LA QUÍMICA DESCIFRA LA GEOMETRÍA DEL COPO DE NIEVE

Una investigación aclara las conjeturas sobre la nieve que hiciera hace 400 años Johannes Kepler

Una investigación dirigida por la profesora de química Mary Jane Shultz, de la Escuela de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts (Estados Unidos), ha respondido a las especulaciones de hace más de 400 años hechas por el renombrado científico Johannes Kepler sobre la creación de una de las formas más bellas de la naturaleza: el copo de nieve de seis caras.

Aunque los átomos no se descubrieron hasta más de dos siglos más tarde, Kepler reflexionó abiertamente sobre los bloques de construcción microscópicos que conducen a la formación hexagonal del cristal de hielo, incluyendo la miríada de factores detrás de este fenómeno recurrente.

Ahora, este nuevo estudio, publicado en 'PNAS' ha arrojado nueva luz sobre este proceso mediante la combinación de una retrodispersión de electrones con un modelo de cristal sencillo de hielo. En este trabajo, los científicos descubrieron que los lados planos de un cristal de hielo están formados por un hexágono más grande, que consiste en una molécula de agua central rodeada por otras seis en la misma capa.

 

Según afirma Shultz, el hexágono en forma de silla tiene tres moléculas en una capa y tres más ligeramente debajo en lo que se llama una estructura bicapa. Los seis lados planos de un copo de nieve crecen a partir de un hexágono formado dentro de una capa. Este hexágono más grande se gira 30 grados con respecto al hexágono de forma de silla.
"Los copos de nieve crecen a partir del vapor de agua, las caras que liberan más calor (por unidad de área) se evaporan -describe la química-. La cara con el menor desprendimiento de calor es la cara hexagonal, la siguiente es la cara plana del hexágono más grande. El lado plano del hexágono de forma de silla libera más calor por área que se vaporiza a sí mismo. Los lados planos que corresponden al hexágono más grande".

Los resultados del estudio desmienten los supuestos anteriores de que los copos de nieve crecen desde los lados planos del hexágono de forma de silla, tal y como ha expresado la investigadora.
Para determinar cómo se produce la formación, los investigadores construyeron un modelo que equilibra el calor liberado cuando las moléculas se incorporan en el enrejado sólido contra la probabilidad de un apego exitoso. La combinación de técnicas macroscópicas y de nivel molecular permitió al equipo investigar la misma superficie a diferentes escalas.
La sonda macroscópica se ha utilizado durante décadas para investigar el hielo. Esta técnica produce las hermosas imágenes visuales de la forma hexagonal macroscópica. La sonda de nivel molecular es más reciente. Mientras la radiografía se utiliza comúnmente para mostrar el nivel molecular, Shultz y su equipo optaron por utilizar la técnica de difracción de retrodispersión de electrones, que produce gráficos de densidad de orientación que son más ilustrativos y visualmente atractivos.

"El seguimiento cuidadoso de la orientación de la muestra nos permitió vincular las dos imágenes para producir la conexión", relata.
La investigación confirmó que los puntos de copo de nieve se alinean con los ejes cristalográficos mostrados como puntos calientes en los datos de retrodifusión electrónica. La significación es que el lado plano de un copo de nieve consiste en una estructura bicapa. La cara basal es un hexágono de forma de silla; La alteración ascendente forma una bicapa. El lado plano es un hexágono formado por pares de moléculas de agua que unen pares en la mitad inferior de la bicapa.

Se espera que la flexibilidad y la movilidad de un par tenga como resultado una reactividad única de esta cara, incluyendo catalizar potencialmente la conversión de gases como CO2 y óxidos de nitrógeno en la atmósfera. Según ha informado Shultz, el equipo se encuentra ahora investigando esta reactividad.

FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL PARA LIMPIAR EL AIRE

Se ha ideado un modo de desencadenar el proceso de la fotosíntesis en un material sintético, y hacer que dicho proceso sirva para retirar gases de efecto invernadero del aire. Además de limpiar el aire, el proceso produce al mismo tiempo energía aprovechable.

La nueva técnica tiene un gran potencial como base para crear infraestructuras asequibles con las que se pueda reducir de manera notable los gases de efecto invernadero vinculados con el cambio climático, y generar al mismo tiempo energía limpia.

Este trabajo, obra del equipo de Fernando Uribe-RomoUribe-Romo y sus colaboradores idearon un modo de desencadenar una reacción química en un material sintético del tipo conocido como armazón organometálico (MOF, por sus siglas en inglés). Los materiales de esta clase descomponen el dióxido de carbono en materiales orgánicos inofensivos. Podemos considerar al nuevo proceso como en una forma de fotosíntesis artificial, que en lo básico no es muy distinta de cómo las plantas, en líneas generales, convierten el dióxido de carbono (CO2) y la luz solar en alimento. La única diferencia remarcable es que en vez de producir nutrientes para vegetales, el método de Uribe-Romo genera energía.

 El equipo de Fernando Uribe-Romo ha dado con un modo de desencadenar un proceso químico calificable como fotosíntesis artificial, que servirá para limpiar el aire y al mismo tiempo generar energía. A fin de verificar la hipótesis, Uribe-Romo y sus colegas montaron un fotorreactor LED azul con el que han llevado a cabo muchos de los experimentos


Es algo que científicos de todas partes del mundo han estado persiguiendo durante años. El reto principal al que se han venido enfrentando es encontrar un modo de que la luz visible desencadene la transformación química. Los rayos ultravioleta tienen suficiente energía para posibilitar la reacción en materiales comunes, como el dióxido de titanio, pero la radiación ultravioleta constituye solo alrededor del 4 por ciento de la luz que la Tierra recibe del Sol. El rango visible (las longitudes de onda del violeta al rojo) representa la mayor parte de la radiación solar, pero hay pocos materiales que aprovechen la luz de estos colores para inducir la reacción química que transforme el CO2 en combustible.

La comunidad científica lo ha intentado con varios materiales, pero los que pueden absorber luz visible tienden a ser raros y caros, como el platino, el renio y el iridio, lo cual hace prohibitivo el proceso si se les usa en él.

Uribe-Romo usó titanio, un metal no tóxico común, y añadió moléculas orgánicas que actúan como antenas que recogen la luz, para ver si esa configuración funcionaría. Las moléculas antena que recogen luz pueden ser diseñadas para absorber colores específicos al ser incorporadas en el MOF. En este caso, lo sincronizó para el color azul.

El equipo de Uribe-Romo montó un fotorreactor LED azul para probar la hipótesis. Midió las cantidades de dióxido de carbono que eran introducidas lentamente en el fotorreactor (un cilindro azul brillante que parece una cama de bronceado) para ver si sucedía la reacción.

Funcionó, y la reacción química transformó el CO2 en dos formas reducidas de carbono, formiato y formamidas (útiles para combustibles), limpiando el aire en el proceso.

La idea para explotar debidamente esta nueva tecnología sería instalar en los sitios adecuados estaciones que capturasen grandes cantidades de CO2, por ejemplo, al lado de una central eléctrica alimentada por combustión de carbón.

Quizá algún día no solo se aproveche esta tecnología al lado de grandes instalaciones contaminantes sino también en cualquier otra parte. Los inquilinos de viviendas podrían adquirir y colocar en el tejado tejas hechas del material, que limpiarían el aire en el vecindario, produciendo al mismo tiempo energía que se podría utilizar para energizar esos hogares.

LA HOJA BIÓNICA QUE PODRÍA ALIMENTAR EL MUNDO

Alimentar a la creciente población mundial, en especial en los países con menos recursos, es uno de los grandes retos de este siglo. ¿Cómo lograr que las cosechas sean más fértiles y productivas? Un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard ha presentado en la reunión Anual de la Sociedad Americana de Química, que se celebra estos días en San Francisco (California), un ingenio que puede hacer que los rábanos, por ejemplo, crezcan hasta un 150% más grandes. Lo llaman la «hoja biónica» y utiliza bacterias, luz solar, agua y aire para hacer abono en el mismo suelo donde se cultivan las cosechas. Dicen que puede ayudar a impulsar la próxima «revolución agrícola».

Los investigadores explican que cuando se tiene un gran proceso centralizado y una infraestructura masiva, es fácil llevar fertilizantes al campo, pero esto no ocurre en los países más pobres, donde no hay recursos. Por eso, creen que es importante lograr un fertilizante en el mismo lugar, sean como sean sus condiciones, aunque se trate de un pequeño pueblo de India sin agua potable.

La primera «revolución verde» en la década de 1960 supuso un auge de la agricultura debido al uso extensivo de fertilizantes en nuevas variedades de arroz y trigo, lo que duplicó la producción agrícola. Aunque la transformación produjo «algunos daños ambientales graves», recuerdan, pudo salvar millones de vidas, especialmente en Asia, según la Organización de Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).


Pero la población mundial sigue creciendo y se espera que llegue a 2.000 millones de personas en 2050. Gran parte de este crecimiento se produce en algunos de los países más pobres, según la ONU. El suministro de alimentos para todo el mundo requerirá un enfoque múltiple, pero los expertos coinciden en que una de las tácticas tendrá que involucrar el impulso del rendimiento de los cultivos para evitar que aún más terrenos sean modificados para dedicarlos a la agricultura.










Rábanos más grandes

Los científicos se inspiraron en la hoja artificial para encontrar su solución. Se trata de un dispositivo que, cuando se expone a la luz solar, imita una hoja natural mediante la división del agua en hidrógeno y oxígeno. Esto llevó al desarrollo de una hoja biónica que junta el catalizador que divide el agua con la bacteria Ralstonia eutropha, que consume hidrógeno y extrae el dióxido de carbono del aire para hacer combustible líquido. El pasado junio, el equipo informó de que cambió el catalizador de níquel-molibdeno-zinc del dispositivo, que era venenoso para los microbios, por una aleación de cobalto y fósforo buena para las bacterias. El nuevo sistema proporcionó biomasa y combustible líquido que en gran medida superaron a los de la fotosíntesis natural.


«Los combustibles fueron sólo el primer paso», dice Daniel Nocera, responsable del estudio. «Llegar a ese punto mostró que se puede tener una plataforma de síntesis química renovable. Ahora tenemos otro tipo de bacteria que toma el nitrógeno de la atmósfera para hacer abono».

Para esta aplicación, el equipo de Nocera ha diseñado un sistema en el que la bacteria Xanthobacter fija el hidrógeno a partir de la hoja artificial y el dióxido de carbono de la atmósfera para hacer un bioplástico que las bacterias almacenan dentro de sí mismas como combustible.

«A continuación, puedo poner la bacteria en el suelo debido a que ya ha utilizado la luz solar para producir el bioplástico», dice Nocera. «Entonces la bacteria toma el nitrógeno del aire y utiliza el bioplástico, que es básicamente hidrógeno almacenado, para conducir el ciclo de fijación para hacer amoniaco para la fertilización de cultivos».


El laboratorio de Nocera ha analizado la cantidad de amoníaco que el sistema produce. Pero la prueba real, dicen, está en los rábanos. Los investigadores han utilizado su enfoque para hacer crecer cinco ciclos de cultivo. Los vegetales que recibieron el fertilizante derivado de la hoja biónica pesan un 150% más que los cultivos de control. El siguiente paso, dice Nocera, es aumentar el rendimiento para que un día, los agricultores de la India o el África subsahariana puedan producir su propio fertilizante.

100 AÑOS DE VIDA

En un nuevo documental de la BBC, Stephen Hawking pondrá a prueba su teoría de que la humanidad debe colonizar otro planeta o perecer en los próximos 100 años.


El documental Stephen Hawking: Expedition New Earth, se transmitirá este verano como parte de la temporada de la mañana de la BBC y mostrará que la aspiración de Hawking “no es tan fantástica como suena”, según la BBC.


Durante años, Hawking ha advertido que la humanidad se enfrenta a una serie de amenazas que van desde el cambio climático hasta la destrucción de la guerra nuclear y los virus genéticamente modificados.


Hawking ha sugerido que la humanidad podría no sobrevivir “otros mil años sin escaparse más allá de nuestro frágil planeta”. El documental de la BBC sugiere un calendario ajustado para la colonización, que muchos podrán ver durante su vida.


El mes pasado, Hawking había advertido que los instintos agresivos de los humanos, junto con el rápido ritmo de crecimiento de la tecnología, podrían destruirnos a todos por guerra nuclear o biológica, y agregó que sólo un “gobierno mundial” puede prevenir esta inminente fatalidad.



Hawking había dicho que los seres humanos pueden carecer de las habilidades como especie para mantenerse con vida.

https://youtu.be/-4s2A6Ok2cw

CONSIGUEN HACER LADRILLOS CON TIERRA SIMILAR A LA DE MARTE

“Lo difícil no es llegar, sino mantenerse”. Esta frase, de autor desconocido pero que dice una verdad casi tan grande como el planeta del cuál vamos a hablar, es perfectamente extrapolable a las dificultades que conlleva una misión tripulada a Marte.

A sabiendas de la dificultad existente en que una persona sobreviva en suelo extraterrestre, los científicos han estado buscando diferentes métodos de utilizar el suelo del planeta rojo para crear herramientas y objetos, lo que reduciría el número de cosas que debería de llevar un astronauta.

Un nuevo estudio de la Universidad de California y financiado por la NASA, publicado en Scientific Report, informa como los científicos del centro de San Diego descubrieron accidentalmente cómo formar ladrillos del suelo marciano, que podría ser enormemente útil para la construcción de estructuras en el planeta rojo.





Descubrieron que, cuando se redujo el número de polímeros a cero y aplicaban la presión equivalente a un golpe de martillo, el suelo se volvía rígido y sólido. “Nos dimos cuenta de que el material es fuerte si desciendes los polímeros”, afirma Yu Qiao, estudiante del mismo centro de investigación, en declaraciones a IFLScience. “Eso nos hizo darnos cuenta de que tiene que haber algo interesante en el suelo de Marte, no en sus polímeros”.

Lógicamente, no estaban usando el suelo de Marte real; pero el suelo simulaba su composición ya más que conocida. Antes de aplicar la presión, el suelo necesitaba ser encerrado en un recipiente flexible, en este caso un tubo de goma. Cuando es golpeado, se producen pequeños trozos de unos 2,5 centímetros de tamaño que podrían ser bastante provechosos.

La razón se cree que es el óxido de hierro, que le da el color rojizo característico de Marte, que actúa como agente aglutinante. El siguiente paso será encontrar una manera de hacer ladrillos más grandes, para que puedan ser utilizados con fines prácticos en la superficie de Marte.

El plan de la NASA es el de hacer orbitar humanos en Fobos, uno de sus satélites, a principios de 2030; después, en 2039, se cree que será el momento perfecto para aterrizar sobre la superficie del planeta rojo.

Un profesor de química descubre como hacer la fotosíntesis con luz azul y un material sintético

La fotosíntesis artificial puede ser una de las fuentes de energía del futuro, así que los científicos llevan tiempo buscando la manera más eficiente de imitar a las plantas con materiales sintéticos. Un profesor de química de la Universidad de Florida Central ha dado con una candidata prometedora.

El profesor Fernando Uribe-Romo y sus alumnos explican en la revista Journal of Materials Chemistry A cómo desencadenar la fotosíntesis con un material que convierte el dióxido de carbono y la luz visible en combustible solar (al tiempo que elimina del aire este gas de efecto invernadero).

La energía del sol puede ser capturada y almacenada en los enlaces químicos de un material para aprovecharse más tarde. Estos químicos se denominan combustibles solares. Uribe-Romo y su equipo de estudiantes idearon una manera de desencadenar una reacción química en un material sintético denominado marco metal-orgánico (MOF) para descomponer el CO2 en materiales orgánicos que pueden usarse como combustible solar.

El invento utiliza la energía de la luz azul. Adaptar materiales que absorban un color específico es muy difícil desde el punto de vista científico. Los rayos ultravioleta tienen suficiente energía para permitir la reacción de materiales comunes como el dióxido de titanio, pero la radiación UV constituye solo el 4% de la luz solar que llega a la Tierra. La gama visible (longitudes de onda violeta a rojo) representan la mayoría de los rayos del sol, sin embargo hay pocos materiales que puedan recoger sus colores para transformar el CO2 en combustible (y los que sí, son materiales muy raros o que tienen precios prohibitivos, como el platino, el renio y el iridio).

Uribe-Romo usó titanio, un metal común y no tóxico, y le agregó moléculas orgánicas que actúan como antenas de recolección de luz. Estas moléculas se pueden diseñar para absorber colores específicos de la luz cuando se incorporan en el MOF, y en este caso se sincronizaron con el color azul. El invento fue probado en el laboratorio con un LED azul. La reacción funcionó y transformó el dióxido de carbono en dos formas reducidas de carbono, formiato y formamidas (dos tipos de combustible solar).

El trabajo es un importante avance en materia de fotosíntesis artificial, y tiene un gran potencial para crear nuevas tecnología que podrían reducir significativamente los gases de efecto invernadero vinculados al cambio climático, al tiempo que producen energía de manera limpia.