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¿Cómo se forman los minerales?

Generalmente, en la naturaleza es muy complicado encontrar objetos que contengan líneas rectas, ángulos regulares, transparencias o incluso juegos llamativos de colores. Si vas a dar una vuelta por el campo y miras al suelo, tienes altas probabilidades de encontrarte algo de este estilo:

Meh. (Fuente)

Por eso siempre me ha fascinado que, entre todo este desorden aparente y, siendo francos, aburrido, existan lugares donde puedes levantar una roca y toparte con cosas que le llevan la contraria a su entorno, como estos cristales de cuarzo:

¿Qué es un quilate? Su relación con las semillas de algarroba.

Hace un par de años salió a la luz la esmeralda más grande jamás descubierta, con un peso de 57.500 quilates una vez tallada.

Pero, ¿Qué puñetas es un quilate? 

Todos hemos oído el término alguna, vez y lo único que sabemos al respecto es: cuantos más, mejor.

La palabra quilate proviene del griego karat, que no es otra cosa que la semilla de la algarroba.
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Patrañas (III): el cristal es en realidad un líquido.

Existe un mito bastante aceptado como una de estas curiosidades que se supone que poca gente sabe y que cuentas ante gente que no conoces mucho para hacerte el interesante: el cristal en realidad no es un sólido, sino un líquido súperenfriado a temperatura ambiente, tan viscoso que tarda años en deformarse y por eso lo vemos en estado aparentemente sólido en nuestro día a día, pero a lo largo de los siglos se puede notar que fluye.

La prueba, en teoría, es que los cristales de los ventanales de las catedrales antiguas son algo más gruesos por la base que por la parte superior, señal de que el cristal habría ido perdiendo integridad estructural a lo largo de los siglos debido a su (supuesta) viscosidad altísima y se habría ido deformando bajo su propio peso.

Esto es sólo un mito, por supuesto. Si esto fuera así, todas las copas que se han conservado desde hace miles de años estarían hechas un desastre. Esta jarra romana de entre los siglos III y IV a.C. es una prueba de lo contrario.

Se puede notar que no se ha derretido en más de 2.000 años. (Fuente)

Respuestas XLII: ¿Cual es el material más caro?

Victor Javier Vadillo envió un e-mail recientemente preguntando cuál es el material más caro que existe y, la verdad, me han sorprendido bastante las cifras que he encontrado. Determinemos un par de cosas, antes de empezar:

1) Hablamos de precio por unidad de masa del material en sí, sin transformarlo en un objeto. Lo mediremos en euros por kilogramo (€/kg) y dólares por kilogramo ($/kg).

2) El precio de algunos metales está sujeto a una gran variabilidad, así que si lees este artículo unos cuantos meses después de la fecha de su publicación a lo mejor habrá cambiado alguna cifra (el rodio, del que hablo luego, ha triplicado su precio en los últimos años, por ejemplo).

Empecemos echándole un vistazo a la tabla periódica, donde es posible distinguir dos grandes grupos de elementos: los que podemos encontrar en la naturaleza y los que no.

Rodeados en rojo, los que no podemos encontrar. (Fuente, Fuente)

Respuestas XXXVIII: ¿Por qué el mar no es cada vez más salado?

Alejandro Casado, profesor de ciencias naturales, estaba explicando en clase cómo la sal llega al océano mediante la erosión de las costas y la actividad volcánica submarina cuando un alumno levantó la mano y preguntó “Si eso es así, ¿entonces el agua está cada vez más salada?“. No se le ocurría una respuesta satisfactoria, así que me envió la pregunta para que le echara un vistazo.

Esta pregunta plantea varias cuestiones: ¿el agua era más dulce hace millones de años y se ha ido “salando” con el tiempo? ¿O el nivel de salinidad ha sido más o menos el mismo? Y, si es así, ¿Como diablos puede la sal desaparecer del océano si constantemente la erosión y los volcanes están añadiendo más? Encuentro la respuesta muy interesante porque nos obliga a recordar algo que no solemos tener presente en el día a día: que en escalas de tiempo grandes, la Tierra ha cambiado muchísimo y seguirá haciéndolo. Empecemos por el principio.

Cuando hablamos de sal, nos viene a la mente el “cloruro de sodio”. La sal de mesa de toda la vida, vamos.  Pero esa es sólo una sal. Las sales son compuestos sólidos eléctricamente neutros formados por iones, que son átomos con carga eléctrica negativa o positiva.


Cristales de la sal de sulfato de cobre. (Fuente)

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Hang Sơn Đoòng

Hang Son Doong es la cueva más grande del mundo y significa en vietnamita algo así como “la cueva montaña-río” (porque ha sido excavada en una montaña por un río relativamente caudaloso que aún sigue fluyendo en su interior).

Una parte de la cámara más grande, comprada con la persona en el centro. Fuente: National Geographic.

No confundamos términos: las cuevas también pueden clasificarse por tamaño según su longitud. En este caso, la cueva más grande del mundo sería la Mammoth Cave, en Kentucky, EEUU, con unos impresionantes 647 kilómetros de pasadizos subterráneos.

Pero, claro, son 647 kilómetros de “cueva normal”, por decirlo de alguna manera. No pueden impresionarte los 647 kilómetros al mismo tiempo porque no puedes verlos en conjunto (de hecho, debes acabar harto a medida que los recorres).

Ese no es el caso de Hang Son Doong, que bate el récord en cuanto a lo desproporcionada que es una de sus secciones: la cámara más grande de la cueva mide 5 kilómetros de largo, por 150 metros de alto y 200 metros de ancho. Eso es una brutalidad.

Y en esta imagen ni siquiera se ve el punto más alto.

Otra cosa que impresiona sobre la cueva es que a 3 kilómetros y medio en su interior, parte de su techo se ha derrumbado y la selva del exterior ha conquistado el terreno, formando un cráter de vegetación bastante bonito.

Pero ahí no acaba la cosa. Hang Son Doong contiene unos particulares pisolitos (en inglés, cave pearlsperlas de cueva): pequeñas esferas de piedra que se forman a medida que el agua que gotea del techo de la gruta, que contiene una pequeña cantidad de roca disuelta, empieza a acumularse excavando una pequeña piscina en el suelo. El material sólido que contiene el agua tiende a acumularse en el fondo y va aglomerándose con el tiempo hasta formar pequeñas esferas que suelen rondar el tamaño de un guisante. Suelen.

Los pisolitos de Hang Son Doong miden hasta 20 centímetros de diámetro. En la siguiente imagen, un montón de pisolitos que han ido rondando por la cueva hasta caer en un sistema de brechas.

Esto es una foto del suelo, no de una pared (aunque sólo sean piedras, a nosotros nos da como asco).

Os dejamos con un mapa tridimensional de la cueva, para que vayáis haciéndoos una imagen mental para visitarla (se organizan muy pocas visitas y cuestan unos 3.000$ por cabeza).

Grafeno

Si Dios, como entidad suprema omnipotente, existiera y tuviera que hacerse una casa, ¿de qué la construiría? ¿Acero? ¿Diamantes, tal vez? ¿Plumas de querubín? No, ninguno de ellos se acerca ni de lejos a lo que es capaz de hacer el grafeno.
Desde Ciencia de Sofá os animamos a renunciar a vuestra vida si a cambio alguien os ofreciera unos gramos de este material, y ahora os vamos a explicar por qué. En primer lugar, ¿Qué tienen en común los siguientes materiales?
El grafito (izquierda) es la sustancia blanda con la que se fabrican las minas de los lápices, mientras que el diamante (en bruto, derecha) es el material natural más duro que se conoce y se utiliza, además de como piedra ornamental una vez pulido, para trabajar las aleaciones más duras de acero o pulir otros diamantes.

Curiosamente, estos dos materiales tan diferentes son manifestaciones distintas del mismo elemento: el carbono. Por tanto, la única diferencia que existe entre ellos, pero que supone un cambio tan drástico, es la manera en la que sus átomos están ordenados

Por un lado, el grafito no es más que un montón de capas apiladas de carbono en forma de malla hexagonal que tienden a deslizarse entre ellas con lo que, a escala macroscópica, el material se presenta blando al tacto y es fácil de desmenuzar con los dedos. 
Estructura atómica del grafito.  Fuente.
El diamante, en cambio, ocupa el lugar más alto en la escala de dureza de Mohs con un valor de 10, mientras el grafito oscila entre el 1 y el 2. La escala se calibró teniendo en cuenta que un material es más duro que otro cuando el primero es capaz de rayarlo.
Fuente: www.wikipedia.es
El responsable de esto es su estructura atómica, una especie de tetraedros que terminan uniéndose en estructuras cúbicas, lo que les da una rigidez sin precedentes.
Modelo 3D de la estructura cristailna
del diamante. Fuente: www.webelements.com

Pero ya nos estamos yendo por las ramas.
Ocurre algo muy curioso cuando coges sólo una de las capas que componen el grafito y les haces mil perrerías para comprobar sus propiedades: una vez aisladas, estas capas de carbono son el material más resistente que se conoce.

Venga ya… ¿Cómo puede ser posible, entonces, que sea tan blando un material que está compuesto por pequeñas láminas de la cosa más resistente jamás descubierta?

Aquí entran en juego los dibujos cutres y las hipótesis sacadas de la manga. Imaginemos una placa de metal engrasada, algo pegajosa al tacto y resbaladiza.

Te has despertado despertado de resaca y estás desorientado/a. No sabes muy bien por qué, pero por algún motivo tienes la habitación llena de estos trozos de aluminio grasientos. Al ver que están dejando el suelo hecho un asco, decides que tienes que tirarlos a la basura, así que te levantas de la cama e intentas coger el máximo número de placas de metal posible. Eres tan hábil que consigues amontonarlas todas en una bola aprovechando que son relativamente pequeñas y que tienden a quedarse pegadas entre sí por estar impregnadas de un líquido viscoso.
En este punto empiezas a recordar que no querías coger un taxi 
y pasaste por delante de un edificio en obras.

Mientras bajas en el ascensor, llama tu atención que, en conjunto, pese a estar compuesta de sólidos fragmentos metálicos, la esfera en conjunto es muy endeble. A la mínima que la aprietas por un lado, las placas metálicas empiezan a resbalar entre sí y se abre un poco más la ventana que da al desastre. 

Llegas a la conclusión de que el mismo fenómeno ocurre con las láminas monoatómicas del grafeno, que se unen en grupos de miles de millones para manifestarse a lo grande en forma de grafito. Vuelves de tirar la basura con el pijama cubierto de grasa amarillenta y compadeciéndote del siguiente vecino que tenga que pulsar el botón de llamada del ascensor.

La comunidad científica llevaba años teorizando sobre la existencia de estas láminas de un átomo de grosor, soñando despiertos con sus propiedades e intentando replicarlas en laboratorios usando los últimos avances en nanotecnología, sin éxito… Hasta que, en 2004, Andre Geim y Konstantin Novoselov lo consiguieron usando un lápiz y celo.
Estos investigadores pegaron un trozo de celo a una mina de grafito y, al despegarlo, una fina capa de material quedó adherida. Repitieron el proceso de nuevo con más pedazos de cinta, arrancando láminas cada vez más finas y, finalmente, comprobaron, con ayuda de potentes microscopios electrónicos, que habían conseguido reducir algunas a un átomo de grosor. Tras estudiar las propiedades de este nuevo material se dieron cuenta de que, además de poseer unas propiedades térmicas, eléctricas y ópticas excelentes, es 200 veces más resistente que el acero.
Para ilustrar este descubrimiento sorprendente, suele decirse que una lámina de grafeno de un sólo átomo de grosor es capaz de resistir el peso de un elefante haciendo equilibrios encima de un lápiz.

Una de esas comparaciones científicas extrañas que aportan menos 
información que el propio dato numérico. Fuente de la imagen, aquí.

Pero, ¿Un elefante africano o asiático? ¿Ese lápiz debería estar también hecho de grafeno para soportar el peso del paquidermo? ¿Será el grafeno la ansiada gran revolución que los circos llevan esperando desde el hombre-bala?

No sabemos la respuesta a ninguno de estos enigmas aunque, tarde o temprano, cuando se descubra cómo fabricar este material en grandes cantidades, tal vez nuestro día a día termine cubierto por una fina lámina de carbono indestructible. Y eso podría estar bastante bien.

O no.

Nota: Andre Geim, codescubridor (ni siquiera vamos a buscar en Google si esa palabra está aceptada) del grafeno, es conocido por ser el único ganador del premio Nobel y del “Ig Nobel. Este último se da anualmente a los investigadores que hacen los descubrimientos más absurdos e inútiles. En el caso de Geim, fue laureado por su trabajo con el grafeno y por la hacer levitar de ranas mediante el uso de potentes imanes, respectivamente.

¿Cómo se formó la Cueva de los Cristales?

¡Agarráos los pantalones! Os presento la Cueva de los Cristales, una gruta repleta de formaciones descomunales de selenita encontrada a 300 metros de profundidad cerca de las minas Naica, en México.

(Fuente)

¡MADRE MÍA, QUÉ PERCAL!

En efecto. En su interior se encuentran los cristales naturales más grandes jamás descubiertos, midiendo el más grande de ellos 12 metros de longitud, 4 de diámetro y pesando 55 toneladas.

¡Mira, chaval, si no me explicas ya mismo cómo diantres pueden formarse estas moles, te parto las piernas!

“Selenita” parece un nombre muy romántico para un mineral. Por su apariencia, proviene de la palabra Selene, el nombre que los griegos daban a la Luna pero, en realidad, estas formaciones no son más que un montón  de yeso cristalizado.

La Cueva de los Cristales está situada sobre un depósito de magma y, originalmente, estaba inundada de agua (ahora se mantiene seca porque unas bombas la drenan constantemente). Gracias al calor proporcionado por la roca fundida como si fuera un fogón desproporcionado, el agua se mantenía caliente a una temperatura estable de unos 50ºC.

En estas condiciones algunas partículas minerales que componen la roca de las paredes de la cueva se disuelven en el agua, aunque no duran mucho en suspensión dentro del líquido, ya que terminan combinándose entre sí (formando pequeños núcleos sólidos e iniciando un procedimiento similar al de la formación de hielo que comentábamos en esta entrada) y, al aumentar su peso, caen al fondo por efecto de la gravedad o, directamente, quedan pegados a alguna pared cercana.

A medida que se amontonan en pequeñas depresiones e irregularidades en la roca, las moléculas que componen el mineral tienden a ordenarse de una manera una determinada, según las condiciones ambientales: entornos con temperatura y presión cambiantes dan lugar a cristales irregulares mientras que, cuando las dos variables son estables, aparecen cristales muy bien definidos.

De izquierda a derecha, cristales de yeso formados en condiciones cada vez más estables.

El caso de la Cueva de los Cristales es excepcional, inundada durante 500.000 años a una presión y temperatura constantes (50ºC), las moléculas de sulfato de calcio hidratado (la manera seria de decir “yeso”) han podido colocarse ordenadamente a su manera sin sufrir contracciones y expansiones que distorsionen la manera en la que nuevo material se adhiere a sus cristales. El resultado son matrices como esta.

Fuente de las imágenes usadas, aquí.

Y, claro, como  a nivel microscópico las moléculas tienden a colocarse alrededor de la estructura siguiendo esta matriz, en el mundo macroscópico termina reflejándose este patrón a lo bestia.

Aunque no siempre hay una única disposición molecular estable, puede haber variaciones como esta:.

Crédito: Peter Carsten/National Geographic/Speleoresearch.

O esta:

Fuente, aquí.

O las mismas columnas del principio, pero en “miniatura” y pegadas a la pared.

Todo esto es una pasada, pero tiene que tener alguna pega, estoy seguro. Y así es.

Lo malo de todo esto es que el aire de la cueva ronda los 58ºC, con una humedad entre el 98 y el 99% por lo que, aún con trajes especialmente diseñados (básicamente, dos capas de tejido con hielo entre ellas) para pulular por este entorno, una persona puede estar tan sólo 10 minutos dentro antes de acabar exhausta por la deshidratación.

Además, el suelo es resbaladizo y es muy difícil andar sobre él con el traje puesto. Si cayeras, “podrías ser empalado por los cristales puntiagudos que salen del suelo“, como dice este testimonio. De todas maneras, si tenéis ganas de visitarla (personalmente, es nuestro sueño) más os vale daros prisa porque la Cueva de los Cristales no va a permanecer abierta para siempre: cuando las minas de Naica dejen de ser rentables, el sistema de bombeo de agua se apagará y la gruta volverá a inundarse, cerrándola hasta que algún excéntrico millonario decida financiar su reapertura.

 

¿Y sabéis dónde podéis ver más lugares fascinantes como este? En la revista de National Geographic.

National Geographic dice que si eres fan de Ciencia de Sofá y te gustaría suscribirte a la revista durante un año a un precio irrisorio (23,88€) y encima recibir varios regalos sólo por ser tú, puedes hacer click sobre la siguiente imagen que te llevará a la entrada donde te explico la oferta.

Algunas cosas sobre el oro

El oro es un elemento muy bonito, no lo ponemos en duda, pero tiene otras propiedades que lo hacen muy interesante para otras aplicaciones que no cuelgan de nuestros cuellos y muñecas.

En primer lugar, el oro es un metal que apenas reacciona con el entorno, lo que significa que no se corroe fácilmente. Ni el agua, ni el aire van a oxidarlo, y sólo algunos compuestos como el mercurio, con el que reacciona para dar lugar a amalgamas, o el ácido nitro-hidroclórico pueden disolverlo. De hecho, los alquimistas llamaban a este último compuesto a aqua regia por ser el único líquido que conocían capaz de disolver un metal tan noble.

Mientras que el cobre llega a nuestra época hecho un desastre, el oro permanece prácticamente intacto.

Esta es una característica conocida desde tiempos inmemoriales. El oro no se corroía nunca, no envejecía, por lo que se relacionaba su figura con la inmortalidad de los dioses,  lo que le daba un gran valor espiritual. Los mayas, por ejemplo, lo veían como las “lágrimas del Sol” y, como su sistema social no estaba basado en el dinero, lo utilizaban con fines puramente estéticos y religiosos.

Hasta tal punto era sagrado el oro, que el propio metal es una de las “medicinas” más antiguas de las que se tiene constancia. Antiguamente se seguía una lógica del estilo “algo tan bonito y perfecto tiene que ser saludable, voy a comérmelo” cuando, en realidad, como el oro tiende a no reaccionar químicamente con casi nada, pasa a través de nuestro organismo sin efecto alguno.

Como el oro suele presentarse en la naturaleza en forma de pequeñas partículas, a veces invisibles a simple vista, incrustadas en la roca en bajas concentraciones (la más alta que hemos encontrado en la extracción comercial de oro es de unos 27.4 gramos por tonelada de roca excavada), la única manera económica de extraerlo es usando los compuestos que hemos mencionado al principio para disolverlo y separarlo. Por desgracia, tanto el mercurio como el ácido nitro-hidroclórico extremadamente contaminante.

Este tipo de roca contiene 3.63 gramos de oro por tonelada, una concentración baja, pero sigue siendo casi 750 veces más abundante que la media.

Aunque otra manera de extraer oro, más manual, consiste en buscarlo directamente en la forma de gránulos que han sido arrancados de la roca original por efecto de la erosión y han terminado en el curso bajo de algún río. Pese a que estas pepitas de oro suelen ser minúsculas y pesan, como muchísimo, un par de gramos, siempre hay excepciones.

La mayor pepita de oro jamás encontrada pesaba 71 kg y fue bautizada como “Bienvenido Forastero“. Como se encontró en 1896, no hay ninguna imagen decente de ella, así que publicamos aquí otra de una pepita que sigue siendo muy grande.

Pepita de oro de 4.9 kg encontrada en Mohave.

Pese que este pedazo macizo de  oro pueda parecer una burrada, la cantidad de oro extraído por el ser humano se estima en 174.100 toneladas, el 60% de las cuales han sido producidas a partir de 1950.

¿Qué quieres decir con eso?

Debido a la gran densidad del oro (19.32 kg/litro), todo el oro minado a lo largo de la historia podría caber en un cubo de 20.81 metros de lado.

Precisamente esta alta densidad da lugar a un fenómeno curioso.

Todos sabemos que las cosas muy densas tienden a hundirse si se colocan en un líquido menos denso, ¿verdad? Es lo que pasa al tirar una roca al agua. Si, por ejemplo, tiramos una bola de acero sobre una piscina de mercurio, ésta flotará, debido a la gran densidad del mercurio (similar a la del oro).

Nunca nos cansaremos de colgar este vídeo:

Cuando la Tierra se empezó a formar, hace unos 4.000 millones de años, su superficie era de todo menos sólida. La gran cantidad de calor generada por los miles de asteroides que impactaban contra el planeta era tan enorme que mantenía la roca en estado líquido. Precisamente por estar en estado líquido, y teniendo en cuenta que la gravedad tira de las cosas en dirección al centro de la Tierra, los materiales más densos empezaron a hundirse hacia el núcleo, quedando los más ligeros en la superficie.

Esta es la razón por la que el núcleo de la Tierra contiene una gran cantidad de hierro que genera nuestro campo magnético, pero no sólo podemos encontrar hierro a miles de kilómetros bajo nuestros pies: otros metales aún más densos como el uranio, el platino y el oro terminaron alojados en el interior de la Tierra.

Explicábamos el fenómeno en esta entrada sobre un supuesto planeta compuesto de diamante.

Tal cantidad de metales pesados se hundieron hasta el núcleo, que se estima que éste contiene suficiente oro como para cubrir la superficie terrestre en una capa de 45 centímetros de oro. Y no sólo en interior de la Tierra está repleto de este valioso metal: los océanos también son una gran reserva de oro, como explicábamos en esta entrada cortísima.

Otra característica curiosa de este metal es su gran maleabilidad. Es decir, pueden hacerse láminas extremadamente finas sin que se rompa. Tanto es así que un gramo de oro puede aplastarse y extenderse hasta conseguir una lámina finísima de 1 metro cuadrado.

Lámina de oro de medio metro cuadrado obtenida a partir de una pepita de 5 mm de diámetro.  Museo Toi de Japón.

Esta propiedad es imprescindible en el mundo actual ya que, por suerte para nosotros, el oro es el tercer mejor conductor de la electricidad que se conoce, por lo que casi todos los componentes electrónicos pequeños contienen finísimas láminas de oro que transmiten la electricidad entre sus circuitos. Si no tuviéramos oro, los móviles y ordenadores no podrían ser tan pequeños, ya que otros materiales, como el cobre, no pueden utilizarse para fabricar componentes tan pequeños que funcionen de manera tan eficiente… ¡Pero suelta ese destornillador! Pese a que nuestros móviles contienen oro, se trata de láminas finísimas con un grosor de un par de micrómetros, si no menos. No querríamos ser los responsables de una oleada de destrucción de iPhones (en realidad, sí).

Planetas de diamante

El año pasado vi esta noticia y me la hemos vuelto a encontrar ahora por casualidad.

DESCUBREN UN PLANETA DE DIAMANTE

El titular evoca una imagen así.

Y no, las cosas no funcionan de esta manera.

A parte de decir sinsentidos como “velocidad hiperbólica” y, aunque más o menos aclaran la falacia que es es el titular, creo que el artículo no termina de dejar claro el asunto, así que le tomaré el relevo al periódico ABC en un gesto de humildad sin precedentes.

El supuesto megadiamante es 55 Cancri e, uno de los cinco planetas que orbitan la estrella 55 Cancri A. De hecho, gira alrededor de su estrella tan cerca que su año dura 18 horas y la temperatura en su superficie ronda los 2000 ºC. Es un planeta rocoso gigante catalogado como una súpertierra, con una  masa 14.2 veces mayor que la de nuestro planeta.

En primer lugar, ¿Qué diferencia a 55 Cancri e de la Tierra?
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