viernes, 30 de diciembre de 2016

6 Sustancias que Desafían las Leyes de la Física

Sustancias hidrofóbicas
Esto podrá sonar como poco, pero espera a ver exactamente lo que es. En esta imagen lo que ves no es gelatina verde ni una sustancia sólida ni viscosa. Eso simplemente es agua con colorante verde, es perfectamente líquido.

Sin importar cómo lo muevas, va a regresar a formar ese mismo rectángulo. Esto es debido a que la superficie seca que lo rodea esta cubierta con una sustancia hidrofóbica, lo cual significa que repela el agua a tal grado que el agua incluso hasta se arquea para alejarse de la sustancia. Exactamente donde esta el agua en forma rectangular es donde se aplicó esta sustancia. Si dejas caer una gota sobre la superficie seca, la gota inmediatamente regresará al centro.

Digamos que te aplicarás de esta sustancia sobre el dedo y lo sumergieras en agua. La sustancia repela el agua a tal grado que se forma una burbuja alrededor de tu dedo y estará perfectamente seco cuando lo saques del agua. Esta sustancia se usa para crear superficies a prueba de agua para poner sobre ropa, parabrisas o lo que sea. Pero también es muy divertido. Esto es lo que pasa si tratas arena con esta sustancia



Un polvo que explota al mínimo roce
El triyoduro de nitrógeno (NI3) tiene un aspecto bastante inofensivo; es un polvo de color marrón parecido a la tierra o a la suciedad. Sin embargo, conviene no confundirlo porque esparcirlo por un camino convertiría esa zona en algo similar a un campo de minas muy peligroso. Un mínimo roce provoca una explosión similar a la de un petardo. Además, la explosión deja un curioso humo violeta.

Realmente hoy en día este compuesto no tiene ninguna utilidad práctica, ya que es tan inestable que la posibilidad de meterlo en un bote y comercializarlo es inviable. En los vídeos el compuesto es obtenido mediante una reacción química entre otros compuestos más estables.

Si has visto la serie de Breaking Bad, sabrás que existe otro compuesto con propiedades similares: el fulminato de plata. Es una sal que produce una pequeña explosión cuando sus cristales rozan entre ellos, por eso se comercializan en forma de pequeñas bolitas envueltas en papel que detonan al lanzarlas al suelo. Tienen diferentes nombres, uno de los más populares es el de bombetas.

En la primera temporada de la serie, Walt (el protagonista) usa un paquete casero de fulminato de plata para detonar una fábrica de droga lanzando la “superbombeta” entre los productos inflamables de la fábrica.

En la vida real, varios científicos se han puesto a analizar la escena y han concluido que es bastaste realista, la fábrica podría explotar de esa manera tan espectacular con una “superbombeta” del tamaño de una nuez siempre y cuando el lanzamiento sea preciso. La única pega es que Walt no habría podido sobrevivir con el paquete en el bolsillo durante todo el viaje hacia la fábrica, ya que con el mínimo choque el paquete hubiera explotado provocando heridas graves. ¡La química es peligrosa!


Hidrogel
Hidrogel es una gama de polímeros aniónicos de de poliacrilamida súperabsorben tes. Son copolímeros reticulados de acrilato de potasio y acrilamida, que son insolubles en agua.

Hidrogel tiene la propiedad de absorber hasta 500 veces su peso en agua destilada y se convierten en gel.

Un gel se define como una red tridimensional de cadenas flexibles, constituida por unos elementos conectados de una determinada manera e hinchada por un líquido. Un organogel es aquel que contiene un disolvente orgánico y un hidrogel es un gel que contiene agua. Los hidrogeles son polímeros que poseen unas características particulares. Son hidrófilos, es decir afines al agua, así como blandos, elásticos y en presencia de agua se hinchan, aumentando considerablemente su volumen, pero manteniendo su forma hasta alcanzar un equilibrio físico-químico, mientras que en estado deshidratado (xerogel) son cristalinos. Los hidrogeles son sistemas en estado coloidal con apariencia sólida como la albúmina coagulada por el calor, la gelatina gelificada por enfriamiento, etc.

Las características particulares de los hidrogeles son consecuencia de muchos factores, entre ellos, cabe destacar la presencia de grupos funcionales hidrófilos (como OH, COOH, CONH2, CONH, SO3H…) en su estructura molecular. Las fuerzas cohesivas que producen el entrecruzamiento del polímero no son sólo de carácter covalente; también intervienen otras fuerzas (las fuerzas intermoleculares), como por ejemplo, las electrostáticas, hidrófobas, interacciones dipolo-dipolo o enlaces de hidrógeno. Se ha comprobado que tanto el grado como naturaleza del entrecruzamiento, la tacticidad y la cristalinidad del polímero, son los responsables de las características que aparecen en el hinchamiento del hidrogel.

Nitinol
El nitinol es una aleación de níquel y titanio, fue desarrollado por William Beuhler, en los laboratorios de la U.S. Navy en la década de 1960. No obstante, la posibilidad de crear aleaciones con memoria de forma (SMA's por sus siglas en inglés) se conocía desde 1932.

El nombre NiTiNOL es un acrónimo de Níquel, Titanio y Naval Ordnance Laboratory, el lugar donde fue desarrollado. Lo novedoso de esta aleación, respecto a las SMA's anteriores, es que es de bajo costo, resistente a la corrosión y no tiene efectos tóxicos.

La relación exacta entre níquel y titanio es de 55% y 45% respectivamente y, aunque parecen proporciones muy similares, una mínima variación tiene un efecto dramático en la temperatura de transición.
¿Cómo funciona la transformación?Básicamente, la transformación es el cambio de fase en su estructura cristalina, entre su forma austenita y su forma martensita. En su estado o forma austenita el material es fuerte y formado a altas temperaturas. En su estado martensita el material es débil y se encuentra a bajas temperaturas.

Si un objeto de nitinol está en su forma martensítica puede ser deformado fácilmente, porque el material es débil. Si el objeto se somete a una fuente de calor, rápidamente tomará su forma original con gran fuerza.

Los átomos se encuentran débilmente formados en el estado martensita, pasan por un proceso de transformación, y al recibir calor retoman su forma original y en el estado austenita los átomos están perfectamente alineados.

Este proceso de transformación del material es la base de las dos propiedades fundamentales de esta aleación: el recordar su forma y la superelasticidad. La propiedad de supereslasticidad implica que en ambos estados el material es altamente maleable.

Las propiedades de recordar la forma original y la superelasticidad hacen de este material, y en general de todos los SMA's, un excelente recurso para innovar en aplicaciones cada vez más sofisticadas.

Las propiedades del nitinol han sido útiles en gran cantidad de campos, se ha utilizado en aplicaciones militares, se seguridad y en robótica. Pero el uso más novedoso y relevante es en el campo de la medicina. Desde pinzas y tijeras más eficientes para cirugías y alambres de ortodoncia, hasta guías para sondas vasculares.

El nitinol es uno de las aleaciones más utilizadas por ser biocompatible y de bajo costo, pero también podemos encontrar otras aleaciones con memoria de forma como cobre-aluminio-níquel; cobre-zinc-aluminio o hierro-manganeso-silicio.


Galio
El nombre de este extraño elemento proviene del latín Gallia, con el cual se nombraba a Francia en la antigüedad. No obstante, en su origen etimológico también está presente el término en latín: gallus, una traducción de Lecoq que literalmente significa “gallo”, nombre del primer hombre de ciencias que reconoció el galio como un elemento químico.

El químico francés Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, descubrió el galio espectroscópicamente en el año 1875 y también obtuvo la primer forma libre de este metal mediante electrólisis en una solución de hidróxido de potasio (KOH).

Curiosamente, cuando el químico ruso Dmitri Mendeleev creó la primer tabla periódica de los elementos químicos, cambió el nombre del galio, llamándolo eka-aluminio.

El galio es un metal de post-transición. En su forma pura, es sólido, con un color plateado y blanquecino, con características muy peculiares. Se trata de un elemento químico que no existe libre en la naturaleza, que se crea artificialmente (surge como subproducto en la fabricación del aluminio) y que junto al mercurio, el cesio y el rubidio, constituyen los únicos 4 metales capaces de mantenerse en estado líquido a temperatura ambiente.

Al solidificarse, este elemento se expande hasta un 3,1% y algunas de sus formas pueden hallarse como elemento traza en el carbón, la bauxita y algunos otros minerales del planeta. Cuando galio se derrite y se convierte en líquido, al ser apenas expuesto al calor, se le utiliza en tecnologías de semiconductores y como componente de algunas aleaciones con bajos puntos de fusión. Tiene dos isótopos estables: Ga-69 y Ga-71.


En las actividades humanas, el galio se utiliza ampliamente en la fabricación de espejos, vidrio y cerámicas. Como los metales anteriormente mencionados, en estado líquido, se usa en termostatos, determinados interruptores, barómetros, sistemas de registro de transferencia de calor y algunos dispositivos de calentamiento.

Algunas formas del galio se emplean en aleaciones con otros metales. El nitruro de galio y el arseniuro de galio, por ejemplo, son ingredientes fundamentales en la producción de semiconductores y diodos en pantallas de LED, entre otras cosas.


Aerogel
Samuel S. Kistler, en 1931, hizo una apuesta con su colega Charles Learned, sobre si era posible o no reemplazar el líquido de un tarro de mermelada por un gas sin que el volumen del mismo disminuyera. Como ocurre a veces, el resultado de un experimento que solo tenia como fin el desafío entre dos científicos dio como resultado una sustancia maravillosa "el aerogel".

El Aerogel, también conocido como "humo blanco" es un término muy amplio utilizado para hablar de un extraordinario grupo de materiales que se han utilizado desde la década de 1960 en los viajes espaciales, pero que ahora están encontrando múltiples usos gracias a sus propiedades. Por ejemplo, es el material sólido mas ligero que existe hoy en día (algunos solo 3 veces más pesados que el aire). El aerogel en su forma sólida tiene una textura similar a la de poliestireno espumado (el famoso corcho blanco de bolitas) y solided parecida a la del vidrio.

Realmente la palabra aerogel hace referencia a un tipo de estructura sintética (fabricada por el hombre) de la materia, una estructura de espuma sólida compuesta de una red de nanoestructuras interconectados y que tiene una porosidad de no menos de 50%. Una espuma mesoporosa, ramificada e interconectada, eso es un aerogel.


Mesoporosa se refiere a un material con muchos poros de muy pequeño diámetro, exactamente que contiene poros que van de 2 a 50 nm (nanómetros) de diámetro.

Básicamente un aerogel es un montón de burbujas que forman un bloque con la apariencia de una gelatina. Burbujas rellenas primero de líquido y luego de aire.

Los dos tipos más comunes de aerogel se derivan del silicio y del carbono.


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