lunes, 27 de agosto de 2018

Azul de Anoeta

Puestos a hablar de azules, como hemos hecho en la entrada anterior, vamos a continuar con algo que ha aparecido esta pasada semana en el periódico más vendido de mi provincia. El lunes 20 de agosto, el Diario Vasco titulaba, como una de las noticias de la sección de Deportes, "La envolvente azul ya se deja ver en el nuevo Anoeta". Y hoy ha repetido con un nuevo reportaje sobre el asunto. Los que me conocen bien saben que paso de fútbol y, particularmente, del ambiente que le rodea. En el caso concreto de la renovación de Anoeta, me altera el dinero público destinado a un espectáculo que, por otros parámetros como los fichajes y los sueldos, no parece que debiera exigir, en su voracidad financiera, que el Gobierno Vasco o el Ayuntamiento de mi ciudad ayuden a hacer el estadio más grande. Ni las Instituciones consentir tamaña petición.

Pero la noticia esconde algo más que lo que provoca mi cabreo como contribuyente. La "envolvente azul" de la noticia hace referencia a que una parte importante del remodelado estadio va a estar cubierta por una protección a un base de láminas de un polímero denominado técnicamente como ETFE, acrónimo de un copolímero de etileno y tetrafluoretileno. O, dicho de forma más sencilla, un plástico que se produce cuando, en reactores químicos adecuados, se introducen dos gases de los que en este Blog ya hemos hablado en otras ocasiones. Por un lado, el etilenoun gas clave en la maduración de las frutas y que es la materia prima con la que se fabrica el polietileno de las bolsas de basura y otras muchas cosas (aquí tenéis una entrada sobre todo ello). Y, por otro, el tetrafluoretileno, que es el gas que da origen al plástico conocido como Teflón, famoso, entre otras cosas, por su uso como material de recubrimiento antiadherente de muchas de las sartenes que andan por el mundo mundial. Así que el plástico que van a colocar en Anoeta es un primo del Teflón.

Sobre el Teflón, además de la entrada que acabo de mencionar, ya hablamos cuando el dilecto Prof. Olea anduvo por estos lares no hace mucho tiempo, propugnando todo tipo de maldades inherentes al uso del mismo. Si entráis en Google, tendréis miles de páginas sobre el asunto o, más específicamente, sobre una sustancia que se usó en la síntesis del Teflon, el PFOA (ácido perfluoro octanoico), que a pesar de que no se usa actualmente y que su contenido en el Teflon final es irrelevante, siguen circulando por la red. Así que puede que, con esta entrada, no consiga más que exacerbar, entre los que se vayan a sentar en las gradas del nuevo Anoeta, la quimiofobia existente en torno a los plásticos y otros compuestos fluorados. Y que algún socio se lo piense y se borre, por miedo o por preocupación medioambiental. Lo cual sería una victoria pírrica por mi parte, pero victoria al fin, contra el establishment futbolístico.

El ETFE es un plástico con unas propiedades relevantes que le hacen muy útil para variadas aplicaciones en ámbitos que van desde la industria automovilística a la medicina, pasando por la electrónica y, como vamos a ver, en la construcción. Tiene unas propiedades mecánicas excepcionales, aguanta sin inmutarse temperaturas a las que nunca llegará el agujero en el que se aposenta Anoeta, por mucho calentamiento global que el IPCC nos pronostique, soporta impertérrito miles de horas expuesto a la radiación UV proveniente de nuestro Sol y, encima, puede autolimpiarse del polvo que se acumule sobre él cada vez que llueva, algo de lo que en Donosti no nos privamos. Los átomos de flúor existentes en su molécula hacen que las gotas de lluvia formen sobre su superficie estructuras casi esféricas, que rodarán con facilidad por sus paredes y arrastrarán una parte importante de la suciedad. Un efecto que podéis contemplar en muchos paraguas modernos, cuyo tejido está tratado con compuestos de flúor, y que provoca que el agua de lluvia, en forma de esas gotas casi redondas, se evacúe del parapluie en un santiamén.

Para fabricarlo no se emplea PFOA. Puede que, sujeto a luz y el calor, emita en sus primeros tiempos algunas sustancias volátiles atrapadas en cantidades ridículas en el plástico, pero dado que no procrean, se irán poco a poco al aire hasta desaparecer sin provocar efecto alguno apreciable. Eso si, en caso de incendio, el ETFE produciría ácido fluorhídrico, un gas corrosivo donde los haya, circunstancia esta que impide que, una vez que haya que deshacerse de él, la incineración no sea una buena solución, no vayamos a cargarnos el horno de la incineradora. Aunque no muchas, hay sin embargo otras alternativas para reciclarlo.

Pero con sus importantes propiedades y sus "defectos", lo cierto es que, en los últimos años, el ETFE se ha buscado un interesante nicho de mercado en el revestimiento de grandes edificios. Si entráis en esta página de Wikipedia (que está en inglés) podéis ver, hacia el final y en el apartado Notable Buildings, muchas construcciones singulares en el mundo que llevan (o llevarán dentro de poco tiempo) cubiertas fabricadas a base de este material. La lista incluye ya al nuevo Anoeta y a otros sitios como el Allianz Arena que aparece en la foto que ilustra esta entrada (el campo del Bayern Munich), donde el material se ha empleado en forma de grandes cojines que albergan en su interior dispositivos luminosos que permiten cambiar los colores de la cubierta, dependiendo de los que sean distintivos del equipo que va a jugar en el estadio. Desconozco, por el momento, con qué formato se van a implantar las láminas de ETFE en Anoeta; parece que van a ser azules de forma permanente y que brillarán particularmente cuando las luces del estadio estén encendidas. Pero pronto lo veremos.

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lunes, 20 de agosto de 2018

Diamantes azules y boro

En noviembre de 2015, un multimillonario de Hong Kong (y prófugo de la justicia china), de apellido tan simple como Lau, adquiría en una subasta de la firma Sotheby's, en Ginebra, un diamante conocido como Luna Azul (Blue Moon) por la ridícula cifra de 48,4 millones de dólares. El diamante, de un poco más de 12 quilates (unos 2,4 gramos), era un regalo del comprador a su hija Josephine, que en la fecha de la compra era una niña de siete años de edad. El hombre era reincidente porque, el día anterior, había pagado ya 28,5 millones por otra piedra peculiar, un diamante rosa, destinado a su misma hija y que fue bautizado como Dulce Josephine (Sweet Josephine). Pero por no liar mucho la cosa en el asunto de los diamantes y los colores, nos centraremos aquí en las interesantes peculiaridades de los de color azul.

La piedra sin cortar, a la izda de la foto que ilustra esta entrada, y que un experto tallador (o lapidario, según el diccionario RAE) convirtió en el Blue Moon (a la derecha), había sido descubierta en enero de 2014 en la famosa mina Cullinan, en Sudáfrica, origen de otros diamantes famosos como el diamante Cullinan, que forma parte de las joyas de la Corona Británica, o el diamante Golden Jubilee, propiedad de la Corona de Tailandia. La piedra sin tallar pesaba más del doble (29,6 quilates) que el diamante finalmente tallado. Desde el principio, llamó la atención por su intenso color azul, un color que, en distintas tonalidades, suelen compartir algunas gemas y que se sabe que es debido a ciertas imperfecciones de la red de átomos de carbono que constituyen un diamante, en la que quedan incluidos algunos átomos de boro en cantidades tan pequeñas como las partes por millón (ppm). Un famoso diamante azul, y por tanto con esas trazas de boro, es el mítico (y para algunos maldito) Diamante Hope.

Los diamantes que tienen una perfecta red cristalina, sin defectos y constituida solo por átomos de carbono, son transparentes y, además, constituyen el material más aislante al paso de la electricidad que uno pueda imaginar. Pero la sustitución de algunos de esos átomos por "impurezas", puede cambiar la tonalidad y más cosas. Por ejemplo, ciertos diamantes tienen un tono amarillento que se deriva de la sustitución de un número pequeño de átomos de carbono por átomos de nitrógeno. Y el boro, además de proporcionar diamantes azules, confiere a los mismos cierto carácter semiconductor, una propiedad muy útil para usos en electrónica. Para entender cómo aparecen esas imperfecciones de boro en estos "pedruscos", voy a echar mano de un reciente artículo publicado en la revista Nature (*) a principios de este mes.

El globo terráqueo se suele considerar dividido en tres zonas: la corteza (desde la superficie que pisamos o el fondo de los océanos hasta unos 35 kilómetro de profundidad), el manto (que empieza donde acaba la corteza y llega hasta unos 2900 kilómetros de profundidad) y el núcleo, que partiendo del final del manto llega hasta el centro de la Tierra situado a 6400 kilómetros desde la superficie. Los diamantes provienen de la región más profunda del manto, donde se dan tales condiciones de presión y temperatura que hacen que el carbono en estado líquido que forma parte de lo que llamamos magma o mezcla de sólidos, líquidos y gases que conviven en esas condiciones, pueda llegar a solidificar en forma de una red ordenada (diamantes). En muy pocas ocasiones a lo largo de los últimos millones de años, esas mezclas de magma y diamantes sólidos han podido salir al exterior en forma de erupciones volcánicas, formando en la corteza, y al enfriarse, rocas llamadas kimberlitas, donde quedan ocluidos unos pocos diamantes de diferentes tamaños. El nombre deriva de Kimberley (Sudáfrica) donde, desde finales del siglo XIX, se ha estado explotando un lugar en el que en 1871 apareció un diamante de casi 84 quilates.

Pero el enigma, llamémoslo geológico, de los diamantes azules es que mientras que el boro es un elemento relativamente abundante en la corteza terrestre y, particularmente, en aquella que se encuentra bajo aguas oceánicas, su presencia en el manto es mucho más escasa, entre cien y mil veces más pequeña que la de la corteza. El trabajo de Nature parece mostrar que bajo la acción de ciertos cataclismos geológicos, zonas de la corteza y del manto más próximo a ella han sido subducidas hasta el manto profundo, donde se han incorporado al magma fundido para ser posteriormente "recicladas" hacia el exterior, a través de las llamadas chimeneas de kimberlita, en las que se acaban formando las rocas de ese nombre, con sus pocos diamantes incluidos. Estos, al generarse bajo las grandes presiones y temperaturas del manto profundo, en un entorno en el que había boro proveniente de la corteza, tienen esa peculiaridad azul que nos fascina.

Otra interesante característica de diamantes como el Blue Moon o el Hope es que, cuando se exponen durante unos minutos a la acción de la luz ultravioleta, exhiben en la oscuridad una curiosa luminosidad (de color naranja en esas dos famosas gemas) que los químicos sabemos que se deriva de un proceso conocido como fosforescencia (de la que ya hablamos al final de otra entrada). Esa fosforescencia desaparece lentamente en el tiempo una vez que la luz UV se ha apagado pero vuelve a repetirse cuantas veces expongamos el diamante a una lámpara de ese tipo de luz. Hay varios vídeos en la red mostrando ese efecto.

Y aunque es inusual en este Blog, voy a terminar la entrada dedicándola a la memoria de mi amigo Vicente Ortega, recientemente fallecido en Donosti, en cuyo taller de joyería aprendí muchas y divertidas cosas sobre los metales preciosos y las gemas. Y que no dudó en ayudarme a reparar, con mimo, uno de los primeros o quizá el primero de los calorímetros diferenciales (DSC) que llegó a España.

(*) E.M. Smith y otros, Nature (2018) 560, 84.

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martes, 14 de agosto de 2018

Nueva entrada en Mujeres con Ciencia

Este martes de agosto he publicado una nueva entrada en el Blog Mujeres con Ciencia, coordinado por la profesora del Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU Marta Macho Stadler. Un blog que divulga el importante (aunque a veces oscuro o, más bien, oscurecido) papel de las mujeres en el progreso científico. En este caso, mi contribución se ha centrado en la figura de Uma Chowdhry quien, emigrando muy joven desde Bombay a EEUU, llegó a las más altas instancias de poder de DuPont, uno de los gigante de la Química. Tras contribuir, previamente, al desarrollo de una serie de productos que siempre han interesado a este vuestro Búho. Aquí tenéis el enlace para poder leer la entrada con tranquilidad y, ya metidos en gastos, podéis surfear un poco en otras páginas de ese Blog, siempre interesantes.

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martes, 7 de agosto de 2018

Microorganismos y plásticos

El acolchado (mulching, en inglés) es un procedimiento habitual en agricultura y jardinería que implica la colocación de filmes de plástico sobre los plantones de muchas especies (fresas en la foto que ilustra en la entrada). Cuando van creciendo las plantas pueden salir al exterior a través de ciertos agujeros practicados en el filme, pero este sigue protegiendo el suelo que las sustenta. Ello permite no solo mejorar el proceso de crecimiento de las plantas, sino también reducir el consumo de agua, herbicidas y fertilizantes, previniendo, así mismo, la erosión del suelo de las posibles acciones meteorológicas. La implantación del acolchado ha ido creciendo en las últimas décadas y el mercado global de plásticos destinados a estos fines se estima en unos dos millones de toneladas anuales (que, dado lo ligeros que son estos filmes, es mucho plástico).

Pero cualquier procedimiento ventajoso en cualquier ámbito tiene, irremediablemente, sus inconvenientes. En el caso del acolchado, el plástico empleado tradicionalmente ha sido polietileno (el mismo que el de las denostadas bolsas de basura). Por acción del calor y de la radiación UV del sol, ese polietileno se va degradando, se vuelve menos flexible y más quebradizo, lo que hace que se vaya rompiendo mecánicamente, generando trozos muy pequeños del material (los hoy ya también impopulares microplásticos) que van poblando el suelo, lo que tiene impactos negativos en la productividad del mismo, acarreando, así mismo, otros problemas de tipo ecológico. La solución, aunque por ahora más cara, es el uso de acolchados a base de materiales plásticos que se biodegraden en el suelo. Lo que quiere decir, como ya expliqué en otro sitio, que los microorganismos existentes en el suelo utilicen y consuman ese material rico en carbono que son los plásticos. Todo ello a través de un complejo proceso en el que, tras colonizar superficialmente el material, segregan enzimas que rompen los enlaces de las largas cadenas de átomos que son los plásticos y, finalmente, utilizan esos trozos más pequeños para dos objetivos: incorporar carbono a su estructura biológica y obtener energía, en este caso a base de oxidar ese carbono a CO2 (para lo que, obviamente, necesitan oxígeno, que toman del aire).

En una entrada anterior ya os hablé de un material plástico muy interesante que BASF lleva tratando de introducir en el mercado bajo el nombre comercial de Ecoflex desde hace un cuarto de siglo y de los muchos problemas que se ha encontrado en la implantación del mismo, merced a diversos problemas más o menos técnicos. En Gipuzkoa (y en otros lugares), y aunque la gente no lo sepa, su uso está relativamente extendido por cuanto que las bolsas que se suministran a los ciudadanos comprometidos en la recogida de basura orgánica, la que va al quinto contenedor, están confeccionadas con ese material. Técnicamente es un copoliéster al azar, en el que se combinan unidades de butilen adipato y butilen tereftalato. Cuando a veces he contado cosas de este plástico a los amigos, se suelen sorprender de que se trate de un material obtenido a partir de materias primas derivadas exclusivamente del petróleo, algo que no le impide, sin embargo, el ser absolutamente compostable, y por tanto biodegradable, en una escala de tiempos que otros, vendidos como plásticos "bio", no cumplen.

Uno de los ámbitos en los que este material plástico se va haciendo poco a poco un lugar es, precisamente, en el del acolchado en agricultura y jardinería. Y, por ello, BASF sigue investigando en las condiciones ideales para su biodegradación, en el estudio de los mecanismos de la misma y en la demostración de que su material es realmente consumido (comido) por los microorganismos del suelo. La cosa no es obvia porque, por el momento , no era fácil distinguir en un suelo, el carbono proveniente de un plástico degradado por la acción de microorganismos del carbono que, naturalmente, se encuentra en el citado suelo. Hasta ahora, las argucias para demostrar que el plástico estaba siendo consumido por los microorganismos eran procedimientos indirectos y se basaban, fundamentalmente, en seguir la pérdida de peso del filme y comprobar la degradación química del mismo mediante procedimientos analíticos convencionales (aparición de nuevos grupos funcionales, disminución del peso molecular, etc.).

Pero este lunes, gracias a un artículo de mi admirada Carmen Drahl en la sección Science Concentrates del Chemical Engineering News, me he enterado de que un grupo de investigadores suizos y austriacos (*) han conseguido demostrar que los microorganismos del suelo se comen, literalmente, al Ecoflex de BASF. Para ello, la empresa les ha suministrado un Ecoflex un tanto peculiar, en el que algunos de los átomos de carbono que constituyen las cadenas del plástico han sido marcadas con el isótopo carbono-13 en diversas posiciones. Utilizando sofisticadas técnicas como la denominada NanoSIMS (Nano Secondary Ion Mass Spectrometry), en cuyos detalles no entraré, han sido capaces de demostrar que el carbono-13 originalmente contenido en los filmes sujetos a las condiciones del suelo ha sido, por un lado, incorporado a la biomasa de los microorganismos y, por otro, utilizado por ellos para oxidarlo a CO2 y obtener energía. Y que, a la hora de hacer esto último, los microorganismos prefieren algunos carbonos de la cadena más que otros, aunque eso depende mucho de las condiciones en las que se lleven a cabo los procesos de incubación (preparación previa de los suelos antes de someter los filmes a ellos). Una exquisitez fascinante la de estos bichos (con perdón), sobre la que los investigadores han realizado algunas hipótesis pero que, por el momento, no pasan de eso.

(*) M.T. Zumstein y otros, Science Advances  25 Jul 2018: Vol. 4, no. 7, eaas9024. DOI: 10.1126/sciadv.aas9024.

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