda, comentario, interés u otro menester tienes los comentarios aquí abajo así como los comentarios de Facebook para preguntar. Sin más me despido hasta la semana que viene.

Química de disoluciones: Propiedades coligativas

Todos sabemos que en invierno se echa sal en las carreteras y en las puertas de las casas para evitar la formación de hielo. Tampoco es conveniente beber agua del grifo en las ciudades cercanas al mar debido a la gran cantidad de sales que contiene el agua, son aguas duras y esa dureza depende de la materia disuelta. Está claro que al disolver materia la naturaleza del disolvente se ve modificada pero qué alteraciones sufren y de qué intensidad van a ser el tema de esta semana. Empezamos...

Propiedades coligativas

Las propiedades coligativas son las propiedades fisicoquímicas que se modifican en un sustancia por el hecho de disolver en ella otra. Estas propiedades son fundamentalmente cuatro, vamos a verlas una por una.

Disminución de la temperatura de fusión

Como ya he comentado y todos sabemos, el disolver sal en agua hace que funda a menor temperatura. Este descenso depende de la cantidad de sal disuelta y del disolvente de la siguiente manera:

ΔT = K_f·m

Esta fórmula lo que indica es que el descenso de temperatura depende del disolvente (Kf) y de la cantidad de soluto disuelto (m = molalidad). Esta molalidad se calcula como la relación entre los moles de soluto y los kilos de disolvente, el único tipo de expresar concentración que utiliza el disolvente en vez de la disolución.

Este comportamiento también se usa en los circuitos de agua de los coches, a los que se le añade un "anticongelante", normalmente etilenglicol, que tiene una gran solubilidad en agua y rebaja hasta 10 grados la temperatura de fusión del agua del motor. Como caso recreativo, se añade sal a las neveras con agua y hielo para que al bajar la temperatura de fusión se mantengan aún más frias o, incluso, congeladas.

Aumento de la temperatura de ebullición

Ya que la adición de un soluto a un disolvente se puede decir que estabiliza la fase líquida en un proceso de fusión, de igual manera estabiliza la fase líquida en los procesos de evaporación, llevándose a cabo con un comportamiento muy similar al de fusión.

ΔT = K_v·m

Este aumento de temperatura depende del disolvente y de la cantidad de soluto, de igual manera que en la temperatura de fusión. Este comportamiento era usado antiguamente para hacer que el agua de la cocción estuviese más caliente y los alimentos se cocinasen antes.

Descenso de la presión de vapor

La presión de vapor es la propiedad que indica la cantidad de una sustancia que es estable en fase de vapor con un líquido. Cuando la presión atmosférica alcanza esta presión la sustancia es estable en fase vapor y se vaporiza. Por eso en ciudades localizadas a cierta altura el agua hierve antes de los 100ºC y, si se baja lo suficiente la presión, es posible hacer hervir agua con el calor de la mano (yo lo he llegado a hacer y es bastante impactante, de hecho este tema de la presión de vapor daría para un post entero, se aceptan propuestas 😉).

Como ya hemos comentado antes, la adición de un soluto a un disolvente hace que este último estabilice su fase líquida, haciendo que aunque descienda la presión necesaria para que hierva la mezcla. También se puede entender como una variación del punto anterior aunque se basan en fenómenos fisicoquímicos diferentes. Podéis ver cómo se observa aquí, donde también podéis ver el resto.

Aumento de la presión osmótica

La ósmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor hacia zonas de mayor concentración de partículas. El efecto puede pensarse como una tendencia de los solventes a "diluir" hasta que se igualen las concentraciones. Es el paso espontáneo de solvente desde una solución más diluida hacia una solución más concentrada, cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable por la que sólo puede pasar el disolvente. La variación de esta presión de vapor se puede obtener a partir de la ecuación de los gases ideales, es la siguiente:

Π = m·R·T

donde Π es la presión osmótica, m la molalidad, R la constante de los gases ideales (0.082 atm·L/(mol·K)) y T la temperatura absoluta.

Esta propiedad es clave en procesos biológicos, donde las membranas celulares son permeables al agua pero no siempre a las sales y compuestos disueltos. Esto hace que por diferencias en esta presión osmótica las células puedan perder o ganar agua, cambiando sus actividades y pudiendo, en casos extremos a morir. El caso más claro ocurre al beber agua a la que no estamos habituados, ya sea con pocas sales (como de un manantial de la montaña) o con muchas (como agua de mar o de los grifos de la costa). Este agua con una diferencia tan grande a la presión osmótica de las células del intestino hace que no funcionen correctamente y estemos varios días con diarrea. En caso del agua de manantial, la falta de sales hace que el agua intente diluir el interior de la célula, haciendo en casos extremos que revienten debido a su presión interior. Esto hace que no funcione el intestino como es debido y de ahí la diarrea. En caso del agua con muchas sales el proceso es justo al contrario, como fuera hay tantas sales la célula se vacía de agua para intentar diluirlo, secándose y dejando de funcionar hasta que se rehidrate, si no muere antes, de ahí la diarrea.

Aún así, existen bebidas isotónicas que permiten reponer sales a la concentración justa haciendo que las células que hayan sobrevivido puedan mantenerse en condiciones perfectas, por eso cuando hay diarreas recomiendan bebidas para deportistas, tipo aquarius, que son bebidas isotónicas con la cantidad justa de sales para que todo vuelva a su ser.

Este ha sido el post de esa semana, aunque la explicación de cada fenómeno ha sido escueta si hay alguna duda está abierto el espacio de los comentarios para ampliaciones, comentarios, dudas o curiosidades. Como siempre, también está la página de Facebook, donde se votan todas las semanas el tema del próximo post, no te lo pierdas.

Nos vemos la semana que viene.

Cuídate!

¿Qué partes tiene un HPLC?

Muchos de nosotros hemos acabado con un HPLC entre las manos a lo largo de nuestra carrera profesional. La primera vez que te encuentras frente a uno, con un montón de módulos y sin saber qué hace cada uno, es bastante frustrante. Así que hoy voy a repasar de manera muy rápida los diferentes componentes que tienen los aparatos de cromatografía de líquidos (tanto HPLC como UPLC) y ver para qué sirve cada uno, si son imprescindibles, etc. Empezamos:

Esquema básico

Lo que necesita mínimamente un HPLC es lo necesario para pasar un líquido por un tubo y algo que pueda medir el analito a la salida.

Lo primero necesitamos un recipiente donde tener la fase móvil para ir cogiendo poco a poco. Usualmente se suelen usar frascos ISO de vidrio aunque se puede tener un contenedor más grande. Debe ser inerte a la fase móvil (no soltar nada ni disolverse en la fase móvil) y si puede ser tapado mucho mejor.

Frasco ISO
https://www.auxilab.es/es/productos-laboratorio/frasco-iso-tapon-azul-1000-ml-simax/

A continuación hay que llevar ese líquido a hacia la siguiente etapa, la bomba que va a impulsar ese líquido a través de nuestro sistema. Lo llevaremos a través de tubos inertes, habitualmente plásticos y (semi)transparentes, para saber por dónde va el líquido en el caso de los primeros llenados, aunque también pueden ser opacos. En la punta del tubo suele haber una frita metálica para filtrar la fase móvil (que ya debería estar previamente filtrada) y así evitar que partículas sólidas puedan atascar o deteriorar nuestro sistema.

A continuación, y antes de la bomba pueden localizarse dos dispositivos, el mezclador y el desgasificador. El mezclador permite mezclar en las proporciones deseadas los líquidos que llegan por dos o más canales. Esto permite hacer optimizaciones más rápidas y hacer GRADIENTES de fase móvil, una ventaja muy grande en cromatografía que permite obtener los picos con una elución más temprana y con menor dispersión que en cromatografía isocrática. Los mezcladores colocados antes de la bomba se denominan de "baja presión" ya que mezclan los líquidos sin presión. Este punto es importante con respecto a los mezcladores de "alta presión", colocados después de la bomba, ya que al tener los líquidos diferentes coeficientes de compresión (normalmente uno acuoso y otro orgánico) las proporciones al mezclarlo antes o después de la bomba varían.

El desgasificador es un artilugio opcional (aunque muy recomendable) y que ya la mayoría de los aparatos comerciales nuevos traen incluido. Sirve, como su nombre indica, para eliminar el posible aire o gas que haya disuelto o libre en la fase móvil. Todo el aire disuelto así como las burbujas son como veneno para el HPLC ya que, en primer lugar, al llegar a la bomba y ésta hacer presión, es más fácil comprimir ese gas hasta hacerlo mínimo que bombear el líquido por los tubos, por lo que los caudales serán irregulares, entrecortados y poco reproducibles. Además, este gas puede producir caminos preferentes en nuestra columna, haciendo que la retención sea menor y la eficacia de la columna disminuya mucho. Por último, este gas dará señales que pueden ser confundidas con picos en el detector, o al menos, estropearnos el cromatograma con señales fantasma provenientes de este ruido. En caso de no tener desgasificador, la solución ideal es burbujear en la fase móvil un gas inerte (Ar o He de alta pureza) que arrastre por nucleación ese gas disuelto. En caso de no ser posible, ya que es una opción cara, es imprescindible filtrar diariamente la fase móvil a vacío (idealmente con un filtro de 0.45 micras para HPLC y 0.22 micras para UPLC) para asegurarnos que al pasar por el filtro el gas queda eliminado, así como trasvasarlo con cuidado de no crear burbujas, vamos, que no lo tireis de muy alto, estas llenando un bote, no escanciando sidra.

A continuación llega la primera parte imprescindible, principal e ineludible de un sistema HPLC, la BOMBA. Son bombas de pistones (normalmente dos) accionadas por motores eléctricos de pasos y que permiten un control preciso de la presión y del volumen impulsado. Los sistemas HPLC trabajan habitualmente en el orden de 1 mL/min, aproximadamente mientras que los UPLC se encuentran en el intervalo de decenas de microlitros por minutos. También se comercializan bombas que pueden trabajar en modo de HPLC y UPLC simplemente ajustando electrónicamente los caudales. Además, suelen llevar válvulas antirretorno para evitar bombear en el sentido equivocado así como pequeños filtros por si se rompiesen las fritas de la fase móvil.

Ahora ya tenemos la fase móvil a presión y hay que mandarla por tubos que aguanten esa presión y sean inertes. Estos materiales suelen ser acero inoxidable o PEEK (Polieteretercetona), que aguantan bien la presión con pequeños grosores. El diámetro interno de estos tubos es mínimo, apenas visible, de unas pocas micras, por lo que el corte y manipulación de estos tubos es crítica, ya que el aplastar estos tubos supone cerrar el tubo y evitar que circule el líquido. Existen tenazas especiales para cortar estos tubos así que cuidado con cortarlos con cuchillas, tijeras, etc, ya que puede ser un atasco muy fácil y casi imperceptible.

Errores típicos en los tubos de HPLC
https://www.chromacademy.com/chromatography-troubleshooting-HPLC-variable-peak-height.html

Ya tenemos el líquido circulando, ahora hay que meter la muestra. Ya que el líquido circula a presión el abrir el tubo para meter la muestra no es recomendable por lo que se suelen emplear válvulas de presión. Las habituales son las de 6 vías (en más del 90% de los equipos) aunque hay hasta de 16 válvulas que permiten una tremenda versatilidad a cambio de mayor complejidad y dinero. La introducción de las muestras en los inyectores se puede hacer manualmente con una jeringa o automáticamente con un automuestreador y una gradilla con las distintas muestras. Al inyectar el líquido en estas válvulas se suele llenar un bucle de tubo de la válvula (entre 5-50 microlitros, aunque pueden llegar a un mililitro) para asegurar inyecciones reproducibles.

GIF de funcionamiento de una válvula de 6 vías (en inglés)
https://people.uwplatt.edu/~sundin/351/351hHPLC.htm

Ya, una vez la muestra introducida a presión en el sistema llegamos a la columna, donde vamos a separarlo. Este punto, junto con la composición de la fase móvil, son los parámetros claves de la separación y deben ser elegidos para cada grupo de analitos. Como único dato, decir que las partículas de las columnas de HPLC suelen tener un tamaño entre 5-3 micras de diámetro mientras que las de UPLC suelen ser su-2 micras, habitualmente 1.7 micras. Debido a su menor tamaño, tienen mucha más superficie, lo que aumenta su capacidad de separar así como la presión necesaria para hacer pasar el líquido entre sus partículas, ya que ocupan mayor sección del tubo ( es como intentar llenar el suelo de balones de fútbol o naranjas, estás últimas dejan huecos más pequeños que hace que sea más difícil de pasar el líquido por ahí).

De la columna saldrá otro tubo (con poca presión) que dirigirá el líquido hacia el detector, de los que ya hemos hablado en otro post, y, si es necesario, al desecho. En todos estos recorridos hay que intentar que los tubos de unión sean lo más cortos posibles, evitando los volúmenes muertos y las juntas defectuosas que puedan tener pérdidas o entre aire.

Es posible realizar derivatizaciones pre-columna y post-columna para mejorar la separación y detección, respectivamente. También pueden intercalarse antes del detector columnas supresoras de iones en cromatografía iónica. Estos elementos, aunque muy minoritarios, no son extraños y pueden aparecer en ciertas aplicaciones. Hay que tenerlos siempre en cuenta si son necesarios.

Esquema básico de un sistema HPLC
Tesis doctoral de Miguel Peñín Ibáñez

Y con esto os dejo hasta la semana que viene. Como siempre, dudas, consultas, ampliaciones de cualquier tema tocado o que os interese, puedes preguntar por aquí o en la página de Facebook del blog. Allí también se pondrá la encuesta para elegir temas que desarrollar aquí, así que no te olvides de visitarla con frecuencia.

Nos vemos la semana que viene!

Cuídate!

Actualidad química: Halladas toneladas de tierras raras en Japón bajo en mar.

La semana pasada se pudo ver en diversos medios de comunicación que se habían encontrado 16 millones de toneladas de tierras raras, pero qué son y para qué sirven estas tierras raras es algo que todavía muchos desconocen así que vamos a comentar la noticia y dar unas pequeñas pinceladas de lo que son. Empezamos...

¿Qué han encontrado en Japón?

El pasado día 10 de Abril se publicó en la revista Scientific Reports (Nature) un artículo en el que se habla sobre el hallazgo de un gran yacimiento de tierras raras e Itrio (REY, rare earths and yttrium). La principal desventaja es estar a varios kilómetros bajo el mar aunque en el propio artículo propone una manera de poder extraerlo, mediante una separación por hidrociclón. Pero este yacimiento no es nuevo (aunque lo pongan en los periódicos), ya se conocía desde el año 2012, sino que la novedad es que han propuesto una posible manera de extraerlo además de ser capaces de cuantificarlo.

Han cuantificado que existen reservas para 62, 47, 32 y 56 años de Itrio, Europio, Terbio y Disprosio, respectivamente, entre otros metales. Estos metales son claves en muchos artilugios de uso común como teléfonos móviles, encendedores mecánicos, coches eléctricos o catalizadores de coches normales.

Todo esto parece ser la solución a muchos de los problemas de estos metales tan desconocidos, pero es verdad? Sólo a medias, ya que hay todavía muchas reservas de REY, especialmente en China (de donde se exportan el 90% de estos metales a nivel mundial), en India, algunas zonas de África, Brasil y EEUU. La clave está en que las minas de EEUU no están apenas explotadas, manteniendo intactos todavía grandes cantidades de estos metales. Por lo que, aunque lo parezca en los artículos, no estamos en una crisis de estas tierras pero es un descubrimiento muy importante.

Aún así, si hay un metal que sí es muy necesario en el desarrollo tecnológico actual y del que se están buscando alternativas: el litio. Este metal utilizado en prácticamente todo lo que lleve una batería (móviles, ordenadores, portátiles o coches eléctricos) puede ser el nuevo oro del mundo contemporáneo. Las reservas mundiales no son tan abundantes como se puede pensar y, además las reservas mundiales están muy localizadas a nivel mundial, principalmente en Australia y Latinoamérica, aunque China también tiene reservas. Australia es el mayor exportador de litio mundial seguido por Chile (con las mayores reservas mundiales).


http://www.eleconomista.es/empresas-finanzas/noticias/8945991/02/18/Paralizada-la-inversion-del-polemico-proyecto-de-mina-de-litio-en-Caceres.html

Es una gran noticia el hallazgo del yacimiento pero, de momento, no es un descubrimiento tan clave como lo pintan en los medios de comunicación, pero sí es importante ya que estos minerales son escasos. Hasta aquí, el post de esta semana, más corto que de costumbre por falta de tiempo.

Como siempre, si tienes alguna duda, si quieres que amplíe algún tema o quieres que hable sobre algún otro tema relacionado con la química puedes pedirlo aquí o en la página de Facebook.

Nos vemos la semana que viene!!

La Química en la Fórmula 1: Las ventajas de los nuevos materiales

Ayer domingo fue la primera carrera del mundial de Fórmula 1 2018, siendo éste un deporte muy condicionado por la ciencia, especialmente por la física. Pero que nadie piense que es la única ciencia que influye, ya que la química es igualmente muy importante. Vamos a verlo...

¿Cómo cambiaron los materiales en la Fórmula 1?

Si comparamos los coches de la primera temporada con los coches actuales las diferencias son obvias. Además de las diferencias en alerones, aletines, cámaras de televisión, antenas, etc. las diferencias son mucho más internas.

Robert Manzon en un Gordini en la primera temporada de F1(1950)
https://www.motor.es/formula-1/muere-robert-manzon-ultimo-superviviente-de-la-primera-temporada-de-formula-1-201519669.html

Uno de los materiales que ha cambiado radicalmente la F1 es la fibra de carbono, introducido en 1982, un material que ha sustituido totalmente la carcasa metálica de los coches, aligerando los coches en una proporción muy importante. Este material tecnológicamente muy avanzado (y muy caro) tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero. Es todo esto que la fibra de carbono permite mejorar los coches, debido a que a menos peso, mayor aceleración con la misma fuerza (y más aceleración hace que ganes carreras aunque sea caro). Además, al tener una resistencia al impacto mucho mayor que otros materiales metálicos que se usaban (como el aluminio) supone un aumento en la seguridad del piloto. Aún así, el hecho de utilizar carrocerías metálicas hace que se absorba parte del impacto debido a la deformación del metal, mientras que la fibra de carbono simplemente se pulveriza.

En este video se comenta como la fibra de carbono ha modificado los monocascos de los coches y, en el minuto 1:35, muestra cómo se destroza el morro de un F1 a 54 km/h (aunque en los choques importantes superan los 200 km/h). La idea del video es apreciar las diferencias entre los impactos producidos en una carrocería metálica (como en un coche de calle) o en una de fibra de carbono. El resto del video está narrado por uno de los responsables del equipo Mercedes del año 2012 y por Nico Rosberg, campeón del mundo de la temporada 2016.

Otro material importante, y también fabricados en carbono, son los discos de freno. Estos discos deben frenar un coche de mínimo 620 kg de 300 km/h a menos de 80 en menos de 100 m. Esto supone convertir una cantidad enorme de energía cinética en calor. Estos frenos de carbono, a diferencia de los frenos metálicos de la calle, funcionan a partir de 300ºC, pudiendo alcanzar en grandes frenadas los 1200ºC, volviéndose incandescentes, pudiendo verse en las retransmisiones.

Frenos del Ferrari de Alonso al rojo vivo (2014)

Si tienes más dudas sobre los frenos, te dejo un video donde Toni Cuquerella te comenta, durante su estancia en el equipo español HRT cómo son los frenos de un F1 y cómo se comportan.

Otros materiales relacionados estas últimas temporadas con la F1 son las baterías eléctricas que cargan el MGU-K y el MGU-H, dos recuperadores de energía en forma de energía cinética y calor, respectivamente, que se almacena en baterías y puede ser utilizada durante unos segundos durante la vuelta por unos motores eléctricos que aportan un extra de potencia al monoplaza.

Estas baterías son de ión litio, igual que las que se utilizan en los teléfonos móviles o en los portátiles, pero de mucha más capacidad (mínimo 4MJ). Aún así, los cables utilizados son unos conductores geniales y las pérdidas minimizadas. Aquí os dejo un artículo donde lo comentan con mucho más detalle.

Por último, y probablemente el más importante, es el compuesto de los neumáticos, ya que es la única parte en contacto directo entre el coche y el asfalto. Estos neumáticos deben ser lo suficientemente blandos para poder amoldarse al asfalto para ofrecer el máximo rozamiento (para mejorar las frenadas y las aceleraciones) pero no hacerlo de manera exagerada ya que frenaría el coche. Además, unas ruedas demasiado blandas se destrozarían debido a las fuerzas y el calor soportados, sin contar las fuerzas G que soportan en las condiciones actuales y que hacen que, muchas veces, vibren dentro de la llanta.

Rueda de F1 vibrando
(Sky Sport, Formula 1)

Como nunca llueve a gusto de todos con estos temas, actualmente los pilotos pueden elegir entre 3 compuestos de distinta dureza para usar, teniendo que usar obligatoriamente dos distintos a lo largo de la carrera. Esto condiciona de manera clave las estrategias de los equipos, ya que un compuesto más blando puede ser un poco más rápido pero se degrada mucho más rápido también, haciendo que haya que parar más a cambiar las ruedas; mientras que un compuesto más duro es un poco menos rápido pero dura mucho más tiempo en pista, lo que muchas veces supone que sea mejor. Estas estrategias dependen del desgaste de cada coche, de la agresividad de los pilotos, de la facilidad de refrigeración, de los 3 compuestos elegidos de entre los 5 posibles que ha creado Pirelli para esta temporada (y que a algunas carreras ha llevado auténticas piedras y a otras ruedas como nubes de gominola). Estos juegos de neumáticos son limitados por fin de semana (entrenamientos + clasificación + carrera), por lo que nuevamente la estrategia de neumáticos (realmente de los compuestos utilizados, he ahí la química) es clave en este deporte.

Así que para terminar podemos concluir que la F1 no es únicamente física, energías, aceleraciones, aerodinámicas y destrezas de equipos y pilotos a 300 km/h, sino que la parte de química que esconde la F1 es muy amplia y decisiva en este deporte. No he entrado a comentar otro tipo de compuestos clave como los combustibles, de máxima eficiencia y mínima densidad o de los aceites y refrigerantes empleados para los motores a 15000 revoluciones por minuto (aunque algunas partes puedan llegar al medio millón, como el turbo). Si tenéis curiosidad en alguno de esos temas sólo tenéis que preguntarlo aquí o en Facebook y lo comentaremos entre todos.

Hasta aquí el post de esta semana de The Call of Chemistry dedicado a un deporte que mezcla de manera magnífica tecnología, ciencia y espectáculo.

Nos vemos la semana que viene!

Cuídate!

Ataques químicos en Reino Unido: ¿Qué son los agentes Novichok?

Durante la última semana, las noticias del Reino Unido han estado dominadas por el misterioso envenenamiento de Sergei Skripal y su hija, Julia. Se cree que este envenenamiento se produjo por un tipo de agente de Novichok fue el culpable químico del intento de asesinato. Esta semana vamos a saber qué se sabe de estos agentes y qué es exactamente la guerra química. Comenzamos...

¿Que ha pasado estas últimas semanas en Reino Unido?

Un ex-espía ruso condenado de alta traición por espiar para Gran Bretaña cayó el día 5 de marzo gravemente enfermo después de haber estado expuesto a una sustancia desconocida en un centro comercial en Wiltshire, en el sur de Inglaterra, según informa la BBC. Se trata de Sergei Skripal, de 66 años y que recibió refugio en el Reino Unido después de un intercambio de informadores entre EE UU y Rusia en 2010. Fue uno de los cuatro presos a los que liberó Moscú ese año y desde entonces ha mantenido un perfil bajo. Fue condenado por pasar las identidades de los agentes de inteligencia rusos que trabajaban encubiertos en Europa al Servicio de Inteligencia Secreta del Reino Unido, MI6.

Posteriormente, el día 7 de marzo, la policía británica afirmó que centraba sus esfuerzos en averiguar quién está detrás del intento de asesinato del exespía ruso Sergei Skripal y su hija Julia, después de confirmar que éstos fueron envenenados "intencionadamente con el propósito de causar la muerte" con un agente nervioso. El jefe de la unidad antiterrorista de la Policía de Londres, Mark Rowley —que se hizo cargo de la investigación por las "inusuales circunstancias" que rodean al caso— señaló que ya habían identificado la sustancia como un agente nervioso, pero no quiso revelar más detalles sobre su naturaleza para no interferir en las pesquisas. La identificación de la sustancia fue llevada a cabo por un centro de investigación militar, el Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Defensa de Porton Down, en el condado de Wiltshire (centro de Inglaterra).

Por último, el día 11 de marzo, la sustancia fue detectada por los investigadores forenses en la pizzería Zizzi, uno de los escenarios en los que se centra la investigación para tratar de determinar quién está detrás del envenenamiento. Se determinó que el agente nervioso que fue utilizado es un agente químico militar desarrollado por Rusia, un agente Novichok, que ha provocado un conflicto diplomático entre Rusia y el Reino Unido (aunque eso no es lo que nos interesa en este caso).

Este mismo domingo, 18 de marzo, el periódico Wall Street Journal publicaba un artículo en el que afirmaba que Rusia estaba volviendo a producir y a almacenar el agente Norvichok.

¿Qué son los agentes Novichok?

Los agentes Novichok son agentes nerviosos organofosforados. 'Novichok' se puede traducir como 'recién llegado' o 'novato' en ruso. Químicamente, son similares a la serie V de agentes organofosforados, que incluye el gas VX, y la serie G, que incluye el gas sarín.

Agentes nerviosos de la serie V, incluyendo el gas VX
http://www.compoundchem.com/2015/02/19/nerveagentspart2/

Agentes nerviosos de la clase G, que incluye el gas sarín
http://www.compoundchem.com/2014/10/07/nerveagentspart1/

Lo que sabemos sobre los agentes de Novichok es en gran parte como resultado de la información divulgada por un ex científico ruso de armas químicas, Vil Mirzayanov. En 1992, Mirzayanov, junto con su colega Lev Fedorov, publicó un artículo en un periódico ruso detallando los aspectos del desarrollo de agentes neurotóxicos en Rusia, a pesar de la inminente firma del Tratado de Armas Químicas. Mirzayanov y Fedorov afirmaron que los agentes Novichok se desarrollaron desde la década de 1970 hasta la década de 1990.

¿Cuáles son sus estructuras químicas?

Las estructuras de los agentes Novichok siguen sin estar claras. Aunque se han especulado sobre ellos, y algunas estructuras sugeridas han aparecido en libros y revistas, estas estructuras difieren de aquellas que las afirmaciones de Mirzayanov representan agentes típicos de Novichok. Publicó una serie de estructuras en su autobiografía en 2008, que se muestra en el gráfico siguiente. También sugirió que había muchos más compuestos producidos y que las estructuras de los compuestos menos potentes se informaban abiertamente como insecticidas organofosforados para cubrir el programa de armas químicas. Aquí, os dejo información química adicional sobre este agente:

Agentes Norvichok
http://www.compoundchem.com/2018/03/12/novichok/

La verdad es que este tipo de armamento químico sofisticado está lejos del alcance del público y son  investigaciones de alto secreto. Aún así, hay muchas otras armas químicas (no bacteriológicas) que son de fácil fabricación casera. Por seguridad, no voy a comentar ninguna de ellas (no quiero que me cierren el blog) pero algunas usadas hace cien años, en la primera guerra mundial, como cloro gas, es fácilmente reproducible en casa, incluso por accidente.

Los soldados de la primera guerra mundial estaban aterrados por unas nubes de color amarillo verdoso que volaban sobre el campo de batalla. Eran nubes de gas cloro (Cl₂)  o de fosgeno que el bando germano lanzaba contra sus enemigos. Debido a que las predicciones meteorológicas no estaban demasiado perfeccionadas, debido al viento, los mismos soldados eran atacados por su propia nube de gas, pereciendo en muchos casos. A partir de ese momento, se empezaron a desarrollar agentes químicos más sofisticados así como sistemas de protección y aislamiento.

Como curiosidad adicional, los gases lacrimógenos empleados por la policía para dispersar multitudes están prohibidos en tiempos de guerra. Además de la razón de que es concebida como un "arma no ofensiva" por el Protocolo de Ginebra de 1925, el profesor Miguel Ángel Sierra (con el que he tenido el honor de trabajar, explica que no deben ser letales pero si deben causar una gran incomodidad transitoria. Aún así, he podido escuchar en alguna charla que los medios de protección contra este tipo de gases (máscara antigas habitualmente) no dejan oler algunas cosas que son claves en el campo de batalla, especialmente en ciudades, como son escapes de gas para cocinar o algún otro peligro similar, poniendo en peligro especial a los soldados.

Hasta aquí el post de esta semana sobre guerra química. No puedo ser tan detallista como querría por seguridad pero es fácil encontrar mucha información "sensible" buscando por internet. Aún así, recordad que el manejo de estas sustancias es peligroso y que mucha de la gente que ha intentado fabricarlos han terminado envenenados por su propia creación.

Nos vemos la semana que viene!

Cuídate!