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lunes, 15 de abril de 2024

Un asunto de pura química: ¿de qué está hecho nuestro dispositivo móvil?

En un teléfono móvil hay más de 70 elementos químicos distintos. Sin las rocas y minerales que extraemos de las minas, los móviles serían imposibles de fabricar.


En las carcasas de los móviles suele encontrarse carbono y aluminio, entre otros elementos.

En la carcasa encontramos carbono (C), hidrógeno (H), magnesio (Mg) y aluminio (Al), entre otros. La cubierta no solo se diseña para que sea vistosa: el níquel (Ni), por ejemplo, se usa como escudo para mitigar las interferencias electromagnéticas y el bromo (Br) como retardante del fuego.

Cabe aclarar que, en realidad, los elementos no aparecen siempre de forma aislada, sino unidos a otros  formando compuestos, aleaciones u otras sustancias. En el caso de las carcasas, son comunes las aleaciones de magnesio y aluminio.

Los cables del futuro ya están entre nosotros

Las personas que crecieron en los 80 abrían un aparato electrónico y se encontraban algún que otro cable. Si abrimos un móvil moderno es muy posible que no veamos ni un solo cable. Y es que hace décadas que los "cables" están impresos en placas de silicio (Si). Al igual que las conexiones, en las que se usan cobre (Cu), plata (Au), platino (Pt), paladio (Pd), tantalio (Ta) y oro (Au).

Un dato que no deja indiferente: en un kilogramo de móvil hay 100 veces más de oro que en un kilogramo del mineral del que se extrae el oro. Por otra parte, la mayoría de las soldaduras se realizan con estaño (Sn) acompañado de plomo (Pb), aunque también se emplea germanio (Ge) y bismuto (Bi).

Los circuitos impresos usan habitualmente cobre sobre silicio.

Nuestra preciada pantalla

La  pantalla es el medio de interacción con el usuario y uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta. El indio (In) y el mencionado estaño son los responsables de que podamos usar la pantalla con nuestros dedos. El indio tiene la característica de que es transparente y además conductor de la electricidad. A pesar de que solo hay 0,02 g. de indio en un móvil, se estima que se acabarán las reservas mundiales para el año 2030. ¿Será el grafeno el sustituto? No es un elemento químico en sí, sino un derivado del carbono, y su flexibilidad y resistencia lo hacen un buen candidato.

Dependemos, también, de las tierras raras irremediablemente, así que en la pantallas se puede encontrar itrio (Y), lantano (La), terbio (Tb), praseodimio (Pr), europio (Eu), disprosio (Dy) y gadolinio (Gd).

Imanes en nuestros bolsillos

En los móviles están presente imanes por varios motivos: altavoces, micrófonos y sistemas de vibración. Se usan habitualmente imanes de neodimio (Nd) aleaciones de hierro (Fe) y boro (B), aunque también están presente en ocasiones los de praseodimio y disprosio.

Es la segunda vez que aparece el disprosio, una tierra rara. El 95 % de las tierras raras a nivel mundial es propiedad de China. Podemos imaginar lo que eso significa a nivel geopolítico...

Las baterías, ese dolor de cabeza

Con las baterías todos hemos tenido problemas. Que se agota rápido, que se estropea, etc. Lo más extendido y que, a su vez, lleva más tiempo con nosotros son las baterías de litio (Li), aunque en realidad están fabricadas con óxido de cobalto (Co) de litio y carbono en forma de grafito. Suelen estar recubiertas de una capa de aluminio.

Aquí entra de nuevo en acción el grafeno, pues es una alternativa que podría tomar partido en el futuro, al igual que las baterías de silicio. Por supuesto que hay muchos más candidatos y es un tema de estudio emergente en los últimos años.

La cámara de fotos

Ya hablamos de la pantalla, en la que hay un óxido capaz de detectar el toque de nuestros dedos. ¿Pero qué pasa con el cristal de las cámaras? Evidentemente no es el mismo. Suele usarse zafiro, que se compone de óxido de aluminio más cromo (Cr) y titanio (Ti), que es un mineral muchísimo más duro que el vidrio habitual. La dureza es la forma de medir la resistencia de un mineral a ser rayado. Esto significa que el vidrio de zafiro nos dará mejor resultado, pues tendremos imágenes más nítidas.

Los componentes electrónicos

Hay muchos componentes electrónicos en un móvil y, para fabricarlos, se usan muchos elementos. No es el objetivo aquí estudiar las leyes que gobiernan la electrónica, pero sí mencionar algunos de estos componentes.

El ya citado tantalio es utilizado en la fabricación de condensadores, que son componentes clave en la electrónica de los dispositivos móviles modernos. Estos condensadores son importantes porque permiten que los dispositivos se carguen rápidamente y se mantengan cargados durante períodos prolongados. Además, es utilizado en otros componentes, como diodos y resistencias.


Gracias al tantalio las baterías se cargan rápidamente y se mantienen cargadas durante períodos prolongados.

El wolframio (W) (también llamado tungsteno, que se extrae de la wolframita, se utiliza en los teléfonos móviles para fabricar filamentos de luz LED. Estos filamentos son más eficientes y duraderos que las lámparas convencionales y, por lo tanto, son una opción popular para la iluminación de las pantallas de los teléfonos móviles. También se utiliza tungsteno en otros componentes electrónicos, como contactos eléctricos y microprocesadores, debido a su alta resistencia y capacidad para mantener sus propiedades en condiciones extremas.

El lado oscuro de algunos de estos minerales

Los "minerales de conflicto" son minerales que se extraen en áreas afectadas por conflictos armados y violaciones de los derechos humanos, especialmente en países en desarrollo. Estos minerales suelen estar asociados con la financiación de grupos armados y la exacerbación de los conflictos debido a su valor económico y estratégico en la industria global.

Entre ellos se encuentran varios de los ya mencionados como el tungsteno, el oro, el estaño y el tantalio. La explotación de recursos minerales en estas regiones a menudo se lleva a cabo en condiciones de trabajo peligrosas e inhumanas, con graves consecuencias para los trabajadores y las comunidades locales.

Para abordar este problema, se han implementado diversas iniciativas a nivel internacional, incluidas regulaciones y estándares de transparencia en la cadena de suministro de minerales, así como programas de certificación y etiquetado que buscan garantizar que los minerales comercializados no provengan de áreas afectadas por conflictos o violaciones de derechos humanos.

Sin embargo, sigue siendo un desafío complejo debido a la naturaleza globalizada de la industria de los minerales y la dificultad de rastrear y controlar completamente la cadena de suministro.

lunes, 18 de diciembre de 2023

Quitina: conocé qué es esta sustancia

En la actualidad, el sector industrial pesquero genera gran parte del flujo económico en la sociedad y se ha convertido en centro de atención, porque también genera altas cantidades de residuos orgánicos e inorgánicos, los cuales, debido al mal manejo, representan importantes focos de contaminación.

Los problemas más notorios han distorsionado diversos ecosistemas de manera drástica -pues afectan agua, aire, suelo, entre otros-, lo que se considera como una de las principales consecuencias del cambio climático.

En las últimas décadas, la transformación de los productos derivados de la actividad pesquera, especialmente de crustáceos (camarones, langostas, cangrejos, etc) ha cobrado gran importancia.

La langosta, una de las especies de las que se aprovecha la quitina.

De ellos, la industria pesquera obtiene impresionantes cantidades de residuos sólidos, en su mayoría el caparazón, y de ello aproximadamente 5% se transforma en productos como harinas y extractos que sirven de base para alimento animal, pero el destino del resto son las las playas y costas, lo que se convierte en un grave problema ambiental.

Como resultado de esta situación, algunos grupos de investigación científica en el mundo, motivados por la preocupación social, han adquirido el compromiso de generar información que promueva programas enfocados en transformar y reutilizar los desechos para darles un valor agregado y, al mismo tiempo, incorporar el conocimiento de la relación entre la tecnología y el desarrollo sustentable, que minimice los daños en el equilibrio ambiental y en la salud humana.

La quitina en los crustáceos

El caparazón de crustáceos se considera como un desecho marino; su composición química es una fuente rica en quitina (polímero compuesto por moléculas de N-acetíl Glucosamina), que al ser sometida a un proceso de hidrólisis (descomposición del polímero), permite la obtención de compuestos benéficos y útiles.


Estructura química de la quitina.

El dato más importante es que la quitina es el segundo compuesto más abúndate en la naturaleza, después de la celulosa. Se considera que aproximadamente el 75% del peso total de los crustáceos son residuos; de ese porcentaje, la presencia de quitina comprende de 20 a 50% del peso total seco de dichos residuos.

El contenido de quitina, proteína, minerales y carotenoides presente en la cubierta de crustáceos varía dependiendo de la especie, parte de la cubierta, estado de nutrición y ciclo reproductivo del organismo. El caparazón de camarón contiene como componente principal entre 15 y 40% de quitina, proteína entre 20 y 40% y carbonato de calcio entre 20 y 50%, y en menor cantidad pigmentos y otras sales metálicas.

El interés por la pesca de crustáceos radica en que es una fuente importante de ingresos económicos tanto para las familias como para el mercado de alimentos. Los desechos del camarón (caparazón) son transformados con tecnología en productos de alto valor agregado como quitina, quitosano, aminoazúcares, proteínas, pigmentos, entre otros, los cuales son utilizados en las industrias cosmética, alimentaria, agrícola y farmacéutica.

viernes, 15 de diciembre de 2023

Magia para Muggles: ciencia, ficción y encanto en la divulgación científica

Se trata de un proyecto de la Universidad Nacional de San Luis (UNSL), Argentina, que fusiona el mundo de la ciencia con la magia inmersiva de novelas de ciencia ficción. Una propuesta que busca conjugar el mundo de Harry Potter con la enseñanza científica.

 
Yamina Dávila, mentora del proyecto (Fotografía: Prensa de la UNSL).

Ante todo, ¿qué es un "Muggle"? En el universo creado por la escritora británica J.K. Rowling en su saga de libros de Harry Potter, un Muggle es una persona que no posee ninguna habilidad mágica.

Yamina Dávila
, Doctora en Química y docente del Área de Química Física en la Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia (FQByF) de la UNSL, lidera el proyecto que fusiona el mundo de la ciencia con la magia inmersiva de la serie de novelas de la autora inglesa J.K Rowling acerca del “niño que vivió”.

Desde su rol como directora en el proyecto de investigación "Fisicoquímica de enzimas alimentarias, fármacos y compuestos bioactivos" y su participación en el proyecto "Diseño y caracterización estructural de sólidos inorgánicos con potencial aplicación en el campo de materiales" ha llevado adelante la iniciativa Magia para Muggles.

La Doctora concibió la idea de vincular el universo de Harry Potter con la enseñanza científica a partir del 2022 durante sus estudios para la Maestría de Enseñanza en Escenarios Digitales. Su objetivo principal radicó en “enlazar narrativas transmedia y las nuevas tecnologías para fortalecer la interacción entre estudiantes de distintos niveles educativos, docentes, investigadores y la comunidad en general”, explicó Dávila.

En el ámbito universitario, la divulgación de investigaciones científicas suele ocurrir en contextos académicos más especializados como congresos y publicaciones dirigidas a expertos en la materia. Dávila y su equipo se propusieron romper esa barrera y apostaron “por el arte, la ficción y la esfera digital como vehículos para comunicar la ciencia en espacios no formales de aprendizaje, especialmente dirigidos a niños, niñas y adolescentes”.

El proyecto ha evolucionado notoriamente a través de la colaboración con diferentes disciplinas. En el encuentro "Minimentes", organizado para las vacaciones de invierno por la secretaría Académica y la comisión de ingreso y permanencia de FQByF de la UNSL, se abrieron los laboratorios de la Facultad “para acoger a jóvenes de toda la provincia donde les brindaron experiencias prácticas con microscopios, experimentos químicos y diversas áreas universitarias”, sostuvo Dávila.

Este evento marcó un punto de inflexión que permitió expandir "Magia para Muggles" e incorporó estudiantes de distintas carreras y la colaboración de la artista plástica Sara Tais Brandi quien diseñó y elaboró elementos relacionados con el mundo de Harry Potter.

La iniciativa ha trascendido los límites universitarios y ha participado en diversos eventos como "Expo al Futuro" y la "San Luis Comic-Con", donde “por primera vez se presentó un espacio dedicado al desarrollo de experimentos científicos que generó un gran impacto y entusiasmo en los asistentes”, explicó Dávila.

La científica aseguró que “la conexión entre la magia y la ciencia es palpable: los experimentos presentados vinculan los hechizos y elementos del mundo mágico de Harry Potter con conceptos científicos como síntesis de compuestos, reacciones químicas, formación de complejos, pH, fluorescencia y estructuras moleculares, ofreciendo una experiencia inmersiva que combina lo fantástico con la explicación científica”.


Estudiantes de Química de la UNSL en la San Luis Comic-con 2023 (Fotografía: Prensa de la UNSL - Julio Arias).

Este enfoque narrativo transmedia busca expandirse aún más a través de diferentes plataformas digitales, involucrando a los usuarios como prosumidores, no solo consumiendo contenido, sino contribuyendo con sus propias ideas. La meta es crear una comunidad activa de divulgación científica basada en la magia de Harry Potter, no solo en la provincia de San Luis, sino a nivel nacional, facilitando así la comunicación de la ciencia de manera lúdica e interdisciplinar”, remarcó.

Para el próximo año, el proyecto "Magia para Muggles" planea incorporar nuevas experiencias relacionadas con la precuela de Harry Potter: "Animales Fantásticos y Dónde Encontrarlos". La misma buscará contar con la colaboración de biólogos e ingenieros electrónicos, sumando elementos de animales preservados y robótica.

Además, se proyecta la realización de un gran evento en un auditorio, ampliando la interacción entre el mundo mágico y la ciencia con la participación de diversas facultades, artistas y una experiencia previa de interacción digital.

Dávila destacó que esta iniciativa busca “despertar el interés por la ciencia desde edades tempranas, así como acercar la investigación científica a la sociedad y motivar a docentes a adoptar nuevas estrategias educativas”.

jueves, 23 de noviembre de 2023

La tabla periódica, la forma de ordenar los elementos químicos

Cuando Dmitri Mendeléiev ordenó los elementos químicos en 1869 en una tabla en la que se colocaban según sus propiedades físicas, la química cambió para siempre.


La tabla periódica es un cuadro que presenta todos los elementos químicos que existen ordenados según sus propiedades físicas. Fue diseñada por el químico ruso Dmitri Mendeléiev en 1869 y es considerado por muchos como el descubrimiento más importante de la química. Y es que esta compleja ordenación de los elementos permitió predecir el descubrimiento de nuevos elementos y permitió realizar investigaciones teóricas sobre estructuras desconocidas hasta el momento.

Preguntas frecuentes sobre la tabla periódica

¿Cuántos elementos tiene?

Actualmente la tabla periódica cuenta con 118 elementos, 94 de los cuales se dan de manera natural en la Tierra. Sin embargo, los científicos están intentando sintetizar nuevos elementos artificiales, por lo que no se descarta que esta lista aumente en el futuro. De hecho los grandes laboratorios de Japón, Rusia, Estados Unidos y Alemania compiten por ser los primeros en obtener los siguientes, el 119 y el 120.

¿Cómo se organiza?

La tabla periódica de los elementos está organizada de menor a mayor según su número atómico, es decir, el número total de protones que tiene cada átomo de ese elemento. Además están distribuidos en 7 filas horizontales llamadas periodos y 18 columnas verticales conocidas como grupos, de modo que los elementos que pertenecen al mismo grupo tienen propiedades similares.

¿Qué significa cada elemento?

Cada casilla de la tabla periódica corresponde a un elemento químico con unas propiedades determinadas. En dicha casilla se especifica su nombre, el símbolo químico del elemento, su número atómico (cantidad de protones), su masa atómica, la energía de ionización, la electronegatividad, sus estados de oxidación y la configuración electrónica. Gracias a los símbolos químicos se pueden abreviar los elementos de ciertas materias, como el agua, que está compuesta por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno, es decir: H2O.

Grupos de la tabla periódica

Las 18 columnas verticales conforman los conocidos como grupos de la tabla periódica y son elementos que tienden a tener propiedades químicas similares. Por ejemplo, la columna más a la izquierda de la tabla, la conocida como el grupo de los metales alcalinos, contiene elementos como el sodio, el potasio o el litio, todos ellos sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión bajos, muy reactivos y con tendencia a ennegrecerse en contacto con el aire. Su nomenclatura ha cambiado, tanto a lo largo del tiempo como de los países donde se nombren.

Clasificación de los elementos de la tabla periódica:

Grupo 1: metales alcalinos.
Grupo 2: metales alcalinotérreos.
Grupo 3: familia del escandio (tierras raras y actínidos).
Grupo 4: familia del titanio.
Grupo 5: familia del vanadio.
Grupo 6: familia del cromo.
Grupo 7: familia del manganeso.
Grupo 8: familia del hierro.
Grupo 9: familia del cobalto.
Grupo 10: familia del níquel.
Grupo 11: familia del cobre.
Grupo 12: familia del zinc.
Grupo 13: térreos.
Grupo 14: carbonoideos.
Grupo 15: nitrogenoideos.
Grupo 16: calcógenos o anfígenos.
Grupo 17: halógenos.
Grupo 18: gases nobles.

Últimos elementos añadidos a la tabla periódica:

Flerovio: número atómico 113.
Livermonio: número atómico 114.
Nihonio: número atómico 115.
Moscovio: número atómico 116.
Téneso: número atómico 117.
Oganesón: número atómico 118.

Elementos metales:

Aluminio.
Bario.
Berilio.
Bismuto.
Cadmio.
Calcio.
Cerio.
Cromo.
Cobalto.
Cobre.
Oro.
Iridio.
Hierro.
Plomo.
Litio.
Magnesio.
Manganeso.
Mercurio.
Molibdeno.
Níquel.
Osmio.
Paladio.
Platino.
Potasio.
Radio.
Rodio.
Plata.
Sodio.
Tantalio.
Talio.
Torio.
Estaño.
Titanio.
Volframio.
Uranio.
Vanadio.
Cinc.

Elementos no metales:

Carbono.
Nitrógeno.
Oxígeno.
Fósforo.
Azufre.
Selenio.

Actualmente se conocen 118 elementos y todos ellos están perfectamente colocados en la tabla periódica según sus características. Sin embargo a mediados del siglo XIX solo se conocían 63 elementos y, de hecho, los químicos no se ponían de acuerdo sobre cómo nombrarlos y ordenarlos. Por ello en 1860 se organizó el primer Congreso Internacional de Químicos en la ciudad alemana de Karlsruhe. Esta reunión fue crucial en la historia de la ciencia, pues allí se gestó la manera en la que actualmente organizamos los elementos químicos, pero no fue nada sencillo llegar a un acuerdo.

El primer paso fue establecer el concepto de peso atómico-masa atómica de un elemento, que fue establecido por el químico italiano Stanislao Cannizzaro. En este concepto se inspirarían tres jóvenes participantes en el congreso, William Odling, Julius Lothar Meyer y Dimitri Ivánovich Mendeléiev, para crear las primeras tablas. De todas estas distintas tablas que organizaban los elementos, la de Mendeléiev fue la más rompedora, pues hacía predicciones y dejaba huecos libres para elementos que se descubrirían más tarde, como el galio (1875), el germanio (1887) o el tecnecio (1937). La fecha oficial tomada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) como referencia para el aniversario del nacimiento de la tabla periódica es el 1 de marzo de 1869 según el calendario gregoriano (resulta que en Rusia en aquella época utilizaban el calendario juliano, por lo que el aniversario según este calendario sería el 17 de febrero) pues fue la fecha en que Mendeléiev publicó su investigación: "La experiencia de un sistema de elementos basados en su peso atómico y similaridad química".

A pesar de que está internacionalmente aceptado a Dimitri Mendeléiev como creador de la tabla periódica, para algunos autores, la versión definitiva de la tabla fue posible gracias a la ley periódica que presentó el británico Henry Moseley a comienzos del siglo XX.