viernes, 24 de octubre de 2014

Reacción exótica: Cesio + Flúor





En este vídeo que acabo de traducir de un tirón, podemos ver una reacción bastante interesante. Es una reacción de formación de una sal binaria, el tema es que no es cualquier sal.

Una forma "directa" de obtener sales, alternativa a la neutralización.


Los reactivos son ni más ni menos que el Cesio y el Flúor.

Se puede ver que el cesio tiene un electrón en su capa de valencia y le conviene perderlo para quedar con la capa de 8 electrones. Al Flúor lo contrario, le conviene ganar uno porque ya posee 7.

Y la reacción queda (después de balancear para no violar la ley de Lavoisier):



Ahora, ¿Qué hace a esta reacción tan extraña?

Bueno, varias cosas:
*Primero, el flúor gaseoso (F2) es muy reactivo y como siempre decimos, muy explosivo, tanto que no se debe poner contacto con el aire, porque reaccionaría con el oxígeno de este. 
*Segundo, el Cesio, que es un elemento poco abundante y muy reactivo, "el metal más reactivo".

En el vídeo, el presentador se jacta de que son los "elementos más reactivos de la tabla periódica", lo cual es bastante discutible porque la definición de reactividad, es bastante controversial.

Un elemento es muy reactivo químicamente (No digo "poco estable" porque tiende a confundirse con decaímiento radiactivo) cuando tiene la tendencia de reaccionar con gran cantidad de otros elementos o compuestos (digamos, lo opuesto a los gases nobles que CASI no reaccionan) y esta reactividad está comúnmente relacionada con el concepto de electronegatividad (que a su vez viene del concepto de radio atómico). Pero en realidad la cualidad de reactividad es difícil de cuantificar y es por lo tanto, bastante vaga. Si simplificamos el tema y decimos que "un elemento es más reactivo mientras más extrema sea su electronegatividad", si podemos decir que, sí, son los más reactivos.

El típico diagrama de estudio de electronegatividad

La electronegatividad, es en pocas palabras, lo que nos dicta la capacidad que tiene un átomo de atraer los electrones para sí; de forma que a mayor electronegatividad "más fuerza" tendrá dicho átomo de atraer electrones hacia su núcleo, incluso llegando a robarlos de otros átomos si la diferencia de dicha fuerza es alta.

Como se puede ver en el esquema, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba, quedando bien en claro que el Flúor (color rojo) es el elemento más electronegativo de la tabla y es coherente con su reactividad. En el extremo inferior izquierdo tenemos los elementos menos electronegativos, entre ellos el Cesio. Sin embargo, el que está pintado en azul es el Francio.

Se puede ver que el flúor tiene electronegatividad 4, pero el Cs y Fr tienen ambos 0.7


¿Porqué entonces el Francio no es el más reactivo, si debería ser más electronegativo?

El Francio es radiactivo y decae en otros elementos, lo que lo hace extremadamente efímero y escaso, mucho más que el Cesio (se dice que en la tierra hay menos de 1 Kg de Fr). Pero esto, no es excusa para su reactividad.



Y la respuesta NO ES SENCILLA. Parece ser, que cuando el núcleo alcanza cierta cantidad de protones, los electrones adquieren una velocidad tal que se acercan a la velocidad de la luz, y cuando esto pasa, las leyes clásicas dejan de funcionar. En este caso, estos se acercan más al núcleo sobrepasando el efecto pantalla y el francio en definitiva no cede electrones tan fácilmente como su vecino el cesio.

En definitiva

Al final la reacción entre los archi-enemigos Cesio y Flúor no provoca una explosión bestial, pero presenta  una luz tremendamente intensa que apenas se puede filmar en el video, que sin duda refleja la importante energía que se maneja en esta reacción, en donde el cesio se convierte en catión monovalente al perder un electrón ante el Flúor que se convierte en anión monovalente, quedando una sal binaria que por supuesto es de carácter iónica, el fluoruro de cesio.

¿Que conceptos podemos extraer del artículo? [Dale click a los vínculos, vago]



Fuentes:
*Conocimiento público de frikadas.
*Wikipedia
La mayoría de este reporte fue escrito y elaborado por mí, Agustín Pocetti, como así el diseño de algunas imágenes y la traducciones. Cualquier reproducción de mis opiniones sin mi consentimiento esta prohibida, excepto que pongan la fuente de donde salió, tal cual hago yo con ciertos segmentos y siguiendo con la política Fair Use. 








sábado, 11 de octubre de 2014

El monstruo del Sótano: El Radón


¿Que yace debajo de la puerta del sótano?

En el imaginario colectivo, los elementos radiactivos y las radiaciones en general son las malas;las malas malísimas de la historia; aquellas que causan mutaciones, tortugas ninja, monstruos verdes furiosos, que te dejan estéril, que causan cáncer, etc. Ósea, suele pensarse que la radiación, no es un fenómeno natural, que es una de las blasfemias del hombre contra la naturaleza y que no debería estar en ninguna parte, sin importar el dosaje ni la dosis. Es un bicho malo, producto de la sociedad industrial y causante de las guerras atómicas. "La radiación es mala, la energía nuclear es mala".

Las bananas al poseer "potasio 40" son también "radiactivas".

 Lo que normalmente se omite, es que constantemente, somos irradiados por diversas fuentes, ya sean desde el espacio; por aquellas radiaciones cósmicas que no pueden ser filtradas por la atmósfera, las ondas microondas, ondas de radio, elementos radiactivos desde minerales y hasta el mismo ser humano. Sí, leíste bien, nuestros cuerpos poseen el isotopo de "K-40" "Potasio 40", que es radiactivo (también las bananas dicho sea de paso). Así que el mismo ser humano es radiactivo (o también por el Carbono 14), no hay forma de vivir protegido de estas "ondas", uno siempre está, en mayor o menor medida siendo irradiado; ya sea por fuentes naturales o artificiales.

La ciencia ficción y sus Apocalipsis Nucleares tampoco ayudan

Por supuesto, lo que importa es la dosis que uno recibe y la actividad de la fuente. Por lo cual no puedo decir que todos los miedos hacia las reacciones nucleares y la radiactividad en general son infundados, pues hay que tenerle respeto, no es moco de pavo (si es que aún existe esa expresión). Sin embargo, hay un enemigo silencioso, invisible, inodoro, un asesino perfecto que, muy probablemente, esté conviviendo con nosotros, en nuestras casas: el radón y... oh casualidad, no es culpa del hombre. Bueno, esta vez.

El radón es un gas noble, nótese que su última capa está completa con 8 electrones

¿Qué es esta amenaza fantasma?

El radón es un elemento químico de símbolo "Rn" y número atómico (Z) 86. Es un gas noble, incoloro, inodoro e insípido. Al ser un gas noble, es químicamente inerte, es decir reacciona muy poco. Pero tiene algo más, una cualidad algo paradójica para ser un gas, es radiactivo. Nace por el decaimiento de los átomos de Uranio y Torio. Su forma más común es el "radón 222" que tiene una vida media de sólo 3,8 días (es decir la mitad de su muestra original decae en este tiempo, por lo cual es muy activo en este proceso).

Nota: Decaimiento es un fenómeno por el cual un átomo pierde partículas por ser su núcleo inestable (exceso o número anómalo de neutrones puede ser una causa), si estas partículas son protones, el elemento se transmutará en otro, que es lo que le pasa a nuestro amigo el radón.

Esta bolita de granito (que no es radón) recuerda a que en este material puede haber Uranio y Torio que decaerá en nuestro amigo el radón.

El Torio y el Uranio son los elementos radiactivos más abundantes de toda la tierra, con una vida media altísima (millones de años), y ambos siguen una cadena de decaimiento que culmina en el Plomo. En ese trayecto se pasa por el Radio y el Radón. Por ello conviviremos con el Radón probablemente por toda nuestra existencia como especie.

A diferencia de la mayoría de los elementos radiactivos (que suelen ser pesados) el radón es un gas fácilmente inhalable y el mayor culpable estadístico de la muerte por contaminación radiactiva de toda la población mundial (A la flauta). Se dice que es la causa número 2 del cáncer del pulmón, sólo por debajo del tabaco (por si queda alguna duda que es malo).

¿Porqué es tan letal?

Cadena de decaimiento del Uranio y como te decae el pulmón a trompadas


Cuando el Radón y sus hijitos malcriados decaen, producen radiación alfa (núcleos de Helio). Ahora, la radiación alfa es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo porque la epidermis nos protege de ella, pues posee muy poco poder penetrante ( a diferencia de por ejemplo radiación tipo gamma, por citar una). El principal problema viene cuando se inhala: las partículas radioactivas se adhieren al tejido pulmonar, donde pueden emitir radiación alfa directamente a las células bronco-pulmonares. La absorción de esta radiación provoca ionizaciones y excitaciones de las estructuras celulares provocando efectos lesivos: puede dañar directa e indirectamente el ADN y provocar mutaciones en el tejido pulmonar. Recordemos que el cáncer es una división incontrolada de células mutadas. La ionización puede gatillar estos errores de división.

Muchos de los hijos del radon producen también radiaciones beta y gamma, que son también perjudiciales aunque no tan graves como la inhalación de alfa. Son más penetrantes, pero más pequeñas.

¿Cómo llega el Radón a mi casa?

Y creías que los gases del inodoro eran nocivos.

El suelo sobre el que se asienta el edificio, las paredes, piso, techo, agua y gas utilizados. El radón puede penetrar en el edificio por todas las oberturas, por mínimas que sean: desde pequeñas fisuras y orificios tales como los poros de bloques de cemento. Recordemos que el radón procede de la cadena de desintegración del uranio. Este último tarda en reducirse a la mitad unos 4.500 millones de años y en cambio el radón tarda sólo 3,8 días. He aquí el quid de la cuestión.

El radón es un pervertido que te espía mientras te bañás, no es tan noble.

Como decíamos, el gas es capaz de viajar entre los poros del suelo hasta alcanzar la superficie debido a la diferencia de presión entre los poros por donde viaja el gas y el espacio cerrado, estableciéndose un flujo desde el terreno hasta el interior de la edificación. Si bien es un gas particularmente denso, sigue las reglas básicas de los gases y se expande por todos los recintos mediante difusión.


El tipo de suelo es el factor más importante, sobre todo si la roca madre sobre la que se asienta es rica en uranio. El ejemplo más representativo es el del Granito. Además, cuanto más agrietado esté el suelo, mayor es probabilidad de emisión. Por este motivo el sótano, en caso de haberlo, es el que mayor concentración sufrirá ya que suele estar encajado en una cavidad rocosa. El radón acumulado en el sótano puede emigrar hacia la primera planta por convección y difusión a través del techo del mismo.

Las aguas subterráneas pueden poseer elevadas concentraciones de radón. Cuando el agua sale de los grifos una gran parte del radón que contiene se desprende y se incorpora a la atmósfera circundante. Por lo cual se recomienda ubicar las habitaciones lo más lejos posible de los baños o lavaderos, donde las cañerías de agua son abundantes. Al tomar agua de los grifos, se puede también estar ingiriendo radón lo que puede tener efectos ionizantes como la inhalación, aunque no está comprobado.

Por si fuera poco, el gas natural también contiene Radón debido al 238U y 226Ra presentes en la roca almacén. Aunque las cantidades en agua y gas son mucho menos significativas que la emitida directamente del suelo.

¿Que tanta gente muere por culpa de radón?

Gráficas de barra de muertes por causas "externas"

En Estados Unidos y Europa, controversiales estudios muestran al radón como causa principal de muertes por causas "externas", superando incluso a las muertes por año por conductores ebrios y otros accidentes "mecánicos", estamos sin duda ante un asesino silencioso. Y cobarde, no olvidemos cobarde.


Si fumar un porro te hace volar, fumarte al radón te revienta.

Es mundialmente reconocido que el 90% de los cánceres de pulmón son causados por el tabaco (así que capo, deja de fumar). Pero también el radón aparece en el ranking, obteniendo el muy merecido segundo puesto ( si no contamos a los fumadores pasivos). Y el problema es que afecta a fumadores como a no fumadores por igual. 

Como se ve, la radiación no es tema "tan" tabú para la naturaleza.

Asimismo, es considerada la primera causa mortal debido a exposición radiactiva de todo el mundo, basta echar un ojo al gráfico previo para entender la magnitud y efecto de este gas en la salud humana. Y nótese, que la mayor exposición del hombre a la radiación, es de fuente natural. (Traguénse eso hipis')

¿Cómo puedo mitigar el efecto?



 En países europeos como Alemania e Inglaterra se recomienda no superar una medida de 100 Bq por metro cúbico y si se llega a 200 Bq por metro cúbico se considera como de riesgo (Becquerel son unidades de actividad radiactiva). Sin embargo, en muchos países del mundo como el nuestro se toman pocas a nulas medidas para evitar la acumulación de este gas tan maligno.

Se pueden mitigar los efectos:

  • Ventilando frecuentemente los recintos cerrados.
  • Evitando tomar agua directamente del grifo.
  • Ubicando las salas de estar, habitaciones y comedores lejos de los baños y sectores de cañerías de agua.
  • Instalando detectores y kits especialmente preparados.
  • Evitando instalarse en sótanos y salas subterráneas. 
Kit detector de radón






Fuentes:
*Conocimiento público de frikadas.
*Wikipedia
La mayoría de este reporte fue escrito y elaborado por mí, Agustín Pocetti, como así el diseño de algunas imágenes y la traducciones. Cualquier reproducción de mis opiniones sin mi consentimiento esta prohibida, excepto que pongan la fuente de donde salió, tal cual hago yo con ciertos segmentos y siguiendo con la política Fair Use. (corta la bocha)

sábado, 4 de octubre de 2014

La Naturaleza misteriosa del "Puente Hidrógeno"

Moléculas de Agua; unidas entre sí con "puentes H"

Como hemos estudiado, los "Puentes Hidrógeno" son esencialmente fuerzas inter-moleculares que se dan en compuestos covalentes en los cuales hay átomos hidrógeno unidos a otros elementos muy electronegativos, como  oxígeno, nitrógeno y flúor. La importancia de esta unión es tal que se considera la causa de muchos comportamientos anómalos y vitales del agua; una de las fuerzas que permite la unión entre las hebras del ADN, es parcialmente responsable de las estructuras terciarias y secundarias de las proteínas y además juega un papel fundamental en la estructura de los polímeros. Ósea, el "puente H" no es joda, no es tan power como un enlace intra-molecular, pero tiene bastante aguante *se la banca* y es culpable muchas de las propiedades físicas (solubilidades, puntos de ebullición, etc) de compuestos moleculares, como lo son *todos* los compuestos orgánicos.

NOTA:Me acordé... si me dieran un peso por cada vez que un alumno pone "puente H" en un parcial  (casi tan seguido como "factores estéricos")...

Los "puentes H" permiten la unión entre las hebras del ADN


¿Pero cuál exactamente es la naturaleza de este enlace?
Dentro de las fuerzas intermoleculares  "los puentes H" son excepcionalmente fuertes, hasta el punto que en ocasiones pueden compararse con enlaces intra-moleculares, pero no siempre es así, por lo cual ha sido motivo de controversia durante mucho tiempo. Ahora nuevos estudios clarifican algunas cuestiones relacionadas y parecen respaldar lo que el conocimiento intuitivo nos dicta:

[Artículo adaptado y Traducido desde "Chemistry World"]


El estudio de orbitales en moléculas y átomos vecinos.


"Covalencia", un término que describe a los enlaces atómicos mediante el acto de compartir electrones, ha sido motivo de debate cuando se lo relaciona con el Puente Hidrógeno. Preocupados debido a que el concepto de "puente h" se volvió más y más borroso a través del tiempo, varios científicos de Alemania decidieron darle una nueva mirada a las naturaleza de estos enlaces, y cuanta covalencia involucran.

Richard Dronskowski y colegas de la  RWTH (Aachen University) recolectaron evidencia de cristales moleculares con estos "puentes H" para elucidar cómo es que estos cristales se mantienen juntos; y así comparar la covalencia en "puentes H" largos y cortos.  Para hacer esto, ellos usaron tecnología de avanzada para descomponer la energía electrónica y dilucidar sus contribuciones a orbitales con el fin de medir el grado de covalencia presente en todos estos enlaces hidrógeno; para comparar con detalles estructurales previamente recolectados. Esto provee una perspectiva muy diferente de lo que normalmente se usa en la cristalografía molecular (donde normalmente se hacen mediciones de densidad de carga y polaridad) y también difiere de los cálculos de moléculas en fase gaseosa. Y los resultados "encajan"; según explica Dronskowski.

Los puentes H, o enlaces hidrógeno son interacciones fundamentales en química y biología. Sin embargo la naturaleza de este enlace inter-molecular comprende una complicada combinación de interacciones covalentes, iónicas y dispersivas, muchas de MUY diferente naturaleza y fuerza y por lo tanto grandes motivos de controversia.

Slawomir Grabonski, un experto en estos enlaces de la Universidad de Basque, España. dice que esta creativa aproximación basada en el estudio de orbitales ayudará a profundizar el entendimiento de estas interacciones. Comenta que el rol de enlaces fuertes y muy fuertes es frecuentemente un tópico que merece especial atención, debido a que estas interacciones son centrales en las reacciones de transferencia de H+ en numerosos procesos biquímicos. "Los enlaces Hidrógeno fuertes suelen caracterizarse con propiedades que pertenecen a los verdaderos enlaces covalentes"

Pero...¿Cuánta covalencia se involucra, exactamente? "Nuestros resultados no sugieren un límite estricto entre enlaces hidrógeno covalentes y no-covalentes, sino que muestran una transición gradual, corroborando conocimiento tradicional y anteriores estudios, pero en terrenos de muy-diferentes métodos" asegura Dronskowski. "La naturaleza de los puentes H más fuertes sin duda es comparable con aquellas uniones covalentes intramoleculares".

Fuentes


Manifiesto del Blog

Soy Agustín, un *humilde* profesor de física, química y matemática.
Impulsado por la sed tecnológica de mis alumnos/as; fui *casi* obligado a abrir este blog donde publicaré temas relacionados con las áreas en las que enseño y demás parafernalia que sea (o no) pertinente.

Ante todo, intentaré que toda la información presente en el blog esté lo más clara y sintética posible, la idea es un blog de divulgación a niveles secundarios, por lo cual intentaré adaptar noticias y temas para esta área y para el público en general, no son papers universitarios ni nada de eso.

Por este último párrafo, el nombre "Punta del iceberg". La ciencia es tan compleja, tan profunda, tan paradójica que un sólo artículo jamás podrá llegar al fondo del tema y como normalmente se hace en la escuela, sólo rasparemos la superficie de este *malvado* cacho de hielo gigante llamado ciencia. A menudo usamos parábolas y metáforas para entender conceptos demasiado bizarros y abstractos que en ocasiones desvirtúan el objetivo, pero conste que con una muy buena intención, interesar a los alumni en estas *maléficas* asignaturas exactas.

Ahora, soy consciente que el 80% de los blogs creados con este propósito, mueren luego de un par de publicaciones, y es lógico debido a que un buen post roba bastante tiempo y energía cosa que un *buen* profesor no tiene en demasía. Por este mismo motivo, la presencia de errores o inexactitudes en las publicaciones es probable, dado a que no haré una revisión exhaustiva (lo escribo y punto).

Otros de los factores que atentan con estos blogs es *claramente* la falta de lectores, lo cual desanima a cualquiera; en fin sea este emprendimiento de corta o larga vida, están invitados a participar de él (o no).