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2013

¿Qué es el grafeno?

by Jordi Pereyra
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.

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Mitos sobre el cerebro (I)

by Jordi Pereyra

La neurología es un campo que del que no sabemos tanto como nos gustaría. No tenemos una idea muy clara de cómo se almacenan los recuerdos o ni siquiera de lo que es exactamente la conciencia, por ejemplo.

Todo esto es una excusa porque nos gusta mirar enfermedades mentales raras por internet y vamos a escribir sobre unas cuantas.

Seguramente habéis oído hablar sobre el síndrome de Estocolmo, que afecta a rehenes que se encariñan con sus secuestradores, pero también existe el caso inverso: el síndrome de Lima, bautizado tras una crisis en la embajada de Japón en Perú en la que un grupo militar tomó por rehenes a cientos de personas, la mayoría de las cuales soltaron a las pocas horas porque los asaltantes sentían simpatía hacia ellos.

Cuatro rehenes del robo de un banco en la capital sueca que empatizaron con el asaltante y bautizaron sin querer el síndrome. A la derecha, su captor.

Otro desorden mental que nos ha llamado mucho la atención es el síndrome de Cotard. Si estás convencido de que está muerto, te estás pudriendo, no existes, no tienes órganos internos o, incluso, de que eres inmortal, probablemente lo sufras.

Uno de los primeros casos, registrado por el neurólogo francés Jules Cotard, fue una mujer que acudió a él diciendo que no tenía ni cerebro, ni nervios, ni nada del pecho, ni estómago, ni intestinos, por lo que se consideraba inmortal y, por tanto, no tenía necesidad de comer. Murió de inanición poco después.

Esta foto no aporta nada, pero ha salido en Google Imágenes al escribir «síndrome de Cotard» y nos ha hecho gracia lo mal caracterizada que está. Crédito: mentalfloss.

Luego hay un conjunto de pequeños desórdenes interesantes que se disparan en forma de episodios breves al experimentar ciertas situaciones.

Cuando alguien se encuentra rodeado de arte en un museo y está particularmente apasionado por las obras exhibidas, puede sufrir un episodio de síndrome de Stendhal: la emoción del momento da lugar a mareos, palpitaciones, vértigo e incluso alucinaciones. El propio Stendhal (era un pseudónimio) dejó su propio testimonio como el primer caso registrado de este síndrome al visitar la basílica de Santa Cruz, en Florencia:

«Había llegado a ese punto de emoción en el que se encuentran las sensaciones celestes dadas por las Bellas Artes y los sentimientos apasionados. Saliendo de Santa Croce, me latía el corazón, la vida estaba agotada en mí, andaba con miedo a caerme«.

Algo por el estilo ocurre en la ciudad de Jerusalén (que da su original nombre al síndrome de Jerusalén): cuando algunos visitantes que llegan a la Ciudad Santa se ven sobrellevados por la psicosis religiosa, acompañada de ilusiones de la misma temática. En los casos más radicales, el afectado cree que es alguno de los personajes de la Biblia y empieza a actuar como tal.

No es la única ciudad que despierta psicosis: a algunos turistas que visitan la ciudad de París sufren que el síndrome de París (la originalidad de los psiquiatras es notable). Lo curioso sobre los episodios de este síndrome es que suelen ocurrir entre turistas japoneses.

Dicho llanamente: algunos turistas japoneses tienen una visión extremadamente idealizada de la capital francesa y, al visitarla, descubren que hay gentuza, como en todos lados y que no es ni la mitad de maravilloso que habían imaginado. Esto, combinado con las grandes diferencias culturales y la barrera del idioma, es el detonante de este síndrome que puede llegar a desembocar en episodios de ansiedad, taquicardias, sudores, mareos e incluso despersonalizaciones.

Estamos hartos de no poder poner suficientes imágenes en este tipo de entradas, así que aquí la acabamos. FIN.

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Helicoprion

by Jordi Pereyra
Pocas veces nos encontramos con información que nos pueda dar un punto de vista nuevo sobre algo que creíamos que seguía unas reglas determinadas. Hoy ha sido una de esas veces, cuando hemos encontrado la foto de este fósil:
A primera vista, puedes pensar «bueno, debe ser algún tipo de caracol«. Eso es lo que creíamos nosotros… Hasta que, buscando un poco, hemos descubierto que es parte de una mandíbula.

Una. Jodida. Mandíbula.

¡Deja de inventarte mandangas, Ciencia de Sofá!
¡Que no, que no! ¡No es un invento! Hablan de ello incluso en este artículo del Scientific American. La cosa funcionaba así:
    Crédito: Dimitri Bogdanov/wikimedia commons.

Aunque por la forma parece un tiburón, en realidad es un helicoprion (del griego, sierra en espiral), un animal del género de los chimaeriformes al que pertenecen 47 especies de peces cartilaginosos. Sus extraños dientes los únicos huesos que poseían, por lo que es lo único que se ha fosilizado mientras el cartílago del resto del cuerpo se iba degradando.
Cuando los paleontólogos encontraron estas espirales serradas, sin ningún esqueleto o cráneo que las acompañara, pasaron un mal rato hasta deducir qué demonios estaban mirando y dónde podía situarse en el organismo de un animal. Basándose en otros fósiles de peces del mismo orden (los eugeneodontiformes), fueron capaces de deducir la forma del helicoprion, estimar que debía medir entre 3 y 4 metros de largo y, lo más importante, colocar en su lugar la espiral que contenía unos 109 dientes: en la mandíbula inferior.

Una consecuencia curiosa que tiene esta localización es la manera en la que el animal mudaba los dientes: en vez de caerse y volver a crecer, se desarrollaban en un extremo de la espiral uno tras otro, empujando al resto hacia el interior de la mandíbula cartilaginosa a medida que se desgastaban para ser reabsorbidos.

                                Imagen: Ray Troll.

Sí, ya, ¿Pero qué beneficios tienen esos dientes?

Al cerrar los dientes sobre una presa, su mandíbula golpeaba contra el sólido paladar y la propia geometría de las piezas dentales empujaba la presa hacia el interior de la boca. ¿Qué? ¿Que no nos creéis?

En el elaboradísimo esquema que hemos hecho puede verse como las puntas de los dientes trazan trayectorias curvas hacia el interior de la boca cuando la mandíbula se cierra. Esto tiene la ventaja extra de que abrir y cerrar la boca constantemente produce un «efecto sierra».

Y, se acabó, aquí serramos esta entrada.

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Respuestas XXII: Materia oscura.

by Jordi Pereyra

Volviendo a la dinámica de los lunes que se convierten en martes, respondo a una pregunta formualda por Esteban Molina que me ha gustado mucho: ¿Qué es la materia oscura?

Al hablar de materia oscura, nos referimos a algo que no interacciona con la materia ordinaria o no emite o absorbe ningún tipo de energía electromagnética (luz, infrarrojos, rayos X…), pero que sabemos que está ahí porque el comportamiento de muchas galaxias no parece cuadrar con la cantidad de masa que tienen: la fuerza de gravedad que las mantiene estables es de 5 a 10 veces mayor de la que debería. Es decir, que nos estamos pasando por alto algo bastante gordo.

En esta imagen, los halos brillantes se han añadido para señalar dónde está concentrada la materia oscura, basándose en la distorsión de la luz de las galaxias de fondo a causa de la gravedad. Fuente: hubblesite.

Bueno, ¿Y si lo único que falla realmente son las ecuaciones que estamos usando para modelar la gravedad? 

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