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¿Qué es el uranio empobrecido?

Pobre uranio empobrecido, ¡Qué mala imagen tenemos de él!

Normal, mira qué grima da el uranio en estado natural.

Oye, oye, ¿Qué significa que el uranio esté empobrecido? 
¡Todo a su tiempo!
Ante nada, la radiación se presenta de tres maneras: la radiación alfa, que no llega a atravesar siquiera la piel, la radiación beta, que no atraviesa ni la ropa, y la radiación gamma, la realmente dañina y de la que sólo podemos protegernos poniéndonos detrás de un elemento denso como el plomo. El uranio empobrecido produce mucha radiación del primer tipo, prácticamente inofensiva, y muy poca de este último, de manera que apenas se nota su contribución por encima de la radiación de fondo.¿Radiación de fondo? ¿Qué dices? No me siento muy irradiado, que digamos.Dos átomos del mismo elemento pueden contener un número diferente de neutrones, por lo que variarán ligeramente sus propiedades, sin ser realmente elementos distintos. Como no se trata sustancias diferentes, decimos que estas variaciones son isótopos de un mismo elemento (hablábamos de ello con más profundidad en esta entrada sobre el agua pesada).

En estado natural podemos encontrar el uranio en forma de dos isótopos: el más común, que representa el 99.28% del elemento, es el uranio-238, relativamente estable y poco radiactivo. El 0.72% restante es uranio-235, que es el isótopo fisible y altamente radiactivo.

El uranio-235 es radiactivo porque tiene muchos más neutrones que protones en su núcleo, así que tiende a dejar escapar neutrones para intentar llegar a una configuración estable: se descompone a medida que lanza a su alrededor partículas que, al impactar contra materia viva, pueden dañar el material genético y provocar todo tipo de cánceres.

Una partícula cargada impacta contra una hebra de ADN (A). El material genético del lugar donde impacta queda destrozado y en llamas (B). La célula arregla los genes estropeados, pero puede  equivocarse y dar lugar a fallos que,  si se desarrollan, dan lugar a cáncer (C).

De manera natural, existen pequeñas cantidades de isótopos radiactivos de muchos elementos a nuestro alrededor: en las rocas, en el agua, en el material del que está hecho tu casa… Hasta en la comida. Por ejemplo, de todo el potasio que nos rodea, un 93.25% es potasio-39, un 6.73% potasio-41 y el 0.0117% restante es potasio-40. Este último isótopo no es estable y, por tanto, es ligeramente radiactivo.

Cualquiera que haga un poco de deporte sabrá que los plátanos tienen mucho potasio. Pues resulta que, a consecuencia de ello, este isótopo es la principal fuente de radiación en seres vivos. De hecho, comerte un sólo plátano te expone a la misma cantidad de radiación que vivir durante un año a 80 km de una central nuclear y si fueras capaz de comerte 200 plátanos seguidos, recibirías la misma cantidad de radiación que si te hicieras una radiografía.

Pero no sólo el potasio puede emitir radiación, aquí hay una lista de todos los isótopos radiactivos (ordenados por su vida media o “el tiempo que tarda la mitad de su masa en descomponerse”). De modo que estamos rodeados de átomos que se están descomponiendo y liberando partículas cargadas en todo momento.

Crédito: bbc.co.uk.

Toda esa radiación es la que conforma la llamada “radiación de fondo”, la dosis que recibimos cada día de manera natural y que, no nos alarmemos, es ínfima. La mayor parte proviene del gas radón desprendido por las rocas y otra parte importante llega directamente del espacio.

Aquí un gráfico de xkcd.com,  una web de tiras cómicas cuyo autor trabajó para la NASA, que muestra la cantidad de radiación recibida de varias fuentes.

En alta resolución: http://xkcd.com/radiation/

Total, toda esta parrafada para decir que el uranio empobrecido está empobrecido porque se le ha quitado su isótopo radiactivo, el 235, dejando sólo el poco radiactivo (en la medida de lo posible). Sin el problema de la radiación de por medio, el uranio tiene una propiedad interesante.

Su densidad es de 19.1 kg/l. Es decir, que una botella de plástico de un litro llena de uranio pesaría 19.1 kilos. El plomo, en comparación, tiene una densidad de 11.34 kg/l y el mercurio de 13.6 kg/l. Si habéis tenido en vuestras manos alguna vez plomo o mercurio (contenido en algún recipiente, preferentemente), podréis haceros una idea de lo pesado que es el uranio.

Debido a su densidad, el uranio empobrecido se utilizaba, por ejemplo, para fabricar contrapesos para barcos y aviones, ya que con densidades tan grandes se necesita una cantidad de material mucho menor para conseguir la misma cantidad de contrapeso. Dejó de utilizarse hace un par de décadas, no por que el uranio fuera radiactivo, sino porque es tóxico, y no conviene empeorar la situación con un material tóxico en llamas en caso de accidente aéreo.

Además, cuando se trata de proteger contra la radiación, la densidad del uranio empobrecido lo convierte en un mejor escudo que el plomo. Por ello, los equipos médicos o industriales que emiten mucha radiación contienen placas de uranio empobrecido para evitar que esta escape al exterior.

No sólo eso, sino que también se fabrican grandes recipientes de uranio empobrecido para contener otros materiales muy radiactivos.

Pero tal vez el uso más extravagante del uranio es en la fabricación de cristal: cuando, antes de fundir la mezcla, se añade polvo de uraninita (un óxido del elemento), al cristalizar y solidificarse el vidrio brillará bajo la luz ultravioleta en un tono verdoso.

Crédito: wikimedia.

Pese a que pueda parecer una locura, el bajo contenido en uranio (alrededor del 2%) de este tipo de cristal emite tan poca radiación que apenas se distingue de la radiación de fondo. Esta propiedad del óxido de uranio se aprovecha también en implantes dentales para simular la fluorescencia bajo la luz ultravioleta del diente natural.

PERO NO ES ORO TODO LO QUE RELUCE.

El uranio empobrecido es muy perjudicial para los seres vivos, no por la radiación que emite, si no por ser un metal muy tóxico una vez ingerido o inhalado, como pueden serlo el plomo o el mercurio.

Y aquí es donde la cosa se pone fea, “gracias” a la industria de la guerra.

Debido a su densidad, el uranio empobrecido se utiliza para hacer cosas blindadas: el mismo volumen de material contiene mucha más materia en su interior que cualquier otro metal (que no sea desproporcionadamente caro, claro) y, por tanto, un proyectil perderá más energía intentando atravesarlo.

Por el mismo motivo, los proyectiles destinados a atravesar armaduras gruesas también se fabrican con uranio empobrecido, ya que se consiguen balas del mismo tamaño, pero mucho más pesadas que con o9tro material, lo que les aporta más fuerza de impacto.

Otra ventaja del uranio empobrecido como proyectil es que, debido a su ligera ductilidad, se afila a medida que atraviesa la armadura.

Durante un conflicto bélico, tanto los proyectiles de uranio empobrecido como las armaduras del mismo material terminan pulverizados, a causa de explosiones e impactos, en forma de pequeñas partículas que flotan por el aire y pueden ser inhaladas o ingeridas por seres humanos. La química de estas partículas interacciona con la del cuerpo humano, dando lugar a un sinfín de enfermedades (es una lista).

Especial Química (III)

Llegamos al tercer especial sobre química y no hay más que decir. Aquí el primero y el segundo.
En primer lugar, algo que puedes probar en casa si no te lo crees.
Al encender la mecha, el calor empieza a evaporar la cera, que es un tipo de parafina. La parafina no es un material en sí, si no un grupo de hidrocarburos que comprende aquellos que tienen la fórmula química CnH2n+2. Esto sólo quiere decir que reúne los compuestos de carbono e hidrógeno que contienen el doble de moléculas más dos de hidrógeno que de carbono. El caso de la cera de vela, suele ser C20H42
Los hidrocarburos son inflamables, según las condiciones en las que se encuentren. En el caso de la cera de las velas, esas condiciones se dan cuando se encuentran en forma de gas y en una concentración suficientemente alta como para reaccionar con el oxígeno.

Es por eso que si consigues un rastro de humo suficientemente uniforme y concentrado, al acercar una fuente de ignición el gas prenderá fuego y se propagará de nuevo hasta la mecha, rodeada por una concentración aún mayor de vapor de parafina que empezará a arder y encenderá la vela.
Buscando información sobre el tema, he de decir que la cera de las velas me ha sorprendido.
En primer lugar, es mejor aislante eléctrico que casi cualquier otro material, exceptuando algunos plásticos como el teflón.
Además, es un buen moderador de neutrones, lo que significa que puede utilizarse en centrales nucleares para reducir la velocidad de estas partículas y así mantener una reacción de fisión nuclear continua.
Está empezando a utilizarse en construcción debido a su gran capacidad para almacenar calor: rellenando el interior de las paredes con cera que, gracias a su bajo punto de fusión, se derrite con el calor que va acumulando durante el día. Por la noche, cuando las temperaturas bajan, la parafina vuelve a solidificarse y libera todo ese calor acumulado. 
En el siguiente gif, una esponja absorbe ácido sulfúrico.

Las esponjas artificiales están hechas de poliuretano que, como vemos en esta tabla, no aguanta un pimiento contra el ácido sulfúrico.
Si, en cambio, lo quieres disolver es una esponja natural (tus razones tendrás), un ser vivo sacado expresamente del mar para restregárnoslo por el cuerpo, el ácido sulfúrico no tendría un efecto tan impactante. La esponja de mar tiene un esqueleto interno de carbonato cálcico que… Sí, bueno, reacciona con el ácido sulfúrico un poco, pero tampoco es nada del otro mundo. Esto es porque el ácido descompone la superficie del carbonato cálcico en sulfato cálcico, que actúa como “capa protectora” que impide que la reacción siga su curso.
En este caso, necesitarías ácido clorhídrico, HCl, que con el carbonato cálcico reacciona mucho mejor.
Para terminar, una bola de acero flotando sobre mercurio, por que en Ciencia de Sofá nos encanta este metal líquido a temperatura ambiente.

Esto no tiene mucho secreto: dado un líquido de una densidad cualquiera, una cosa con una densidad menor que el líquido flotará sobre ella.
Por ejemplo, un litro de agua pesa un kilogramo. Con esa densidad de 1 kg/l, cualquier cosa que pese más por unidad de volumen, como el cemento (~2.4 kg/l), el acero (7.87 kg/l) la  madera de ébano (1.12 kg/l) o Ronnie Coleman (~1.06 kg/l) se hundirán en ella irremediablemente en ella.
Pero luego está el mercurio, con una densidad de 13.6 kg/l. Una botella de agua de algún souvenir llena de este metal líquido pesaría 13.6 kg y en una piscina llena de mercurio flotaría todo tipo de madera, material de construcción o culturista.
Aún así, hay cosas mucho más densas que el mercurio que acabarían en el fondo de la piscina de bello metal líquido, como por ejemplo el uranio (19.1 kg/l), el oro (19.3 kg/l), el hassio (41 kg/l) o el material del que está compuesto el exoplaneta KOI-55b (64 kg/l). Ya hablaremos de KOI-55b.

Sangre de colores

Todos sabemos que la expresión referida a la nobleza sobre la sangre azul es mentira.

Para poner un poco en contexto, en la antigüedad los que tenían la “sangre azul” eran aquellos con la piel tan pálida por no pasarse los días trabajando al sol en el campo que podían verse con claridad sus venas azuladas a través de las muñecas. Los únicos afortunados que podían presumir de esto eran los nobles, claro.

Luego está la leyenda, difundida involuntariamente por los libros de anatomía del colegio, que parecen insinuar que la sangre sin oxigenar (una vez usada por las células y hasta que vuelve a pasar por los pulmones) tiene un tono azulado. Esto también es una mentira como una catedral. La sangre, sin oxígeno, sólo se vuelve un poco más oscura.

Pero, como es habitual, siempre hay algo o alguien que lleva las cosas al extremo y te rompe los esquemas. En este caso, lo más parecido a un príncipe azul que verás en tu vida es esto.

“Ya he reservado sitio para la boda, princesa: el 15 de junio, en tus pesadillas”
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¿Qué es un aerogel?

¿Qué pesa poco más que el aire, puede protegerte de una llama directa y en 2011 ostentaba 15 récords Guiness?

Este es el poder de los aerogeles, un material con una densidad tan extremadamente baja que a menudo es lo llaman “humo congelado”. Un metro cúbico de aerogel pesa 1.9 kg, frente a los 1.2 kg del mismo volumen de aire… O los 1.000 kg del agua.

Para fabricar estas maravillas sólidas, se usa un gel que con base de óxido de silicio y se seca todo el líquido que contiene, pero sin su estructura molecular. El resultado es el “esqueleto” del gel, un material compuesto en un 99.8% de aire que tiene unas propiedades notables.

Una de ellas, como ya hemos visto en el vídeo, es que los aerogeles son unos aislantes térmicos excelentes.

Pero, ¿Por qué? ¿Por qué aísla tan bien del calor si es casi todo aire? Si yo me pongo un soplete a dos centímetros de la cara, ¿por qué va a salvarme ese 0.2 % de silicio?

El secreto está en la superficie de contacto. Una mayor superficie de absorción redistribuye el calor de una manera mucho más efectiva porque proporciona una mayor superficie de intercambio térmico. De esto el aerogel entiende un rato: un cubo de aerogel del tamaño de un terrón de azúcar tiene un área interna igual a la de una cancha de baloncesto.

¿De dónde sale toda esa superficie? Espero ilustrarlo con este dibujo.

Un aerogel no es un sólido macizo: está compuesto por hebras microscópicas que se extienden en todas direcciones o se enrollan entre ellas. Por sí mismas no son gran cosa, pero en conjunto todas estas fibras finísimas maximizan la superficie que es capaz de extraerse de un volumen vacío.

Pero esto no acaba aquí porque, pese a su apariencia etérea y delicada, los aerogeles son capaces de soportar fuerzas compresivas hasta 4.000 veces superiores a su propio peso.

Dos gramos de aerogel aguantando un ladrillo de 2.5 kg. Crédito: wikimedia.

En cambio, presentan un comportamiento bastante frágil a flexión. En el siguiente vídeo un tipo lo demuestra rompiendo una placa de aerogel con el dedo en el minuto 1:13.

Pero no todos los aerogeles son de óxido de silicio.

La parte difícil es sintentizar el gel adecuado, pero una vez conseguido esto, casi cualquier cosa puede secarse para dejar sólo la estructura interna sólida. El problema con el resto, de momento, es que el proceso está aún prácticamente en fase experimental.

Existen, por ejemplo, aerogeles basados en el carbono que tienen mucha más superficie interna que los de óxido de silicio, y por tanto mejores propiedades térmicas y mecáncias. O el aerografito, basado en el grafeno, que mejora al máximo las propiedades de los aerogeles, para variar. Como nota a parte, el grafeno tiende a dejar en ridículo todo lo que conocemos, pero aún nadie lo ha visto utilizado a escala macroscópica. Hablaba de este material aquí.

Se está trabajando también en aerogeles metálicos, algo más pesados, que tienen unas propiedades eléctricas estupendas, otros aerogeles de selenio, de aluminio e incluso de una cosa llamada agar que se extrae de las algas. Con este último se hace algo llamado SEAgel.

El alga de donde la que se extrae el agar, en todo su esplendor.

Lo malo de los aerogeles es que, pese a nos ser cancerígenos, están formados por partículas tan finas que tienden a desprenderse del material y terminar alojadas en nuestros ojos, poros de la piel, boca, nariz, y por adición todo el sistema digestivo y los pulmones, lo que puede terminar en dificultades respiratorias e irritaciones en las zonas expuestas.

Como última curiosidad, los primeros aerogeles se usaron a bordo de “Stardust”, una misión de la NASA destinada a capturar partículas de polvo de la cola de un cometa en 2006. Estos son los paneles de aerogel que desplegaba la sonda en el espacio, de manera que los pequeños trozos de roca impactaban contra ellos y quedaban allí alojados para su posterior devolución a la Tierra.

Cuando terminó el experimento la NASA los vendió en e-bay como adornos para peluquería. Crédito: wikimedia.

¿Qué es el agua pesada?

¿Qué líquido es exactamente igual que el agua, pero pesa un 11% más y probablemente te matará si bebes suficiente? (pista: no es ningún veneno transparente rebuscado)

Empecemos por lo básico.

La fórmula química del agua es H2O  lo que significa que una molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, formando más o menos una estructura de este estilo.

Hasta ahí bien.

Pero, a nivel atómico, no todo es tan sencillo. Cada átomo está compuesto de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. El número de ellos y la proporción de cada uno respecto a los demás, es lo que determina cómo será un elemento químico.

Los protones tienen carga positiva y los electrones negativa, mientras que los neutrones no tienen carga, o es neutra (propuesta para llamarles suizones denegada), tanto da.

Para que un átomo esté en equilibrio, tiene que tener el mismo número de cargas positivas que negativas, es decir, la misma cantidad de protones que de electrones. Lo único que diferencia un elemento de otro, de hecho, es el número de protones que contiene su núcleo.

A primera vista puede parecer que los neutrones carecen de utilidad. Tal vez no deberían existir. Tal vez deberíamos juntarlos todos y prenderles fuego, pero tampoco daría tiempo porque un neutrón aislado apenas dura 15 minutos antes de descomponerse en otras partículas más pequeñas. Pero, bueno, esto no viene el caso.

El agua, con todos sus componentes primarios y siguiendo el esquema de antes, quedaría así (me niego a hacer más círculos con el Paint, así que usaré gatos).

Además de ser necesarios para mantener los núcleos atómicos estables, los neutrones son la causa por la que se forman isótopos de todos los elementos.

Como ya hemos dicho, un elemento químico se caracteriza por el número de protones contiene en el núcleo, eso es inmutable. Pero sí podemos añadir o quitar neutrones de un átomo y seguirá siendo el mismo elemento, aunque sus propiedades cambiarán ligeramente. Es entonces cuando hablamos de isótopos.

Todos hemos oído hablar, por ejemplo, del carbono-14. El carbono tiene 6 protones, y esto es, ha sido y será así para cualquier átomo de carbono en cualquier parte del universo. El “14” que le sigue no es más que el número de partículas que contiene su núcleo (6 protones y 8 neutrones). De la misma manera, existen el carbono 12 y el 13, con seis y siete neutrones. En este caso, decimos que el carbono tiene 3 isótopos estables (porque en realidad existen desde el carbono-8 hasta el carbono-22, pero ninguno de ellos dura demasiado antes de desintegrarse).

Volviendo al agua, los átomos del hidrógeno de los que está constituida son los más simples y abundantes en el universo y se componen de un protón y un electrón. A esta configuración se le llama también protio.

Pero, pese a que esta configuración sea la más común (el 99,98% de la masa total de hidrógeno corresponde a protio), el hidrógeno tiene dos isótopos más: el deuterio y el tritio.

El deuterio tiene en su núcleo un protón y un neutrón, mientras que el tritio tiene un protón y dos neutrones. El tritio nos va a dar bastante igual, ya que es radiactivo y se usa sólo en la industria del armamento nuclear.

Volviendo al deuterio.

Pese a tener una partícula compañera en su núcleo, sus propiedades no varían mucho respecto al hidrógeno normal. La diferencia más notable es que pesa el doble que el hidrógeno corriente, ya que el centro ya no está ocupado por una sola partícula, sino por dos.

El deuterio no tiene ningún problema en enlazarse con oxígeno para formar moléculas de D2O  igual que el hidrógeno común forma H2O  El D2tiene el mismo aspecto que el agua corriente, pero una masa un 11% mayor que ésta. De ahí que nos refiramos a ello como agua pesada.

Un efecto curioso que produce este hecho, es que el hielo de agua pesada se hunde en agua normal en estado líquido, como aparece en este vídeo a partir del minuto 6:02.

El color anaranjado (o rosáceo, o lo que cada uno vea) del hielo se debe a que han mezclado una pequeña cantidad de tinte con el agua pesada para poder distinguir bien el experimento.

Luego, ocurre algo curioso: a medida que se funde, el hielo de agua pesada empieza a flotar. El señor del pelo afro canoso dice que esto es porque el hielo pesado se funde a una temperatura ligeramente menor que el agua corriente, así que ésta se vuelve a congelar sobre la superficie del hielo, bajando su densidad total. Pero hay algo que no menciona (y varios comentarios de Youtube parecen concordar conmigo): también contribuye a este fenómeno el hecho de que, al fundirse el hielo, el agua pesada se mezcla con el agua corriente y aumenta la densidad de la mezcla.

Pero bueno, sigamos con el tema que nos concierne a todos.

No se sabe mucho sobre los efectos nocivos sobre la salud del agua pesada.

Teniendo en cuenta que, de manera natural, uno de cada 7.000 átomos de hidrógeno es deuterio, y que el cuerpo humano cuenta con un 75% de agua, lo más probable es que ya tengas de 6 a 8 gramos de agua pesada corriendo por tus venas.

En esas cantidades no debe ser peligroso, porque entonces estaríamos todos muertos.

Lo que sí sabemos es que los enlaces que se forman entre el deuterio y el oxígeno en el D2O son un poco más fuertes que los del H2O.

También sabemos que muchos procesos químicos que nos mantienen vivos requieren de la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. Al necesitar más energía para romper las moléculas de D2O, estos procesos podrían ralentizarse o detenerse por completo, matándonos de alguna manera.

Oye, pero no me ha quedado una cosa clara del todo… Si el deuterio pesa el doble que el hidrógeno, ¿Cómo es que el agua pesada sólo pesa un 11% más que el agua normal? ¿No debería pesar también el doble?

El hidrógeno es sólo uno de los componentes del agua. Una molécula de H2O consiste en dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, mucho más pesado. Como protones y neutrones tienen masas muy parecidas, y los electrones pesan tan poco que se pueden despreciar, tomemos la masa de una partícula como 1.

El oxígeno tiene en su núcleo 8 protones y 8 neutrones, lo que le da una masa de 16 que, sumada a la masa de los dos átomos de hidrógeno, nos da una masa total de 18 para la molécula de agua.

En el caso del deuterio, el número total de partículas en la molécula ascendería a 20 al haber dos neutrones nuevos en el sistema. Podemos compararlo (más o menos) aquí.

Por tanto el agua pesada (con 20 partículas) será un 11.11% más masiva que el agua corriente (con 18 partículas). Locos del 11:11, manifestaos.

Y ahora, un breve mensaje publicitario.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“, donde hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

Especial Química (II)

Tras el éxito absolutamente abrumador del especial de química (I), vamos con otras tres reacciones químicas que van a dejaros patidifusos.

En primer lugar, veremos una pastilla efervescente al reaccionar con agua…

¡Vaya! ¡SIENTO LA ADRENALINA CORRER POR MIS VENAS! ¡Joder! ¿Para esto me molesto en entrar en tu puñetero blog?

… con agua en condiciones de gravedad cero (de microgravedad, en realidad, pero visualmente puede considerarse lo mismo en este caso). 


A los astronautas de la Estación Espacial Internacional (ISS, por las siglas en inglés) les pagan por hacer el chorra donde ningún ser humano ha hecho el chorra antes. En este caso, mientras orbitaban alrededor de la Tierra, se les ocurrió suspender en el aire una gota de agua de 5 centímetros de diámetro e introducir en ella una pastilla de Alka-Seltzer, un medicamento antiácido efervescente.



Recordemos que un fluido, dejado a su voluntad en condiciones de gravedad cero, tiende a formar esferas en el aire debido al efecto de la tensión superficial, así que nuestros cerebros acostumbrados a ver masas de agua contenidas en recipientes ni siquiera pueden anticipar lo que va a pasar a continuación.


La burbuja de agua succiona la pastilla de la mano del astronauta. Esto se debe a que la reacción empieza de manera inmediata, se libera gas en el interior de la esfera y la presión del fluido que compone la gota de agua baja drásticamente al ser desplazada por todo el gas.

Después de ser introducida por completo en la gota, el gas que emite la pastilla tiende a desplazarse hacia la superficie más cercana, donde las burbujas empiezan a acumularse. Las burbujas más pequeñas se fusionan para formar otras más grandes y, de tanto en tanto, alguna explota, deformando momentáneamente todo el sistema. Cuando la pastilla se ha disuelto, la estructura que se obtiene es siempre, más o menos, la misma: dos grandes burbujas de aire estables que mantienen deformada la gota de agua y que no explotan a menos que alguien las reviente.

Sólo por este vídeo han merecido la pena los 100 mil millones de dólares invertidos* en la ISS.

SIGUIENTE.

La polimerización explosiva de la nitroanilina. 


Como enseñan en el vídeo completo, esta es la reacción que se produce al calentar una mezcla de nitroanilina y ácido sulfúrico.

La nitroalinina es un compuesto de fórmula química C6H6N2O2 y usos variados: desde tintes y aditivos para carburantes a inhibidores de la corrosión y medicinas. Es tóxico, aunque sólo un poco: un ser humano estándar necesitaría,  administrada por vía oral, una dosis de 750 miligramos por cada kilo de masa corporal para tener un 50% de posibilidades de morir por su culpa. En total se necesitarían 60 gramos de polvo amarillento, por lo que más os vale buscaros una víctima a la que le guste muchísimo el curry.

La polimerización es el proceso mediante el cual las moléculas de un compuesto (normalmente líquido) se unen para formar largas cadenas enmarañadas y dar lugar a uno nuevo (normalmente sólido). Así se forman, por ejemplo, todos los plásticos de los que estás rodeado.

Volviendo a la animación y a la nitroalinina, echemos un vistazo a la composición del producto químico: C6H6N2O2. Esto significa que una molécula del material se compone de 6 átomos de carbono, otros 6 de hidrógeno, y 2 de nitrógeno y oxígeno, respectivamente. Esto es: un elemento sólido (carbono) , ligado a tres elementos en estado gaseoso, siempre y cuando se encuentren en condiciones de presión y temperatura normales, como las del vídeo.

Al reaccionar con el ácido sulfúrico, las moléculas de gas se separan del carbono y se recombinan con  el ácido y el aire para formar un humo espeso que se disipa en seguida. El carbono solitario que ha quedado atrás se deposita y es el principal componente de la columna negra y esponjosa al tacto que se forma durante la reacción. 


Y, ahora, vamos a ver lo que pasa al mezclar bromo y aluminio.



Esta reacción no tiene mucho secreto, solo es bastante espectacular.

Lo único que hay que explicar es que se libera una gran cantidad de calor mientras el bromo y el aluminio se combinan. Es una reacción exotérmica, lo que significa que produce calor o luz durante el proceso, o ambas en este caso. El efecto contrario sería una reacción endotérmica, que absorbe calor al producirse, pero eso suele ser bastante menos emocionante.

*Si entráis en el link, veréis que en el artículo aparece “100 billion”. Los americanos usan la palabra “billion” para referirse a nuestros “miles de millones”. Cada dos por tres aparecen errores en publicaciones supuestamente serias hablando de billones de dólares. Si no lo sabíais, y los números de algún artículo no os cuadran, tenedlo en cuenta al esparcir la historia.

¿Cuánto oro contienen los océanos?

El agua del mar no sólo contiene sal. Tiene disueltas pequeñísimas cantidades de casi todos los elementos, entre ellos el oro: alrededor de 13 milmillonésimas de gramo de oro por cada litro de agua de mar.

Se estima que el volumen de agua de los océanos, en conjunto, es de unos mil trescientos sesenta y ocho millones (1.368.000.000) de kilómetros cúbicos. Con la cantidad de oro por litro de agua que hemos mencionado, podemos calcular que hay 13 kilogramos de oro por kilómetro cúbico de agua por lo que, en total, en los océanos de todo el mundo hay unas 20 millones de toneladas de oro disuelto.

Fuentes:
http://oceanservice.noaa.gov/facts/gold.html
http://oceanservice.noaa.gov/facts/oceanwater.html

Especial Mercurio

Iba a escribir un especial sobre química, pero con el primer tema que iba a tratar me estaba alargando tanto que he decidido convertirlo en un capítulo sobre uno de mis elementos favoritos de la tabla periódica: el mercurio.

Este elemento ha alimentado la curiosidad del ser humano desde su descubrimiento. Y, hablando de alimentación, la curiosidad humana no es lo único que se ha nutrido de las interesantes propiedades de este elemento: el emperador chino Qin Shi Huang murió en el año 210 a.C. porque tomaba regularmente un brebaje de mercurio que había mandado desarrollar a sus alquimistas, pensando que esta sustancia le otorgaría la inmortalidad.

Si es bonito, es sano“, Qin Shi Huang emperador chino.

El hecho de que sea el único metal que se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente (aunque el galio también puede estarlo, si vives en un lugar muy caluroso) es el motivo por el que su símbolo químico es Hg, en alusión a su nombre latín hidrargium, que viene de hidros, “agua” y argentum, “plata”.

Otra cosa que sorprende de este elemento es su densidad, que ronda los 13.6 kilogramos por cada litro de material, el equivalente a sufrir una luxación de muñeca al intentar levantar un botellín de Font Vella lleno de este elemento.

De hecho, como las cosas menos densas flotan sobre las que lo son más, casi todos los elementos que nos rodean en nuestro día a día pueden flotar sobe el mercurio. Por ejemplo, aquí tenéis a un tipo lanzando una bala de cañón de hierro (densidad, 7.87 kg/litro) en una piscina de mercurio para la BBC.

Estaría bien que en el vídeo hubieran enseñado otros materiales más densos que el mercurio que sí se hunden en este metal líquido, como por ejemplo el uranio (18.95 kg/l), el oro (19.3 kg/l), el osmio (22.16 kg/l). No me creo que en la BBC no puedan permitirse comprar un lingotillo de oro para hacer una demostración rápida pero, de todos modos, en su defensa debo decir que la prueba tampoco sería recomendable, ya que el oro tendería a amalgamarse con el mercurio, liberando una gran cantidad de calor y…

¡Eh, para el carro con las palabras extrañas!

¡Calma, voz cursiva, ahora lo explico!

Una amalgama es una mezcla entre el mercurio y otro metal. Básicamente, cuando juntas cualquier metal (que no sea hierro, tungsteno, platino o tántalo) con el con mercurio, el primero se disuelve en él y ambos pasan a formar un sólo compuesto.

Amalgama de mercurio y oro. Fuente: aquí.

De hecho, el mercurio se usó durante mucho tiempo en la minería porque se amalgama con las pequeñas partículas de oro contenidas entre la arena y las rocas. Esto facilita mucho la extracción de oro porque puedes meter todo tu material en un recipiente con mercurio, darle un meneo para que entre en contacto con la mayor cantidad de oro posible y la disuelva, recuperar la amalgama líquida y disolver el mercurio que contiene con un ácido o evaporarlo para que sólo quede el oro atrás. Pero, claro, el uso del mercurio en la minería se tuvo que prohibir cuando se descubrió que es un metal extremadamente tóxico y que los residuos desataban el caos en los ecosistemas cercanos (y en los cuerpos de los propios mineros).

Y, sabiendo esto, tal vez os alarme conocer el siguiente dato: las amalgamas de plata-mercurio, por ejemplo, se usan en implantes dentales. Pero ojo, que no tenéis por qué preocuparos porque estos implantes no son tóxicos, ya que la mezcla forma un material sólido muy resistente a los ácidos que nos llevamos a la boca y al estrés mecánico de la masticación. Por tanto, el mercurio no tiene manera de salir del empaste y entrar en nuestro cuerpo cuando se encuentra en este estado.

En cualquier caso, no hace falta lanzar un metal dentro de una piscina de mercurio para que la reacción que produce una amalgama tenga lugar, ya que puede atacar a otros metales incluso en pequeñas cantidades, como demuestra el siguiente vídeo:

En condiciones normales, el oxígeno de la atmósfera reacciona con los átomos de la superficie del aluminio formando una fina capa protectora de óxido de aluminio impermeable que impide que más oxígeno penetre en el interior de la pieza y la debilite desde dentro.

Pero el mercurio es más valiente que el oxígeno y sí que es capaz de colarse a través de esa capa de óxido de aluminio, impidiendo que se forme una barrera continua que proteja el resto del material contra el oxígeno y permitiendo que el oxígeno penetre en la estructura. Esto forma nuevas capas de óxido que a la vez son atravesadas por el mercurio y el oxígeno, formando más capas… Y al final acaba todo lleno de grietas y la estructura hecha un desastre.

De hecho, el mercurio es tan efectivo rompiendo la barrera natural del aluminio que el tipo de este artículo de POPSCI.com  dice que, durante la II Guerra Mundial, los aliados aprovechaban este fenómeno e infiltraban unidades militares en territorio alemán para untar sus aviones con mercurio y dejaban a los nazis con el culo torcido al ver que sus aeronaves caían del cielo sin explicación alguna.

Moraleja: lo único que impide que un avión se estrelle contra el suelo es una capa microscópica de óxido de aluminio.

Y, después de todo esto, aquí tenéis mis publicidades que podéis ignorar perfectamente.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

Especial Química (I)

El primero de un número desconocido de posts que (a mi parecer) recopilarán las reacciones químicas más interesantes que encuentre por internet. Basta de cháchara.

En primer lugar, presentamos la combustión de un gas inflamable en el interior de una botella de cristal
Para explicarlo, tengamos en cuenta la siguiente figura.


En el estado 1, los átomos de combustible (negro) y los de oxígeno (rojo) están mezclados de manera uniforme a lo largo del volumen de la botella. 
Al aplicar una llama (estado 2), el oxígeno y el combustible empiezan a combinarse, dando lugar a nuevos compuestos gaseosos (verde y azul), que ya no son inflamables. Esta reacción libera mucha energía, por lo que estos nuevos compuestos están muy calientes y, como todos hemos experimentado al sacar una pizza del horno, el aire caliente tiende a subir. 
Debido a esta diferencia de temperatura entre los nuevos gases y la mezcla oxígeno-combustible más fría, los diferentes compuestos se separan (estado 3).
Aquí es donde aparece el conflicto.
Al prenderle fuego a la mezcla, el gas que entra en contacto con la llama empieza a arder instantáneamente, y los productos de la combustión, muy calientes, tienden a subir y escapar por la apertura de la botella.
Pero los gases de deshecho ocupan un volumen mayor y la apertura no da abasto para evacuarlo todo al tiempo que se va formando, por lo que éste tiende a acumularse a su alrededor, formando una burbuja cada vez más densa que desplaza el resto de gas inflamable hacia abajo y aumentando la presión en el interior de la botella. 

En una combustión al aire libre, la llama podría propagarse por donde le diera la gana pero, en este caso, impedida por la presión, no le queda más remedio que permanecer en la frontera entre los dos gases.
Al final, cuando la llama ha quemado todo el combustible que contiene la botella, dejan de generarse gases de deshecho y la apertura es capaz de evacuarlos todos de golpe. 
Pero el proceso es tan rápido que la botella queda vacía, y algo de aire de del exterior es succionado a su interior. Este aire contiene oxígeno, que reacciona con el combustible residual, generando una última llama que se expande con fuerza, ya libre del efecto de la presión.

Nuestro segundo invitado en este episodio especial es el tiocianato de mercurio.

Esta reacción, llamada poéticamente “la serpiente del Faraón” (desconozco si tiene connotaciones sexuales), libera gases tóxicos, por lo que es recomendable realizarla en espacios abierto o, mejor incluso, mirarla a través de Youtube.

Solía usarse como material pirotécnico para espectáculos, e incluso podía adquirirse en tiendas de petardos en algunos países, hasta que varios niños murieron por comer el sólido resultante en Alemania y se dieron cuenta de que con todo el asunto del mercurio, deberían haberlo pensado antes.

Nos despedimos con la reacción del veneno de serpiente con sangre humana.

Por suerte, no todos los venenos de serpiente van a hacerte eso. El que es usado en este gif es veneno hemotóxico de una serpiente de cascabel de Mojave, que produce un potente agente coagulante que… Bueno, ya lo vemos.

Lo más sorprendente de este caso es que, si te da tiempo a llegar a un hospital, es muy probable que te salves.

De todas maneras, a menos que viváis cerca del río Mississippi, en principio no hay de qué preocuparse.

EN PRINCIPIO…

Bismuto

A primera vista, el bismuto puede parecer un material aburrido. Es el elemento número 83 de la tabla periódica. De color gris blanquecino cuando está en estado puro (como casi todos los demás metales), se funde a una temperatura relativamente baja (271 ºC), no es especialmente escaso o valioso, y sus propiedades mecánicas lo convierten en un material muy utilizado para… nada.

“Meh.”

Pero no, ¡Esperad! ¡No dejéis de leer, os juro que esto mejora!
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