martes, 26 de octubre de 2010

Niebla misteriosa

Cuando hablamos de ácido clorhídrico, en realidad hablamos de una disolución. Una disolución de un gas en agua, concretamente de cloruro de hidrógeno en agua. Se trata de una disolución ácida puesto que el cloruro de hidrógeno en agua se comporta como un ácido fuerte. El amoniaco también es un gas, que se puede disolver en agua, y es también una base débil.

Al acercar simplemente estas dos disoluciones podemos ver algo extraordinario. Si las concentraciones son elevadas (llegando a la saturación),el cloruro de hidrógeno gas se liberará de su disolvente, al igual que el amoniaco llegando éstos a coincidir. Se establecerá entonces una reacción ácido-base formándose cloruro de amonio sólido en el ambiente.



Un experimento realmente interesante que se puede realizar con ácido clorhídrico y amoniaco es el cálculo de la velocidad de difusión de un gas, y comprobar que efectivamente depende inversamente del cuadrado de su masa molar (ley de Graham).

Ecuación de la ley de Graham:



Para dos gases:




El Experimento

La idea es utilizar un tubo de plástico transparente (metacrilato) abierto por los dos lados, plastelina y dos palillos para los oídos. Doblamos por la mitad un palillo y se clava sobre un buen trozo redondo de plastelina. Hacemos lo mismo con el otro palillo y lo clavamos a otro buen trozo de plastelina. Mojamos uno de los palillos en ácido clorhídrico y el otro en amoniaco y los colocamos dentro del tubo con los palillos en el interior del tubo, tapando con cada una de las plastelinas las salidas del tubo.



Dejamos unos minutos y observaremos lo siguiente:



Efectivamente, el cloruro de hidrógeno es mucho mas grande. Su masa molar es de 36,5 g/mol, mientras que la del amoniaco es de 18 g/mol, mucho mas pequeña. Es por tanto razonable que su velocidad de difusión sea mas pequeña que la del amoniaco, formándose una estela de cloruro amónico más cerca del cloruro de hidrógeno que del amoniaco. Si se realizan los cálculos midiendo las distancias y contando que el tiempo utilizado para los dos gases es el mismo se puede llegar a demostrar la ley de Graham de la difusión de los gases.



Saludos

Sergio

PD: Dedicado a Diego Gil, profesor del Ins Montserrat de Barcelona.

sábado, 16 de octubre de 2010

Globo en Nitrógeno líquido

En Enero de este mismo año publicamos dos entradas con experimentos interesantes sobre las leyes e los gases. Concretamente sobre la ley de Gay-Lussac y sobre la ley de Charles. En esta ocasión volvemos a hablar sobre los gases y la teoría cinético molecular. Según la teoría cinético molecular, los gases están formados por pequeñas partículas que no interaccionan entre ellas y que chocan de forma totalmente elástica. Su movimiento depende de su energía cinética y su energía cinética de la temperatura. Así a menor temperatura menor movimiento y por tanto menor presión y menor volumen ocupan.



El Experimento

El siguiente experimento es muy espectacular y lamentablemente no es fácil de realizar en una clase, puesto que no disponemos de nitrógeno líquido.

¿Que le pasará a un globo inflado al introducirlo en nitrógeno líquido?

El nitrógeno licua a -196 ºC, y el aire está compuesto en un 70% de nitrógeno. No doy mas datos...



Espectacular, ¿¿verdad?? Aquí os dejo mas vídeos sobre el mismo experimento:





Saludos

Sergio

domingo, 10 de octubre de 2010

Premios Nobel 2010. Física y Química

Ya han salido los premios nobeles de este año 2010, aunque no será hasta el 8 de Diciembre de este mismo año que se entreguen. Y este año estoy especialmente contento por lo premios de física y química, ya que al igual que en medicina (Robert G. Edwards, el padre de la fecundación in vitro), los galardonados han realizado descubrimientos que han marcado un antes y un después en ciencia.

FÍSICA


El premio Nobel 2010 para física ha sido concedido a André Geim y a Konstantin Novoselov por su trabajo en el campo del grafeno. Ambos científicos de origen ruso y ambos muy jóvenes para el premio Nobel (51 y 36 años respectivamente).



Durante siglos se han conocido las propiedades del grafito, y durante años hemos jugado con su facilidad de exfoliación (capacidad de separarlo en capas), pero hasta ahora nadie se había preguntado por las propiedades de una sola capa de grafito, y al parecer son realmente asombrosas. La monocapa de grafito es denominada grafeno. Se puede definir como una sucesión de anillos bencénicos unidos todos entre ellos con hibridación sp2. La unión entre estas capas de grafeno se realizaría mediante fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales "pi" de los anillos de benceno.



Las nuevas propiedades descubiertas del grafeno lo pueden convertir en el material del siglo XXI. La velocidad de movimiento de los electrones dentro de la estructura en 2D del grafeno augura un futuro prometedor para la fabricación de paneles solares baratos y un substituto espectacular para los transistores basados en el silicio, creando nuevos más rápidos y que consuman menor energía.



El futuro del grafeno según Samsung:



Para más información sobre este tema:

Technology Review.com

Bigthink: Dr Kaku's Universe (el blog del conocido físico teórico Michio Kaku)


QUÍMICA


El Nobel de química me toca un poco mas cerca, puesto que estuve trabajando durante varios años en investigación farmacéutica utilizando las reacciones de los señores galardonados este año. Ni mas ni menos que Richard F. Heck (creador de la reacción de Heck), Ei-Chi Negishi (reacción de Negishi) y el gran Akira Suzuki (creador de la reacción de Suzuki).




Todas estas reacciones se han convertido, en cuestión de pocos años, en las piezas angulares de la síntesis orgánica por su simplicidad y por su implicación en la síntesis de compuestos aromáticos (en muchos casos heterocíclicos) que tanto pueden ser productos naturales como principios activos de medicamentos.


¿En que consisten?


Todas ellas son reacciones catalizadas por paladio a través de las cuales podemos unir dos anillos aromáticos o anillos aromáticos y dobles o triples enlaces. En la reacción de Heck podemos unir mediante un doble enlace dos compuestos aromáticos (o alifáticos).





Un ejemplo práctico seria:





La reacción de Suzuki seria parecida utilizando también paladio como catalizador y en esta ocasión la unión de dos anillos aromáticos mediante un enlace sigma a partir de un compuesto halogenado y otro con un borato (un grupo funcional de boro que seria desplazado en la reacción).




Por último la reacción de Negishi implica un organozinc con un compuesto aromático halogenado y formar, mediante catálisis de paladio, un enlace sigma entre el compuesto orgánico derivado del organozinc y el aromático halogenado.


No obstante he de mencionar que aunque éstos han sido los galardonados con el premio, innumerables reacciones de catálisis de paladio han surgido recientemente y son actualmente de uso común.


Las reacciones de Cross-Coupling de Paladio (Pd):



De entre ellas las mas importantes son las reacciones de Stille (con organoestannanos), reacciones de Sonogashira (triples enlaces), reacciones de Kumada (con reactivo de Grignard (magnesiano)) y las famosas reacciones de Buchwald y Hartwig (formadoras no de enlaces C-C sino de C-N y C-O respectivamente).




A todos ellos mi enhorabuena por su estupendo trabajo.


Sergio

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