martes, 22 de enero de 2019

No coma facturas en papel térmico

Supongo que quien más quien menos entre los seguidores de este Blog, ha conocido esta pasada semana una noticia, según la cual, debemos ser precavidos con el papel térmico de los recibos y facturas que nos suministran en muchos comercios (como el que sale de los datáfonos cuando pagamos con tarjeta, por ejemplo). Y que en virtud de que contiene una sustancia química, vieja conocida de este Blog, el Bisfenol A (BPA), por el mero hecho de que toquemos esos recibos, entren en contacto con nuestra compra o los guardemos en el coche, monedero o bolso, pueden causarnos males sin cuento. Afortunadamente, a lo largo de esa misma semana, ha habido personas que han puesto las cosas en su sitio, como Miguel Angel Lureña (en Twitter @gominolasdpetro) o Marian Garcia (@boticariagarcia), entre otros. Y, por lo que me toca y por la lata que he dado con el BPA, espero que entre los lectores habituales de este Blog no haya cundido el pánico. No en vano este Búho ha procurado mantenerles siempre a la última de todo lo que es importante en torno a ese compuesto químico. Y si yo no he abierto la boca desde la larga entrada del 23 de febrero de 2017 es que no hay nada relevante que decir.

Para el que se le haya pasado inadvertido, el origen de la noticia es una nota difundida por la Oficina de Prensa de la Universidad de Granada, relativa a la reciente publicación de un artículo firmado, entre otros autores, por el Prof. Nicolás Olea, Catedrático de Radiología y Medicina Física de dicha Universidad [Environmental Research 170, 406-415 (2019)]. Como me conozco cómo funcionan los Gabinetes de Prensa de las Universidades, estoy casi seguro de que el contenido de esa nota habrá contado con el Nihil Obstat del propio Prof. Olea antes de ser publicada. Y somos bastantes los que pensamos que no es de recibo que esa Oficina de Prensa titulara la nota informativa a la que he hecho referencia (y que han repetido como loritos casi todos los medios) de esta forma: "Los tickets de la compra en los que se borra la tinta contienen sustancias que provocan cáncer e infertilidad, según un estudio".

Vayamos con el contenido del artículo en cuestión para entender si eso es así. Los autores del mismo seleccionaron al azar 112 muestras de papel térmico en comercios de Brasil, Francia y España y analizaron su contenido en Bisfenol-A y, en segundo lugar, la actividad hormonal de extractos obtenidos a partir de esos papeles. Dado que, hoy en día, un porcentaje muy elevado del papel térmico se confecciona usando Bisfenol A y que, además, éste es conocido por su actividad a nivel hormonal, no sé yo lo que esperaban encontrar. Pues lo que encuentran. La gran mayoría de las facturas en papel térmico analizadas contenían Bisfenol A (luego hablaremos de las concentraciones). Y sus extractos tienen actividad como disruptores endocrino. Y poco más de relevante podemos extraer del artículo. Esos resultados no demuestran, en absoluto, que entrar en contacto con ese papel térmico produzca cáncer o infertilidad, por mucho que en la introducción del mismo se citen artículos que pudieran inducir a pensarlo.

El estudio no dice nada nuevo que no supiéramos desde las recientes revisiones de la toxicidad de esta sustancia, realizadas por la FDA americana o la EFSA europea y que yo mencionaba en la entrada del Blog arriba citada. El trabajo del que hablamos, por ejemplo, no da nuevos datos sobre la cantidad de BPA que podemos ingerir a través de la piel en los diversos escenarios de contacto con el papel térmico, ni de la cinética de su migración hacia el interior del cuerpo, ni del ulterior metabolismo en él, asuntos sobre los que la EFSA considera necesario que se aporten más evidencias experimentales de cara a una ulterior revisión, prevista para 2020. A pesar de las incertidumbres que acabo de mencionar, el informe de 2015 de la EFSA, con 1040 páginas y más de 500 referencias revisadas, considera, por primera vez, entre las posibles fuentes de BPA, el manejo del papel térmico así como el de los cosméticos (algunos también contienen BPA). De hecho, fue una de las razones que motivaron ese nuevo informe, ya que esa posible absorción por la piel no se había considerado en los informes anteriores de 2006 y 2010. Lo cual tampoco es de extrañar. Una revisión bibliográfica sobre el tema muestra que solo a partir de esa década empiezan a aparecer un número significativo de artículos científicos al respecto.

Como resultado del informe de 2015 la EFSA estableció una nueva dosis total de Ingesta Diaria Tolerable (TDI) de 4 microgramos de BPA por kilo de peso y día, bien entendido que ese número hace referencia a la cantidad de BPA que, según los expertos, podría ingerirse diariamente (por diversas vías) a lo largo de toda una vida. Traducido a un adulto de peso medio 70 kilos, eso se traduce en que podría ingerir 0,28 miligramos por día, todos y cada uno de los días de su vida. El informe de 2105 también establece que los niveles de exposición habitual al BPA de los europeos están claramente por debajo de esa cifra. Pero hay que recordar que en el establecimiento de esa TDI hay implícitas grandes dosis de precaución por parte de las científicos que la han evaluado. Como consecuencia de diversas incertidumbres, por ejemplo, los estudios de toxicidad se hacen con animales, cuyo metabolismo no coincide necesariamente con el nuestro, se usan dosis más elevadas, en tiempos más cortos que una vida humana, se tienen por ahora pocos datos sobre los mecanismos a través de la piel, etc, se llega a esa cifra de los 4 microgramos tras dividir, por un factor de 150, las dosis a partir de las cuales el BPA causa daños en los animales de laboratorio.

En un par de ocasiones, Olea y sus colegas comentan que las cifras de BPA encontradas son entre 30 y 100 veces superiores a la de un 0,02% en peso que se pondrá en vigor en la UE a partir de enero de 2020. Esa medida restrictiva tiene su origen en una propuesta presentada por Francia a la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (ECHA) en mayo de 2014, en la que pedía la adopción de esa nueva concentración límite "por el riesgo para los trabajadores (principalmente cajeros) y los consumidores expuestos al BPA por la manipulación de recibos de papel térmico". Mientras la ECHA consideraba la propuesta francesa, apareció el nuevo informe sobre el BPA de la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), al que acabamos de referirnos. Así que ambas agencias aunaron sus esfuerzos para garantizar la coherencia de la evaluación científica de los extremos aducidos por Francia en su expediente. Concluyendo, un poco en contra de los términos aducidos por los franceses, que el riesgo para los consumidores estaba adecuadamente controlado, pero aquel al que pueden estar expuestos los trabajadores expendedores de recibos de papel térmico necesitaba una corrección. Y en diciembre de 2016 se acordó adoptar esa nueva concentración del 0,02%, como concentración segura en una exposición ocupacional, dando un plazo de 36 meses para que los fabricantes de papel térmico la cumplan, plazo que expira en enero de 2020. Tal y como están las cosas en la ECHA y la EFSA, si la situación actual fuera realmente peligrosa para la salud de los trabajadores, las medidas hubieran sido más contundentes.

En definitiva y en opinión de este humilde jubilado, la nota de prensa de la Universidad de Granada es solo una forma de procurar que las investigaciones del Prof. Olea (y la Universidad con ellas) salgan en todos los medios. Lo que, por otro lado, ya resulta reincidente, porque lo que ahora se hace con el papel térmico, ya se hizo antes con el agua embotellada. En un artículo de 2015 [Environment International 74, 125-135 (2015)], el grupo del Prof. Olea estudió un total de 29 botellas de agua vendidas en el entorno de Granada, 26 de las cuales estaban embotelladas en plástico y tres en vidrio. En este caso solo se medía la actividad hormonal de esas aguas, con técnicas similares a las del artículo de 2019. Todas (incluidas las de vidrio) mostraban actividad de uno u otro tipo. Pero para poner los resultados de ese trabajo en el debido contexto, hay que contar, por ejemplo, que la media de la actividad estrogénica de todas las botellas se cifró en 0.113 pM (picomoles) equivalentes de estradiol (E2) por litro. ¿Es esa una cantidad relevante en lo que se refiere a la salud?. Bueno, pues en la cerveza se han llegado a detectar actividades de más de 500, en las mismas unidades, en el vino tinto mas de 300, por no citar otras cifras en productos lácteos, frutas, etc., todas ellas superiores a las aguas granadinas. Datos que aparecen en la introducción del propio artículo.

También en este caso, la publicación del artículo sirvió para que la Oficina de Prensa de la Universidad de Granada distribuyera una nota similar a la de este año, lo que ocasionó la inmediata repercusión en los medios. Por ejemplo, Discovery Salud publicó en su número 198, noviembre de 2016, una entrevista con el Prof. Olea, bajo el título "Analizan 29 botellas de agua y todas pueden provocar problemas de salud". En el resumen se dice literalmente que "en todas las botellas investigadas encontraron sustancias que alteran o inhiben hormonas, lo que puede causar problemas metabólicos, inmunológicos, neurológicos y de infertilidad, así como posibles cánceres de tiroides, mama, próstata y testículos". Algo, otra vez, inexacto pues en el trabajo no se "encontraron sustancias". Tras la exposición de los resultados obtenidos, relativos exclusivamente a la actividad hormonal de las 29 aguas, el artículo simplemente especula sobre posibles sustancias que pudieran dar lugar a esa actividad hormonal, así como sobre los posibles riesgos.

Aparte de lo que se refiere al artículo en sí, esa entrevista en Discovery Salud da mucho más juego. En el transcurso de la misma, Nicolás Olea le dice literalmente al periodista que "Hemos observado que, efectivamente, los niños y las embarazadas orinan plástico. Lo inconcebible es que cuando comunicamos lo descubierto se nos respondió que las cantidades detectadas eran normales. Con total desfachatez [........]. ¿Se han vuelto locos?. ¿Cómo va a ser normal orinar plástico?. Insisto: el asunto es gravísimo. Porque le aseguro que hoy el 87% de las embarazadas orina plástico a diario". No me cabe duda alguna de que el Prof. Olea sabe que el plástico no puede salir en la orina. No tengo tampoco dudas de que se refiere a que la gente orina sustancias con actividad hormonal que puedan migrar desde el plástico de la botella al agua. Intuyo (y puede comprobarse en el enlace de arriba) que el periodista se lía con la respuesta previa del entrevistado y pregunta asombrado: ¿Que el 95% de los niños granadinos orinan plástico....?. Y el entusiasmo con el que Nicolás Olea defiende siempre sus ideas le juega una mala pasada.

Pero, si realmente el entrevistado sabe que ni los niños ni las embarazadas de Granada mean plástico, ¿por qué no ha tomado medidas para eliminar esos párrafos, que están en la red desde 2016?. Marketing, puro marketing....científico. Creo yo. Pero no tenéis por qué hacerme caso. Dice una amiga mía que soy un viejo gruñón.

Leer mas...

viernes, 11 de enero de 2019

La trucha alcalina

Ya estaban avisados los lectores de este sitio que el nuevo año 2109 ha sido declarado Año Internacional de la Tabla Periódica de los elementos químicos. Así que nada mejor para inaugurar las entradas de este 2019 que hacerlo con cosas relacionadas con uno de esos elementos: el sodio. Lo que me hace rebobinar hasta principios de los setenta, cuando uno era un imberbe estudiante de Química en la Universidad de Zaragoza. En ese tiempo, una "travesura" bastante habitual entre los estudiantes era distraer un pequeño trozo de sodio de alguno de los laboratorios de prácticas y echarlo en uno de los estanques situados frente a la entrada de la Facultad de Ciencias. Al entrar en contacto con agua, la reacción del sodio con la misma es inmediata y, lo que ocurre, ha llamado la atención de generaciones de químicos en ciernes, que no lo suelen olvidar nunca.

Como le pasó al famoso neurólogo Oliver Sacks. En su libro El tío Tungsteno, varias veces citado en este Blog, menciona cómo siendo aún un niño consiguió, en una droguería de su ciudad, casi un kilo de sodio (en Hernani, mis amigos y yo también teníamos un droguero solidario con nuestros experimentos). Con el sodio como un tesoro se fue con dos amigos a los estanques de Highgate, al Norte de Londres, y desde lo alto de uno de los puentes que los cruzan, arrojaron un buen pedazo del metal al agua. "Al instante se incendió y se puso a dar vueltas a toda velocidad sobre la superficie del agua como un meteorito enloquecido, con una enorme llama amarilla en la parte superior. ¡Estábamos eufóricos. Eso sí era química, y de la buena!".

A los estudiantes se les enseña que la explosión resultante se produce porque la reacción entre el sodio y el agua da lugar a hidróxido sódico, hidrógeno gas y una gran cantidad de calor, que es capaz de generar vapor de agua con el agua líquida de los alrededores y la ignición del hidrógeno, que arde gracias al oxígeno del aire. Pero siempre ha habido incógnitas sobre la extremada rapidez a la que se desarrolla el proceso, porque ello implicaría un íntimo y continuo contacto del sodio con el agua, algo complicado pues la propia formación del hidrógeno y del vapor de agua tendría que impedir un continuo flujo de agua hacia el sodio, lo que debería ir haciendo el proceso más lento en lugar de muy rápido y explosivo.

El verdadero desencadenante del fenómeno no se comprendió bien hasta que, en 2015, un equipo de investigadores checos y alemanes [Nature Chemistry 7, 250–254 (2015)] utilizaran cámaras de vídeo de alta velocidad y simulaciones por ordenador para comprender lo que ocurre durante los primeros milisegundos del proceso. Sus resultados indican que la reacción explosiva se activa por una liberación casi inmediata de electrones desde el sodio, justo cuando contacta con el agua, lo que da lugar a la formación de iones sodio cargados positivamente, que se repelen fuertemente entre sí, provocando la llamada explosión de Coulomb, que genera múltiples puntas de metal en la zona externa del metal, lo que aumenta considerablemente su superficie y facilita la reacción, lo que explica su rápida propagación y el comportamiento explosivo.

Al hilo de la peligrosidad de la reacción entre el sodio y el agua, en un artículo del 16 de diciembre pasado, Craig Bettenhausen del Chemical Engineering News, preguntaba en su titular qué se puede hacer con muchas toneladas de sodio, lo que le permitía contar dos cortas pero interesantes historias. Yo solo voy a hacer mención a la segunda. En 1947, y como consecuencia del fin de la segunda guerra mundial, el ejército americano se encontró con un sobrante de nueve toneladas de sodio metálico con las que no sabía qué hacer. Y tras considerar una serie de posibilidades, decidió llevarlas en camiones hasta las zonas elevadas que delimitan el Lago Lenore en el Estado de Washington y tirarlas al mismo. Hay incluso un vídeo (de no muy buena calidad) que muestra esas operaciones y se ve la instantaneidad de las explosiones y las columnas de vapor de agua que se generan.

Ya sé lo que estaréis pensado sobre los militares americanos ante lo que parece un auténtico despropósito. Y, en principio, no os falta razón. Teniendo en cuenta el volumen de agua habitual de ese lago, si su pH antes de la operación militar fuera cercano a la neutralidad (7), las nueve toneladas darían lugar a que el pH se elevara hasta 9 y, consiguientemente, ello tendría inmediatas repercusiones en los seres vivos que poblaran el lago en el momento de la operación. Pues va a ser que no. Los militares habían elegido el Lago Lenora porque estaba documentado que el valor medio del pH de ese lago era un cifra bastante alcalina (9,9), así que los cálculos les indicaban que, incluso el verter las nueve toneladas de sodio, ello no iba a suponer una variación sustancial de ese pH, más allá de los cambios naturales que en diferentes épocas del año se dan en el propio lago.

Pero, ¿a qué viene lo de la trucha en el título de esta entrada?. Pues resulta que hay un tipo especial de esta especie, la trucha degollada de Lahontan que, además de ser el símbolo del Estado de Nevada, puede tolerar sin problemas aguas de semejante alcalinidad. Así que, a mediados de los ochenta, el Departamento de Pesca y Fauna Silvestre del Estado de Washington decidió poblar las aguas del Lago Lenora con esta especie. Desde entonces se ha convertido en un sitio muy visitado por los pescadores de la zona. Por otro lado, la trucha en cuestión es un activo depredador de insectos, anfibios y de otros pequeños peces que también aguantan el medio alcalino, lo que le hace jugar un activo papel en un ecosistema tan especial.

Y pienso, aunque Craig no lo diga, que habrá mas de un pescador que andará por allí, caña en ristre, por aquello de la dieta alcalina.....

Leer mas...

viernes, 21 de diciembre de 2018

Las pelotas de caucho de los mayas y...otras cosas

Aunque los últimos días estamos teniendo en Donosti, gracias al Viento Sur, temperaturas muy agradables, no está, sin embargo, la cosa como para chancletas. Pero este Blog tiene lectores hasta en las antípodas y uno de ellos me ha mandado una página web con una cabecera con la imagen que se contempla a la izquierda. Que no se sabe si es una promesa de vuelta a la naturaleza para las chancletas o para quien las calza. Cada vez me cuesta más entrar, por cansina, en la clásica disputa natural/sintético pero es que, como ya os he contado más de una vez, yo hice mi Tesis Doctoral sobre diferentes tipos de cauchos (tanto naturales como sintéticos) y, de aquella época y también de algo más tarde, conservo mucha bibliografía sobre la historia de estos materiales. Alguno de esos artículos vuelven a mi ya provecta memoria de vez en cuando y por desencadenantes diferentes. Como hoy, cuando leía el anuncio en cuestión. Así que he decidido contaros una historia, creo que interesante, sobre la prehistoria de los cauchos y luego volvemos con las chancletas de marras.

En el año 1999, tres investigadores del Departamento de Materiales del Massachusetts Institute of Technology (el afamado MIT) publicaron en la no menos afamada revista Science, un trabajo sobre unas pelotas de caucho que las diferentes culturas mesoamericanas usaron durante muchos siglos en ciertas ceremonias lúdico-religiosas que, todo hay que decirlo, a veces acababan con sacrificios humanos. La datación con técnicas radiactivas de unas pelotas, encontradas en un yacimiento arqueológico en la localidad mejicana de Veracruz, han permitido establecer que se fabricaron alrededor de 1600 años antes de Cristo. Tres mil años mas tarde, los colonizadores españoles y los cronistas que los acompañaban, constataron que los indígenas seguían practicando ese juego con dichas pelotas de tamaños similares a los actuales balones de fútbol. Era algo parecido al vóley pero que se jugaba sin red y golpeando la pelota con la cintura y caderas. Gracias a crónicas de principios del siglo XVI sabemos que esas pelotas se fabricaban a base de lo que hoy llamamos látex, una suspensión acuosa de grasas, ceras y polímeros, que ciertos árboles tropicales de la zona, como el denominado Castilla elastica, exudan cuando sus tallos son heridos con un objeto punzante. La producción de ese látex es una reacción del árbol a la agresión y una forma de comenzar la restauración de la parte dañada. Los indígenas llamaban al látex ulli, de donde procede el término hule que en Méjico y otros países de la zona se usa para el caucho.

Como ya os he contado en otros sitios de este Blog, eliminar el agua que contiene el látex da lugar a un material semisólido, blandito y pringoso, que es lo que se conoce como caucho natural. Durante bastante tiempo no sirvió para casi nada, aunque en una entrada de 2010 os contaba, sin embargo, que los primeros impermeables contra la lluvia, los famosos Mackintosh, que se empezaron a vender en la segunda década del siglo XIX, eran capas de tejidos embadurnados con una disolución de ese caucho natural en éter de petróleo (algo parecido a la gasolina), que se pegaban unas con otras en una especie de sandwich. Eficaces contra el agua pero una guarrada pegajosa y molesta, que ningún inglés de alta sociedad osaría vestir.

Más o menos en este tiempo, emerge la figura de Charles Goodyear, un personaje fascinado por la posibilidad de hacer que el caucho pudiera utilizarse para algo, una obsesión que casi arruinó el patrimonio familiar y que le hizo visitar la cárcel, cuando acabó en un auténtico desastre su propuesta al gobierno de su tiempo de preparar sobres de correo resistentes a la lluvia con un impregnado a base de caucho. Entre las muchas cosas que probó para mejorar el caucho, a base de pura prueba y error, optó, vaya usted a saber por qué, a mezclarlo con azufre. Algo que tampoco funcionó, hasta que un día una de esas mezclas se quedó sobre una estufa que tenía en su laboratorio para calentarse. El resultado fue que la goma blandita y deformable se fue haciendo más dura y prácticamente indeformable pero manteniendo una cierta elasticidad que le permitía botar. Había nacido el caucho natural vulcanizado que jugó un papel fundamental en la introducción de los primeros automóviles con motor y resultó un material estratégico en la primera guerra mundial.

Volviendo a los tres investigadores implicados en el trabajo de Science, cuya referencia doy al final, uno de ellos era un estudiante que estaba haciendo un trabajo de fin de grado dirigido por otra de los firmantes. El trabajo no iba más allá de querer establecer el marco geográfico de esas prácticas con pelota entre los indígenas mesoamericanos. Pero en las sesiones de tutoría entre el estudiante y su directora, y de modo tangencial, surgió la pregunta de cómo se las habían ingeniado los indígenas para conseguir una pelota elástica, pero prácticamente indeformable, cuando el concepto de vulcanización no apareció, de la mano de Goodyear, hasta 3500 años después. Ambos exploraron los textos de otros cronistas de la época de la colonización por parte de los españoles y, lo que es más importante, consiguieron hacerse con un par de muestras de las pelotas encontradas en los trabajos arqueológicos de Veracruz antes mencionados. Contando con la ayuda de la tercera firmante del artículo, pudieron realizar una serie de análisis químicos que fueron los que llegaron a la conclusión que valió su aceptación como artículo publicable en Science.

Los indígenas extraían el látex de ejemplares del árbol arriba mencionado (Castilla elastica) pero, antes de eliminar el agua del mismo, lo mezclaban con un segundo líquido, extraído de la maceración de una enredadera habitual de esos mismos árboles y que en botánica recibe el nombre de Ipomoea alba (también conocida como Flor de Luna o Dama de Noche porque sus flores se abren de noche y se cierran durante el día). La mezcla de ambos líquidos provoca la precipitación del polímero base del caucho natural que, al mismo tiempo, reacciona con ciertos compuestos de azufre que la Ipomoea contiene (ácido sulfónico y cloruro de sulfonilo) obteniéndose un efecto similar al que se da en el proceso de vulcanización del caucho.

Dicho lo cual, y volviendo a las chancletas del comienzo, la empresa que las comercializa nos cuenta una maravillosa historia en la que dicen haber buscado su material en granjas de árboles de Tailandia que se han dedicado tradicionalmente al suministro de caucho natural. Nos cuentan cómo los vibrantes colores de sus productos provienen de colorantes naturales. Pero si me habéis seguido hasta aquí, os habrá asaltado la duda que asaltó a un servidor al leer el anuncio: ¿esas chancletas usan el caucho sin vulcanizar?. Difícil, porque durarían muy poco en su forma original cuando alguien pesando unas cuantas decenas de kilos se asentara sobre ellas. Y, si no es así, ¿habrán usado, como los indígenas, extractos de plantas para conseguir algo similar a la vulcanización?. Difícil de entender que si lo han hecho no lo publiciten, dado el tono ecológico del anuncio. Así que yo creo que azufre o compuestos de azufre, como los mercaptanos o similares, tiene que estar implicados en la confección de las citadas chancletas.

También proclaman la biodegradabilidad de las mismas. Aunque es cierto que los cauchos (tanto naturales como sintéticos) se biodegradan mejor que otros polímeros, como los plásticos convencionales, la vulcanización complica la biodegradabilidad y tanto más cuanto más extensamente vulcanicemos. Y para muestra un botón: basta ver cómo se "biodegradan" las pilas de neumáticos usados que se acumulan en las empresas de desguace. Poco o nada, lo que hace que muchos de ellos acaben en las interioridades de los hornos de las cementeras o de las plantas incineradoras.

¡¡Feliz Navidad amigos!!

(*) D. Hosler, S.L. Burkett y M.J. Tarkanian, Science 284, 1988 (1999).

Leer mas...

lunes, 3 de diciembre de 2018

Bergara, filamentos de Wolframio y otras luces

Hace poco más de un mes, el 20 de octubre, tuvo lugar un evento que, a partir de ahora, constituirá un motivo más, entre muchos, para visitar esa preciosa Villa medieval que es Bergara. Ese día, su llamado Laboratorium, hoy en día un museo, fue proclamado Lugar Histórico de la Ciencia Europea, tras una resolución de la European Physical Society (EPS) a propuesta del Donostia International Physics Center (DIPC). No es un reconocimiento cualquiera. Basta visitar esta página de la propia EPS para darse cuenta del renombre y la importancia de otros sitios Históricos en la vieja Europa. El nombre de Laboratorium recuerda al Laboratorium chemicum, creado por L. J. Proust, uno de los padres de la Química moderna, en el Real Seminario de Bergara, fundado en 1776 por la Real Sociedad Bascongada de Amigos del País. En ese, para entonces, excelente Laboratorio, los hermanos Elhuyar aislaron en 1783 (ver página 46 de este documento) uno de los elementos de la Tabla Periódica, de la que hablábamos en la entrada anterior: el Wolframio, también conocido como Tungsteno.

Desde los inicios del siglo XX, el Wolframio ha sido el componente fundamental de las humildes bombillas de filamento incandescente que ahora están pasando a mejor vida. Tras una tormentosa sucesión de inventos, patentes y litigios, las bombillas que comenzaron su existencia de la mano de Edison y su filamento de carbono, alcanzaron su desarrollo final cuando ese filamento se sustituyó por uno de wolframio. En una bombilla convencional su filamento, encerrado en un bulbo de vidrio, se pone incandescente merced al paso a través de él de la corriente eléctrica y, como consecuencia de ello, genera la luz que ha iluminado durante decenios nuestra vida cotidiana. El bulbo suele estar relleno de un gas inerte (nitrógeno o argon) para evitar la oxidación del wolframio y su posterior evaporación, lo que acababa oscureciendo el vidrio y dejando inservible la bombilla. La historia de ese desarrollo está magistralmente contada por Oliver Sacks en su libro "El tío Tungsteno", un texto que recomiendo vivamente al que no se lo haya leído.

Baratas, fáciles de instalar, fabricadas en miles de millones de unidades por todo el mundo, han jugado un papel muy importante en la calidad de vida y la seguridad de millones de personas, que solamente caían en la cuenta de su importancia cuando el filamento se rompía y la bombilla no alumbraba. Sin embargo, el sistema es muy poco eficiente, ya que entre el 90 y el 95% de la energía empleada en mantener el filamento incandescente se pierde irremisiblemente en forma de calor (basta tocar el vidrio para comprobarlo) y sólo el resto se emplea realmente en alumbrarnos. Y dado que una parte importante de la demanda energética del mundo civilizado se usa en alumbrado, las últimas décadas han ido siendo testigos de un inexorable declive de las modestas bombillas y su sustitución por otras formas de alumbrado más eficaces.

Durante una serie de años, las bombillas de filamento convencionales han estado compitiendo con los alargados tubos fluorescentes y, más recientemente, con las llamadas lámparas fluorescentes compactas (LFCs o CFLs en inglés). En ellas, se encierran a vacío vapor de mercurio junto con uno o varios gases nobles (neón, argón, xenón o kriptón). Se aplica voltaje a un hilo de wolframio que, en esas condiciones, produce electrones que chocan con los átomos del gas noble a los que ionizan. Como consecuencia de ello, la atmósfera de gases en el interior del tubo se vuelve más conductora de la electricidad y más corriente eléctrica pasa a través del tubo. El vapor de mercurio, en él presente, se excita como consecuencia de ello y emite luz ultravioleta. Pero esa luz no es la que nos gusta tener en una habitación para la vida normal. El asunto se arregla gracias a un fenómeno llamado luminiscencia que tiene lugar en unas sales de fósforo con las que se tapiza el interior del vídrio del bulbo. La luz ultravioleta producida por el mercurio excita a esas sales que, al final, acaban emitiendo luz blanca o de otro color (como las luces de neón) dependiendo de la naturaleza química del recubrimiento y, también, del tipo o mezcla de gases nobles. Estas lámparas tienen, sin embargo, el inconveniente de que necesitan mercurio para funcionar. Algunos grupos ecologistas han denunciado que pueden llegar a contener hasta 5 miligramos de mercurio por bulbo, por lo que habría que tener cuidado una vez que se rompen. Pero varias agencias gubernamentales han desmentido la veracidad de esos riesgos (ver, por ejemplo, aquí lo que dice la inglesa DEFRA).

En cualquier caso, la solución actual parece pasar por la progresiva implantación de los llamados LEDs, acrónimo de Light-Emitting Diodes (diodos emisores de luz). Estas fuentes de luz duran 25 veces más que las bombillas convencionales y casi tres veces más que las fluorescentes compactas. Consumen solo el 25% de lo que consume una bombilla incandescente a igual luminosidad (al contrario del bulbo de una incandescente un LED se puede tocar mientras funciona). Fabricados a base de compuestos químicos un tanto raritos para el gran público (semiconductores), emiten luz cuando sus electrones cambian de nivel energético. Dependiendo del material semiconductor empleado la luz es diferente. Y así se puede obtener luz roja al emplear arseniuro de aluminio y galio, luz azul (nitruro de indio y galio) o verde como cuando se emplean ciertos derivados de fósforo, galio y aluminio. Las previsiones parecen indicar que para 2030, los LEDs dominarán el mercado de la iluminación con una cuota cercana al 80%.

Pero, como decíamos antes, a los humanos nos gusta que las bombillas produzcan una luz lo más parecida posible a la luz del día. Y ahí, por ahora, la luz producida por una humilde bombilla de filamento incandescente de wolframio gana por goleada, porque permite visualizar los objetos casi con las mismas características que cuando los apreciamos bajo la luz del día. Para compararla con otras luces podemos usar el llamado Indice de reproducción cromática o Color Rendering Index (CRI), al que se asigna un valor de referencia 100 en el caso de la luz del día y de la bombilla de filamento. Cuanto más se acerquen a esa cifra las luces derivadas de otros dispositivos como los LEDs, más parecidas serán a la luz del día. La mayoría de los LEDs usados tienen por ahora CRIs entre 70 y 85, lo que hace que los objetos que iluminan resulten menos "naturales" al ojo humano.

Una posible solución para obtener CRIs mayores es poner en el mismo LED tres materiales que nos proporcionen luces azules, verdes y rojas y combinarlos en proporciones adecuadas para reproducir la luz del día. La idea parece adecuada pero complica mucho el diseño del producto final además de encarecerlo. Así que los fabricantes han recurrido de nuevo al viejo truco de la luminiscencia. Por ejemplo, si colocamos un LED emisor de luz azul (el nitruro de indio y galio) y alojamos en su interior polvo de un compuesto de Ytrio y aluminio dopado con cerio, este, al ser iluminado por la luz azul del nitruro, emite una luz amarilla que, combinada con la azul del LED, permite crear un dispositivo robusto, eficiente y económico, aunque la luz sigue teniendo un tono azulado con un CRI alrededor de 75. Sin embargo es muy adecuado para su uso en la iluminación de automóviles.

Otras situaciones son más difíciles de resolver. Por ejemplo, para CRIs por encima de 80 que ya proporcionan luces más cálidas, adecuadas al interior de nuestras casas, el diseño necesita no de una sino de un par de sustancias luminiscentes a base de nitruros de silicio dopados con átomos de bario, calcio o estroncio que se iluminan con un LED amarillo o amarillo verdoso. Y para luces con CRIs superiores a 90, que son las adecuadas para museos, quirófanos y grandes almacenes, la cosa aún se complica más.

Pero hay mucha gente investigando en estas cosas, como contaba Mitch Jacoby en un artículo en el Chemical Engineering News de hace un par de semanas que, mezclado con el evento de Bergara, está en el origen de este post. Como bien se explica ahí, hasta hace poco tiempo la búsqueda de nuevas sustancias luminiscentes que, bajo la acción de las luces de los diodos, reproduzcan la luz del día, ha sido una paciente labor de los investigadores por el clásico método de prueba y error pero, gracias a las potentes técnicas computacionales de las que disponemos hoy en día, se pueden realizar cribados sobre cientos o miles de productos para localizar algunos que sean estables, abundantes y que puedan proporcionar luces adecuadas al ser excitados por determinados diodos.

Leer mas...

martes, 20 de noviembre de 2018

Primo Levi y la Tabla Periódica

Ahora hace aproximadamente un año, la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamó "el año que comenzará el 1 de enero de 2019 Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos, a fin de concienciar a nivel mundial sobre las ciencias básicas y mejorar la educación en este ámbito, prestando especial atención a los países del mundo en desarrollo....bla, bla, bla.". Así que avisados estáis de que la chusmarra de químicos que tenéis cerca os va a dar la brasa durante unos meses sobre la importancia de esa Tabla de elementos químicos que echó a andar de la mano del científico ruso Dmitri I. Mendeléyev, considerado uno de los padres de la Química moderna. Y como una pequeña contribución al próximo inicio de este Año Internacional, os voy a recomendar la lectura de uno de mis libros favoritos, uno que releo periódicamente, un texto publicado en italiano en 1975 y cuya portada original podéis ver en la foto que ilustra esta entrada y que podéis ampliar clicando en ella. El autor, Primo Levi, era un judío de Turín, sobreviviente de Auschwitz, escritor y antifascista reconocido.

Lo que no tanta gente sabe es que tanto antes de Auschwitz, como en el propio campo de concentración o en su vida posterior, Levi fue un químico apasionado por descifrar la materia, atesorando un curioso curriculum de aventuras y desventuras en las empresas por las que pasó (incluida una ligada a Auschwitz que le permitió sobrevivir a las terribles condiciones del campo). El libro recrea, con prosa rebuscada y delicada, con la ironía entre acerada y cariñosa propia de alguien que está de vuelta de todo, muchos de los episodios de su vida, ligándolos a veintidós de los elementos que constituyen la Tabla Periódica. El libro se tradujo luego al inglés usando el título The Periodic Table, mientras que la versión en español, una cuidadosa traducción nada menos que de Carmen Martín Gaite, recuperó el título original en italiano (El Sistema Periódico). Un pdf gratuito de esta versión está en la red.

A lo largo de esos veintidós capítulos, cada elemento le sirve a Levi para recrear un episodio de su vida, sus recuerdos, sus amigos, sus amores y sus desventuras. Para un químico viejo como yo hay episodios divertidos como el del hidrógeno, donde cuenta sus aventuras con un amigo, ambos de temprana edad, haciendo "experimentos" peligrosos con peligrosas consecuencias, algo que tuve el atrevimiento de hacer con similar número de calendarios. Otros son terribles, como el del hierro, en el que pormenoriza su amistad con una persona que acabó siendo ejecutada por un niño de los que los nazis extraían de los orfanatos para dedicarlos a esa macabra labor. O el del vanadio en el que describe cómo, veinte años después del fin de la guerra, identifica en el transcurso de una relación comercial por carta y como consecuencia de un mínimo detalle, a un tal Dr. Muller (un apellido tan corriente como Pérez) a cuyas órdenes había trabajado como prisionero en los últimos meses de la guerra. Y no voy a contar casi nada más, a ver si os pongo sobre ascuas y os incito a su lectura. No es un libro de Química ni de Ciencia al uso, aunque en 2006 la Royal Institution le otorgara el título de mejor libro de Ciencia, mediante una votación informal entre el público presente en un evento celebrado en el londinense Imperial College, público al que se invitó a elegir entre una lista de obras relacionadas con la Ciencia.

Pero si algún capítulo me gusta particularmente ese es el último, dedicado al carbono. El capítulo parte de una mina de carbonato cálcico, en la que un trabajador desprende un trozo del mismo para llevarlo a un horno y producir así cal (óxido de calcio) y un gas (CO2) que escapa por la chimenea. A partir de ahí, Levi sigue la pista de un átomo de carbono insertado entre dos oxígenos en la molécula de ese gas, un ejemplo más de la doble cara de la Química: "gas de la vida" por un lado y convicto "botón" con el que controlar el calentamiento global, por otro. El autor confiesa que ha dejado correr su imaginación por uno de los infinitos caminos posibles en los que ese átomo de carbono puede viajar. Respirada la molécula de CO2 por un halcón, devuelta a la atmósfera tal cual, disuelta varias veces en agua de un océano o un río y de nuevo reincorporada a esa mezcla de gases que llamamos aire, "hasta que se encontró con la prisión y la aventura orgánica". Una forma sutil de explicar la captura de la molécula en la hoja de una viña gracias al concurso de la luz solar, lo que técnicamente llamamos fotosíntesis, un proceso que despoja al carbono de nuestra molécula de CO2 de sus dos compañeros de viaje (los oxígenos) y le hace entrar a formar parte de una molécula de glucosa que acaba en el seno de uno de las uvas de un racimo maduro.

Glucosa que es oxidada en un esfuerzo realizado, persiguiendo a un animal, por la persona que se comió el racimo. Y que devuelve al carbono, de nuevo en forma de CO2, al aire y acabar otra vez, por mor de la fotosíntesis, en un cedro que, al cabo de muchos años, es atacado por una carcoma, que lo incorpora a su organismo. La carcoma forma su capullo y nuestro carbono sale en primavera en los ojos de una fea mariposa gris. El insecto fecundado, deposita sus huevos y muere...... Y la cosa sigue así en una historia casi interminable, hasta que en las últimas veinte líneas del capítulo y del libro, ese carbono acaba alojado en una célula del cerebro del propio Primo Levi tras beberse un vaso de leche. Esa célula, que atesora la capacidad de escribir, "es la célula que en este instante, surgiendo de un entramado laberíntico de síes y noes, hace a mi mano correr sobre el papel en una determinada dirección y dejarlo marcado con estas volutas que son signos: un doble disparo, hacia arriba y hacia abajo, entre dos niveles de energía, está guiando esta mano mía para que imprima sobre el papel este punto: éste."

Leer mas...