15/8/07

Le elctricidad procedente de la química

Este tema puede ser bastante complejo para todos los lectores que carezcan de una base científica puesto que antes de saber como funciona una pila hay que saber muchas cosas. Por ejemplo qué es exactamente la corriente eléctrica. La corriente eléctrica es tan simple como un flujo de electrones que se mueven de un extremo a otro de un cable. Ahora bien, de poco nos sirve saber esto si no sabemos qué es un electrón.

Explicar los elementos que componen un átomo es muy difícil, de hecho se han invertido y se invierten en la actualidad millones de euros para conocer mejor todas las posibles partículas que componen la materia. Pero para entender este tema no se necesitan más que unas mínimas nociones muy clásicas sobre lo que es un átomo y un electrón. Una explicación clásica del átomo es la de Rutherford, y aunque se sabe que no es la correcta, es perfectamente válida para explicar este tema. Rutherford elaboró en el año 1911 una teoría sobre el átomo en el que decía que la mayor parte de la masa se concentraba en un núcleo mientras que unas partículas muchísimo menos masivas orbitaban alrededor de él, exactamente igual a como giran los planetas alrededor del Sol, con la diferencia que en vez de fuerza de gravedad aquí existen fuerzas eléctricas de polos opuestos. En concreto estas partículas de pequeña masa cargadas negativamente se les llamó electrones. Los electrones además tienen en general la capacidad de moverse de unos átomos a otros según las circunstancias de forma que una zona queda cargada negativamente (es decir el lugar donde van todos los electrones) y otra positivamente (el lugar de donde se han ido los electrones) por ejemplo si froto un globo contra un jersey los electrones se van del jersey al globo y este queda cargado de forma que es capaz de erizar nuestro pelo. También los rayos son una manifestación de que una parte ha quedado cargada positivamente y otra negativamente y los electrones se desplazan de un lado a otro.

Además para acceder al funcionamiento de una pila hay que tener unas pequeñas nociones sobre química. No contaré más que lo estrictamente necesario, ya que no hace falta más. La sal común, la de las comidas, tiene como fórmula NaCl y no es más que una de las múltiples sales que existen en la naturaleza. Muchas de estas sales se disuelven en agua como lo hace la sal común y cuando se disuelven se separan en iones. Un ion no es más que un átomo o molécula cargada eléctricamente, es decir cuando la sal se disuelve se separan sus átomos pero uno de los dos átomos se lleva electrones de más y el otro de menos de forma que uno de estos átomos queda cargado positivamente mientras que el otro queda cargado negativamente, y por lo tanto puede ser atraído o repelido por zona que estén cargadas con signo contrario o idéntico respectivamente. Es decir si sometemos a esa partícula cargada por ejemplo negativamente a una positiva esa partícula se moverán y creará una corriente eléctrica.

Por último hace falta aclarar un último concepto que es el de diferencia de potencial o voltaje. Una partícula cargada negativamente se va a sentir atraída por otra cargada positivamente, pero también por una partícula no cargada ya que ambas partículas tienden a igualarse en carga para que sea todo más estable, es decir, prefieren estar las dos partículas un poco cargadas que una mucho y la otra nada. Para mantener una corriente eléctrica necesitamos mantener una diferencia de potencial, es decir, que uno de los dos electrodos o polos de la pila estén cargados positiva o negativamente, cuanta mayor sea la diferencia de potencial más "ganas" tendrán de ir los electrones de un polo a otro. una pila normal genera 1,5 voltios es decir tiene una diferencia de potencial pequeña mientras que la electricidad de casa son 220 voltios y la de los cables de alta tensión supera a veces los 20000 voltios. Hay que tener en cuenta que el voltaje no es lo mismo que la energía, ya que se puede conseguir energía grande con voltaje pequeño pero hay que decir que la energía es directamente proporcional al voltaje, a la intensidad (número de electrones que pasan por, por ejemplo el filamento de una bombilla) y al tiempo, es decir que es más fácil producir más energía con altos voltajes.

Parece entonces con todo esto que crear electricidad a partir de modelos químicos es bastante sencillo, basta con utilizar las sustancias adecuadas y colocarlas de la forma correcta. Un ejemplo, que he tomado de la web El rincón de la ciencia, no es muy eficiente para producir electricidad pero que al fin y al cabo la produce, y se puede hacer en casa. Tan sólo hay que coger un trozo de tubería de cobre (o una de las antiguas rubias) y conectarla con un cable a un voltímetro (para comprobar que existe electricidad y flujo de electrones) y en el otro extremo conectar un sacapuntas metálico (generalmente son de magnesio, si no esta hecho de este metal no funcionará) e introducir la tubería y el sacapuntas en vinagre. El vinagre es capaz de disolver parte del magnesio que hay en el sacapuntas pero lo disuelve en forma de ion cargado positivamente, de forma que el sacapuntas queda cargado negativamente (ya que los electrones se quedan en el sacapuntas) si embargo el vinagre no es capaz de disolver al cobre de forma que este queda como está así que los electrones viajarán por el cable para intentar igualar la diferencia de potencial.

Si en vez de tomar este experimento casero lo hacemos un poco más profesional y tomamos un electrodo de cobre sumergido en una disolución apropiada (como sulfato de cobre) y el otro de zinc sumergido en sulfato de zinc y ambas soluciones conectadas por un algodón, entonces hemos formado una de las pilas más famosas la pila de Daniell (o sea, mi pila, jejeje). El funcionamiento es el mismo pero si se me permite decirlo así, es más profesional. El zinc del electrolito tiende a disolverse en la solución de sulfato de zinc dejando electrones libres, mientras que el cobre de la disolución tiende a precipitar (es decir salirse de la disolución y depositarse sobre el electrolito) siempre que alguien le proporcione estos electrones. De forma que se crea una diferencia de potencial entre ambos electrolitos ya que el cobre quiere los electrones que el zinc expulsa y por lo tanto se genera una corriente eléctrica.
Para saber más:

4/8/07

El pelo, las uñas, el huevo cocido y la desnaturalización de una proteína

El pelo está compuesto principalmente de lo mismo que una uña, de queratina. La queratina es una proteína fibrosa, resistente, rica en azufre e insoluble. El color del pelo depende de otras sustancias como por ejemplo de la melanina (que es la misma que nos hace ponernos morenos) u otras proteínas que dan los colores. Por lo tanto ya sabemos que el pelo es un conjunto de proteínas.
Ahora bien, ¿por qué algunos pelos son rizados y otros lisos si están formados por la misma sustancia?. Para contestar esta duda necesito explicar un concepto un poco más complejo. Pese a que la queratina de mi pelo tenga la misma fórmula que la del lector la estructura atómica no tiene por qué ser la misma, para poner un ejemplo sencillo la diferencia entre el vidrio de nuestros vasos y el cuarzo o cristal de roca, no está en su fórmula, puesto que tienen la misma (SiO2), sino en la disposición de los átomos en cada uno de ellos. Por lo tanto, yo con el pelo rizado y un anónimo lector de pelo liso fabricaremos una misma proteína cuya disposición de los átomos es ligeramente diferente lo que confiere a mi pelo esos estupendos tirabuzones. La disposición de los átomos en estas proteínas está determinada directamente por el ADN, es decir que mi pelo rizado lo he heredado de mi padre, de mi madre o quién sabe, ¿del butanero?...
Pues yo me rizo el pelo en la peluquería dijo alguna voz en el fondo de la enorme sala de conferencias. Efectivamente, muchas personas optan por plancharse o rizarse el pelo de manera temporal. En realidad lo único que hacen es deformar el pelo, o lo que es lo mismo, la cadena de proteínas elásticamente. Como ya comenté en uno de los artículos los materiales pueden deformarse elásticamente (es decir vuelven a su posición original transcurrido un tiempo, como una goma elástica) o plásticamente (no vuelven a su posición original, como por ejemplo la plastilina). Es decir deformamos el pelo y con el tiempo el efecto de los rulos deja de existir, o el del planchado.
Otra cosa más seria es hacerse lo que se conoce como la permanente, precisamente porque es casi permanente. Cuando sometemos nuestro pelo, o debería decir, una proteína a una condición específica que no puede soportar, como por ejemplo, calor extremo, la proteína se desnaturaliza, es decir, los átomos pierden su disposición original. En algunas ocasiones esto puede degradar la proteína hasta el punto de destruirla, en otras ocasiones sólo deformarla plásticamente. En el caso del pelo si la temperatura es muy fuerte, se carboniza o se quema y evidentemente queda destruido, si no nos queda un rizado perfecto digno de Llongueras. Si por ejemplo sometemos a un huevo a una alta temperatura, las proteínas que contiene se desnaturalizan y cambian su estructura atómica de forma que se endurecen y nos queda un huevo duro que podemos echar a la ensaladilla. Si por ejemplo sometemos la leche a un ácido se corta. En realidad que se corte la leche no es más que la desnaturalización de sus proteínas, que al cambiar de estructura se desligan de ciertas sustancias dejando por un lado una costra blanca (con la mayor parte del calcio y grasas y proteínas) y otra conocida como suero lácteo donde se encuentra el agua y los azúcares principalmente.