Descubren una nueva forma de generar luz

Las pegatinas que brillan en la oscuridad, los extraños peces de las profundidades marinas, las bombillas LED… todos poseen formas de luminiscencia. En otras palabras, en vez de limitarse a reflejar luz, producen la suya propia.

Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Vermont y del Dartmouth College, ambas universidades en Estados Unidos, ha descubierto una nueva forma de que algunas moléculas puedan producir un resplandor luminiscente, en este caso una llamativa luz verde.

Estaban examinando algunas moléculas extrañas llamadas rotores moleculares, con formas semejantes a remos de kayak donde ambos extremos rotan alrededor de un eje (aunque muy pequeño, muchos miles de veces más delgado que un cabello). En un líquido poco espeso, como el agua, las acumulaciones de estas moléculas en rotación, una especie de tinte que contiene boro, producen un resplandor luminiscente rojizo, muy débil.

Pero cuando los científicos colocaron las moléculas en disolventes cada vez más espesos, tanto como el jarabe de arce, en este caso mezclas de glicerol y glicol de etileno (etilenglicol), comprobaron que la luz fluorescente de estos rotores moleculares no se debilitaba como parecía lógico que ocurriera sino que, al contrario, pasaban a brillar mucho, en un vívido color verde próximo al borde azul del espectro.

Se procedió a investigar el fenómeno, realizando simulaciones digitales y analizando más a fondo las moléculas implicadas, usando microscopía y otras técnicas de laboratorio, y el equipo de Cousins se encontró con un descubrimiento aún más sorprendente: la forma en que esta luz estaba siendo emitida precisaba romper una longeva ley de la química llamada Regla de Kasha.

Los colores que vemos existen porque las moléculas absorben y liberan luz bajo las “fantasmagóricas” reglas de la mecánica cuántica. En la mayoría de los casos, una molécula absorberá una longitud de onda específica de luz. En algunos casos, las moléculas “brillarán en la oscuridad” emitiendo un color específico durante un corto tiempo tras absorber luz.

En 1950, el famoso químico Michael Kasha observó que una molécula luminiscente generalmente emite luz del mismo color a despecho del color de aquella que absorbió inicialmente. Así que cuando una molécula luminiscente típica absorbe luz de energía más elevada, hacia el extremo azul del espectro, simplemente produce más calor, no una luminiscencia más brillante o de color diferente. Esta es la Regla de Kasha.

Pero el equipo de Cousins encontró que cuando sus moléculas rotor especiales se hallan en una solución densa, su capacidad de vibrar es limitada, lo que promueve, a modo de compensación, que emitan luz más intensa. Cuanto más densa sea la solución, menos rotan los remos moleculares, y más luz puede ser emitida.

Logran crear un compuesto iónico con un solo elemento

Por si os interesa el desarrollo de nuevos compuestos y materiales os sorprenderá el primer caso de un cristal iónico compuesto únicamente con un solo elemento químico, el boro.

Este sorprendente avance se ha publicado en la revista Nature y ha sido desarrollado por un equipo de investigadores de varias universidades estadounidenses y europeas.

Para lograrlo se tuvieron que emplear condiciones extremas, a altas temperaturas y presiones superiores a 100.000 atmósferas. ¿Pero cómo puede ser un elemento iónico si necesitamos dos cargas diferentes y hablamos del mismo elemento? Se consigue mediante una nueva estructura que incorpora dos tipos de “nanoclusters” muy diferentes, con propiedades electrónicas diferentes y de nuevo gracias a la nanotecnología. Como las electronegatividades de estos dos clusters son diferentes, provoca la redistribución y la aparición de un carácter iónico parcial en la estructura elemental.

Sorprendentemente, los centros de masa se encuentran en la misma posición que el ejemplo clásico de compuesto iónico, el NaCl (cloruro sódico o sal común).

Y como es lógico, no sólo la estructura es similar, si no que también se detectan propiedades típicas de los compuestos iónicos.

ALGAS COMO COMBUSTIBLE.

Investigadores del Laboratorio de Enzimología Molecular del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral de la Universidad Nacional del Litoral (IAL-UNL-CONICET), en Argentina, estudian el funcionamiento de enzimas con el objetivo de obtener productos novedosos y amigables con el medioambiente. Seis profesionales de este grupo analizan las funciones enzimáticas de dos algas en particular que podrían permitir la obtención de biocombustibles: la Chlorella y la Euglena.

“A través del estudio de las enzimas buscamos comprender cómo se desarrollan las distintas rutas metabólicas que se forman dentro de los organismos, para conocer cómo funcionan y cómo se regulan. Si uno conoce eso, puede estar en condiciones de modificar esos caminos para que se produzcan en mayor o menor medida y se obtengan distintos productos”, le dijo a TSS Jorge Iglesias, director del laboratorio, que comenzó sus estudios en enzimas desde que ingresó al CONICET como becario en los años ochenta. Iglesias explica que, para purificarlas, utilizan una “estrategia de reproducción recombinante” mediante la cual reproducen la información genética de un organismo en otro.

Al igual que otras algas fotosintéticas, la Clorella puede dar dos productos principales: el almidón, que es una forma que tienen las algas verdes y las plantas de acumular reservas de azúcares, y los lípidos (más conocidos como ácidos grasos), que en este caso son triglicéridos. Según Iglesias, a partir de los almidones se pueden recuperar los monosacáridos (que son las unidades de azúcar que lo forman), y a partir de ellos obtener bioetanol, un biocombustible que actualmente se obtiene a partir de la caña de azúcar y el maíz, entre otros. Con los triglicéridos, en cambio, se puede obtener biodiésel, otro biocombustible que hoy en la Argentina se elabora con semillas de soja, tanto para consumo interno como para exportación, aunque también puede obtenerse del girasol y otros cultivos oleaginosos.

“Estamos caracterizando enzimas que están en pasos claves de ambos caminos, del almidón y los lípidos, y obteniendo información sobre cómo funcionan. Así, iniciamos estudios mediante los cuales tratamos de aumentar los niveles de producción de algunas de las enzimas que podrían ser importantes, pero estamos en una etapa inicial”, aclara Iglesias y explica que con la Euglena ocurre algo similar: en este caso, el alga acumula lípidos que no son triglicéridos sino ceras, a partir de las cuales no solo se podría obtener biodiesel sino también otros productos, ya que la cera tiene otras particularidades como, por ejemplo, la de ser impermeable al agua, lo que podría permitir la obtención de biopolímeros (similares a los plásticos) con características particulares o biolubricantes (similares a los lubricantes que se utilizan hoy, que son derivados del petróleo).

A partir de los almidones producidos por las algas se pueden recuperar los monosacáridos (que son las unidades de azúcar que lo forman) y, a partir de ellos, obtener bioetanol. 

“El estudio de microorganismos tiene la ventaja de que, en general, no son fuentes de alimentación y no requerirían grandes extensiones de tierra para su cultivo, aunque también tiene algunas desventajas, porque, si bien no es imposible, no es fácil generar un crecimiento masivo. Habría que diseñar procedimientos para obtener grandes cantidades de cultivos de estos microorganismos”, reconoce Iglesias, aunque advierte sobre la importancia de avanzar en este tipo de estudios: “El uso de combustibles, lubricantes y productos del petróleo plantea serios problemas y requiere cambios, no solo porque la cantidad de petróleo que queda es limitada sino también porque el uso de esos combustibles fósiles produce los gases de la atmósfera que están generando el cambio climático, cuyas consecuencias son bastante impredecibles. Si uno considera solo el costo económico está viendo a 5 o 10 años, pero hay que mirar a más largo plazo”.

En el laboratorio que dirige –que reúne a 15 becarios e investigadores– otros grupos trabajan en líneas de análisis como la búsqueda de nuevos derivados del glicerol, un subproducto del proceso actual de producción de biodiésel que en la Argentina se ha potenciado durante los últimos años. “Cuando uno tiene un subproducto que se hace tan masivo que no solo baja su costo, sino que va a llegar un momento que va a ser prácticamente un desecho y habrá que plantearse qué hacer con él, hay una oportunidad para encontrar aplicaciones”, explica Iglesias y aclara que por eso están desarrollando herramientas que permitan convertirlo en otro producto para valorizarlo.

“Esto es importante porque el cambio climático no solo está dado por el uso de los combustibles fósiles, sino también por los productos que se obtienen de la industria petroquímica, como los plásticos, que provienen del petróleo y en general no son biodegradables, lo que crea un mayor problema de contaminación”, dice Iglesias. Y concluye: “Nuestro trabajo no apunta solo buscar reemplazos por el agotamiento del petróleo y por los gases que se generan, sino por hacer toda una serie de productos y materiales compatibles con una ecología sustentable, que puedan ser degradados por organismos vivos”. 

FLOCULACIÓN DEL AGUA.

La floculación es un proceso químico para eliminar la fracción coloidal presente tanto en aguas para el abastecimiento público como en aguas industriales por el que se debe realizar este proceso para que el agua pueda ser consumida. Lo que se hace durante el mismo es añadir al agua ciertas sustancias llamadas floculantes, para que se adjunten y se aglutinen a las sustancias coloidales que tiene el agua y se facilite, de esta forma, la decantación y el filtrado de la misma.

Realmente se trata de un proceso por el cual se potabiliza el agua de origen superficial y, también, con el cual se tratan aguas servidas domésticas o industriales, para ello empresas como Timsa disponen de agitadores diseñados para la mezcla de aguas para todo tipo de tanques o depósitos.

Dicho esto, cuando hablamos de la floculación del agua también debemos hablar de la coagulación,  ya que el proceso de coagulación – floculación es el que facilita que se puedan eliminar todas las sustancias que se encuentran suspendidas en el agua y las partículas coloidales. Si vemos este proceso más en detalle:

    - Mediante la coagulación se desestabilizan las partículas coloidales causadas por el coagulante (un químico). Estas partículas son las responsables de que el agua tenga un color turbio o que tenga un color concreto en su superficie... Normalmente las especies coloidales que se pueden hallar en las superficies son: arcillas, hierros, metales pesados y/o algunos sólidos orgánicos como pueden ser los residuos de animales muertos.
Por lo que, para eliminarlas se neutralizan sus cargas electrostáticas, provocando que las partículas se unan entre sí. Al unirse se pueden eliminar de forma más sencilla y rápida; y se eliminan mediante el siguiente proceso (la floculación).

    - Con la floculación se aglomeran las partículas desestabilizadas (las partículas coloidales) en aglomeraciones. Normalmente en microflóculos y, posteriormente, en flóculos voluminosos. Los flóculos, por norma general, tienden a depositarse en el fondo del agua, en unos recipientes llamados sedimentadores.

Mediante ambos procesos se consigue que un agua que no era apta para el consumo lo sea. Y esto es posible con ese tratamiento físico – químico. Pero no debemos olvidar que este proceso se lleva a cabo tanto en aguas potables como en aguas residuales... Ya que sea el tipo de agua que sea, siempre, en mayor o en menor medida, tendrá materiales suspendidos en ella. Y esos materiales deben ser eliminados.

También nos gustaría destacar que el éxito de este proceso depende de algunos elementos externos. Puede influir el pH y algunas otras características físicas o químicas del agua, al igual que la velocidad y el tiempo. La velocidad es un factor muy importante: cuando se añaden los químicos al agua, si ésta tiene una velocidad adecuada aumentan las posibilidades de que las partículas se unan entre ellas.

¡Hola!

Somos un grupo de alumnas de química cursando 2º de bachillerato del colegio San Juan Bosco de Granada. En este blog vamos a presentar a lo largo del año una serie de experimentos, datos interesantes y noticias curiosas relacionado con la química. Esperemos que os guste y disfrutéis con todo ello.
Las integrantes de este grupo son:
Isabel Cáliz Martín
Natalia Cartusciello Pedroza
Andrea Delgado Baena
Marina López Delgado
Rocio Moreno Luján