Nuevos conocimientos sobre la química del boro a temperatura ambiente

Un modelo de bolas y varillas estructural de boro romboédrica se muestra en primer plano y una imagen de Badwater Basin en California se muestra en el fondo. Los pisos Cuenca Badwater sal contienen altas concentraciones de minerales de evaporación, tales como bórax, un importante compuesto que contiene boro. Crédito: Tadashi Ogitsu; Liam Krauss / Livermore Computing.

En la tabla periódica, el boro ocupa una posición peculiar, de transición. Se sienta en la primera fila, y tiene elementos metálicos a su izquierda, y no metales a su derecha. Además, es el único que no metálico en la tercera columna de la tabla periódica. No es sorprendente que la estructura cristalográfica y la topología de la forma estable del boro a temperatura ambiente (β-boro) no son compartidas por cualquier otro elemento, y son extremadamente complejas. La complejidad formidable de β-boro, que se caracteriza por icosaedros interconexión (un poliedro regular con 20 caras triangulares equiláteros idénticos) sitios parcialmente ocupados, y un número inusualmente grande de átomos por celda unitaria (más de 300), se conoce desde hace más de 40 años.

Los orbitales enlazantes (superficies de color rojo y azul) en B-boro demuestran cómo las vacantes e intersticiales auto-puede estabilizar la estructura. Izquierda: Parte de la forma estable de boro llamada unidad B28 (oro bola y el palo) tiene una inestabilidad local que conduce a la introducción de las vacantes B13 con orbitales desocupados (superficies rojas). Derecha: El sistema se estabiliza como dos átomos de boro intersticiales (B17 y B18) se introducido como un par, que transforma los orbitales desocupados (superficies rojas a la izquierda) para completar casi enlaces químicos (superficies azules a la derecha cerca de la B17 y B18 intersticiales).

El boro sigue siendo el único elemento purificado en cantidades macroscópicas por lo que la geometría del estado fundamental no ha sido completamente determinada por experimentos. Progreso teórico en la última década ha arrojado a la luz numerosas propiedades de boro elemental, dando lugar a una caracterización detallada de su estructura en condiciones ambientales, así como de sus propiedades electrónicas y termodinámico.

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Mercury in the ocean

Thanks to industrialization, mercury levels in the atmosphere are at least three times higher than they were 150 years ago, and mercury levels in ocean surface waters are higher too. So it might seem reasonable to assume that fish accumulate more toxic mercury compounds nowadays than they did in the past. But they don't, according to a provocative new study of Pacific tuna.

Methylmercury is a potent neurotoxin that gets concentrated in big, long-lived carnivorous fish such as tuna and swordfish. To investigate whether levels are higher in fish than they used to be, Princeton geochemist François Morel and colleagues took measurements from 66 yellowfin tuna caught off Hawaii in 1998 and compared these to measurements taken from 71 yellowfins caught in 1971. To their surprise, the total mercury levels were similar, despite the fact that their modeling estimated a 9% to 26% increase in the concentration of inorganic mercury at the ocean surface over the same time period.

So why isn't the inorganic mercury getting converted into the organic forms that accumulate in fish? In freshwater lakes and wetlands, inorganic mercury is thought to be turned into methylmercury by sulfate-reducing anaerobic bacteria. In the ocean, such bacteria are most likely to live about a kilometer deep, so ocean biologists have assumed that this region is the source of methylmercury in the ocean. But if this region were the source, the 1998 tuna mercury concentrations would be higher than in 1971 because atmospheric mercury gets down this far, says Morel. So the toxin in the fish must come from elsewhere, perhaps hydrothermal vents, which are likely to have high concentrations of mercury and to host sulfate-reducers, he says.

"They have an interesting idea about the source of methylmercury in the oceans," says biogeochemist Cynthia Gilmour of the Academy of Natural Sciences' Estuarine Research Center in Leonard, Maryland. But she and others aren't convinced. Gilmour notes that the research seems to contradict earlier work showing that methylmercury levels have increased in seabirds, which feed on ocean fish.

More information:

http://news.sciencemag.org/sciencenow/2003/11/20-03.html?ref=hp

Rebecca Renner, Science Magazine 

Material atrapamoscas de Venus captura desechos radiactivos

De todos los isótopos radiactivos dejados por las pruebas de armas nucleares y las plantas de energía nuclear, cesio-137 es uno de los más peligrosos. El metal suave, de color plateado tiene una vida media de 30 años, entra en el cuerpo rápidamente, y puede desencadenar cáncer incluso décadas después de la exposición. Extracción de cesio-137 del medio ambiente ha sido difícil, pero los investigadores dicen que tienen un camino nuevo y prometedor para eliminarlo: un sólido flexible, poroso que atrapa los iones de cesio muy similar a un atrapamoscas de Venus atrapa a su presa.

El nuevo material es parte de una clase de materiales formados por marcos esponjosos de elementos inorgánicos. A través de los años, estos materiales han sido utilizados para todo, desde catalizar reacciones químicas hasta la captura de dióxido de carbono del aire. Mercouri Kanatzidis, químico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, y su estudiante Nan Ding - ahora un profesor asistente en la Universidad de Claflin en Orangeburg, Carolina del Sur - están trabajando para crear uno de estos marcos inorgánicos, posiblemente uno que podría ser utilizado para capturar los contaminantes ambientales.

Los investigadores hicieron su marco de una mezcla de galio, estaño y azufre, que forman hojas con agujeros. También agregaron iones dimetilamonio (DMA). Las hojas apiladas una encima de otra con los agujeros corriendo hacia arriba y hacia abajo a través del material y con los iones DMA entre las capas.

A juzgar por el tamaño de los agujeros en el marco, Kanatzidis y Ding sospecharon que los iones cesio-137 podrían ser capaces de moverse a través de los agujeros en el corazón de los lugares sólidos e intercambiarse con los iones DMA, que, como los iones cesio, son positivos. Pero al comprobar que sus sospechas eran ciertas los investigadores se encontraron que cuando intentaron expulsar el cesio con otros iones cargados, como el litio y el sodio, el cesio no intercambió lugares como se esperaba y en su lugar quedó encerrado en el sólido.

Para saber por qué, Kanatzidis y Ding tomaron una foto con rayos X de su material. Ellos encontraron que cuando el cesio entra, no sólo desplaza el DMA, también se une a un átomo de azufre en el enrejado. Esto causa que los agujeros del enrejado se cierren, atrapando en el interior el cesio, un poco como un atrapamoscas molecular de Venus. Otros estudios también demostraron que el material une de forma preferente iones de cesio, incluso en presencia de metales alcalinos químicamente similares. Esto sugiere que el material podría funcionar en un entorno químicamente complejo, como que se encuentra en un sitio de limpieza nuclear.

Se puede encontrar más información en:

http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/01/26-01.html?ref=hp

Venus Flytrap Material Captures Radioactive Waste

Robert F. Service, Science Magazine ,  2010

Molecular cages to end crystallisation nightmare

The metal-oxide framework can be used to cage molecules, such as cyclohexanone, to obtain crystal structures © NPG

X-ray crystallography has shaped modern chemistry. It is arguably the most powerful tool for molecular structural analysis. But it suffers from one big drawback: it can only analyse materials that form well-defined crystals. This may now be about to change. Researchers in Japan have used ‘crystal sponges’ to hold molecules that can’t be crystallised, allowing them to be analysed using x-ray crystallography.
For chemists, trying and failing to crystallise compounds can be a frustrating task. Yasuhide Inokuma’s experience was no different. So, in 2010, Inokuma and colleagues at the University of Tokyo came up with a solution. With the help of metal atoms and organic ligands they built molecular cages, more commonly known as metal-organic framework (MOF), to trap fullerenes and analyse their structure using single crystal diffraction (SCD), a type of x-ray crystallography.
Now, they have gone a step further and tuned the molecular cages to enable SCD of all sorts of compounds, even those that are liquid at room temperature. Remarkably, this can be done with less than 0.1µg of the compound.
Inokuma and colleagues built the molecular cage using either cobalt(II) thiocyanate or zinc(II) iodide with tris(4-pyridyl)- 1,3,5-triazine to form an octahedral cage. The target molecule can be caged by dipping a single crystal of the MOF into a solution of it. Once inside the MOF, the target molecule settles into the most thermodynamically stable orientation. This is key, because SCD only works when molecules are held in the same orientation to allow the x-rays to scatter in a reliable manner.

Parsimony for stereochemistry

In their initial attempts they were able to successfully trap cyclohexanone and isoprene, both liquids at room temperature, and analyse their structures. Next they took up the challenge of analysing the structure of miyakosyne A, a long chain marine natural product. With only 5µg to hand, they were not only able to nail down its structure, but also determined the absolute stereochemistry of its hydroxy groups.

Tiny amounts of complex natural products, such as miyakosyne A, can be analysed using the new technique © NPG

There are limitations, however. Inokuma admits that ‘data from pure single crystals, that is without using molecular cages, are usually better than our method, which is to say that bond length and angle are more reliable’. But for the many compounds that do not crystallise at all, this method is still good enough to obtain their structure, especially when used in conjunction with standard tools like NMR and mass spectroscopy.
In recent years, combining separation with analysis – LC–MS, for instance – has proven invaluable for chemists. Inokuma and colleagues envisage LC–SCD, combining liquid chromatography with single crystal diffraction to create a powerful new analytical tool.
They’ve already trialled their LC–SCD technique on dried orange peel. The peel extract was run through an HPLC machine, with each compound delivered into a vial containing a single crystal of the molecular cage. The team were then able to get good structural data on the peel molecules.

The revolution will not be crystallised

So, could Inokuma’s method revolutionise x-ray crystallography? ‘It certainly could,’ says Richard Cooper, head of chemical crystallography at the University of Oxford, UK. ‘There will, as ever, be caveats and exceptions, but this certainly pushes the envelope of what can be studied by SCD in the right direction.’
But Amber Thompson, another crystallographer at Oxford, is less enthused. ‘The key is matching the size and surface properties of the cavity with the target molecule,’ she says. Thus, if the cavity is too big the target molecule will ‘flop’ about rendering the analysis useless. If it is too small the target molecule may not fit in the cavity.
Inokuma admits that very large molecules, such as proteins, can’t currently be analysed. ‘We have to work to make our method more versatile,’ he says. ‘But we hope that in five years our method will be standard protocol.

27 March 2013Akshat Rathi

"Super Solventes" votados como la innovación británica mas importante del siglo XXI

La investigación hecha por científicos de Queen's University Belfast en química de iones líquidos ha sido nombrada como "la innovación británica mas importante del siglo XXI"

El trabajo en el centro de investigación Queen's University Ionic Liquid Laboratories (QUILL) ha sido nombrado como la innovación que tendrá el mas grande impacto en los años que vienen. QUILL compitió con otras 11 innovaciones en todo el Reino Unido para ganar la votación de la iniciativa de el museo de Ciencia en Gran Bretaña. La iniciativa también era patrocinada por : Engineering UK, The Royal Society, Britisch Science Association, Royal Academy of Engineering and Department for Business Innovation & Skills.

Un Equipo de aproximadamente 100 científicos exploran el potencial de iones líquidos en Queen's. Conocidos como "Super Solventes", son sales que permanecen en estado líquido a temperatura ambiente, pueden ser utilizadas como alternativas no contaminantes a los solventes convencionales,y están revolucionando los procesos químicos, ofreciendo una solución mucho más respetuosa del medio ambiente que los métodos tradicionales.

El profesor Ken Seddon es co-director de QUILL. Su publicación de seminario  comenzó la oleada mundial de interés en los líquidos iónicos y ahora ha llegado a más de 1000 citas. El profesor Jim Swindall, co-director de QUILL, dijo: "Son noticias fantásticas para QUILL y para la universidad. Este voto confirma que el trabajo de Queen's en la química del líquido iónico eventualmente incidiran en la mayor parte de nuestras vidas. Los líquidos disuelven casi todo, de elementos tales como el azufre y el fósforo (que tradicionalmente requieren disolventes desagradables) a los polímeros, tales como la biomasa. Incluso pueden eliminar las biopelículas bacterianas tales como MRSA. Ellos ya están siendo utilizados en un proceso para eliminar el mercurio del gas natural por Petronas en Malasia. Otras se pueden usar como bombas de calor, los fluidos de compresión, o lubricantes -. La lista es ilimitada "

Ken Seddon y Jim Swindall

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Baterías de Metal-Aire

Después de años de desarrollo, una novedosa tecnología de batería de la start-up Fluidic Energy está siendo comercializada. Es una batería recargable de metal-aire cuya primera aplicación es la sustitución de sistemas de respaldo diesel y de batería de plomo-ácido para torres de telecomunicaciones, así como para otras empresas que necesiten un suministro constante de energía. La compañía ha estado haciendo discretas demostraciones de su batería con varios clientes durante un año.

Las baterías de metal-aire tienen el potencial de almacenar más energía que las baterías de ión-litio, que hoy día se utilizan en vehículos eléctricos y algunas aplicaciones de la red eléctrica. Dependiendo de los materiales utilizados, las baterías de metal-aire también podrían ser menos caras que las baterías de plomo-ácido, que son las baterías recargables más baratas y que se utilizan con más frecuencia.

En una batería de metal-aire, un metal como el zinc (que es el que usa Fluidic Energy) reacciona con el oxígeno del aire para generar electricidad.

Aunque las baterías parecen ser una buena solución para su uso en torres de telecomunicaciones, podría pasar tiempo antes de que se utilicen en automóviles. Las baterías de metal-aire son una tecnología interesante dentro del ámbito de los coches puesto que tienen el potencial de almacenar tres o cuatro veces más electricidad que las de ión-litio, lo que podría ampliar la autonomía de los vehículos o hacer posible el uso de paquetes de baterías más pequeños y baratos. "No hemos llegado hasta ese punto ni de lejos", señala Friesen, aunque la tecnología almacena más energía que las baterías de plomo-ácido.El almacenamiento de red a gran escala también podría resultar complicado. Históricamente, las baterías de metal-aire han tenido problemas de eficiencia, y pueden llegar a desperdiciar casi la mitad de la energía almacenada. Friesen afirma que Fluidic Energy ha abordado el problema, pero por razones de competitividad no quiere hablar de un tipo de eficiencia específica, y se limita a decir que "nuestras eficiencias van mucho más allá que las de un sistema de diesel y plomo-ácido".

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Catalyst Brings Cheap Hydrogen Fuel Closer to Reality

Hydrogen sure seems like the perfect alternative to fossil fuels. Researchers report that they’ve created a new molybdenum-based catalyst that cranks out the hydrogen, is cheap to make, works in water, and is robust. The catalyst isn’t perfect, as it requires too much energy to generate hydrogen. But its unusual character offers chemists a valuable new lead for making and improving water-splitting catalysts.

Generating hydrogen gas (H₂) isn’t difficult. Platinum is adept at transferring pairs of electrons to pairs of protons to make H₂. But the precious metal is far too expensive to use for commercial hydrogen production. A cheaper model would use bulky microbial enzymes called hydrogenases that make H₂ using proteins based on nickel and iron. Researchers have made slimmer versions for years, but most either work too slowly, work only with the addition of organic acids and other additives, or quickly fall apart.

None of this was initially on the mind of Jeffrey Long, a chemist at the University of California, Berkeley. He and his colleagues had been working to combine metal atoms with organic appendages called PY5 groups in an effort to make molecules with the magnetic behavior of bulk magnets. Their studies revealed that one of their molybdenum complexes had an unusual ability to transfer electrons, a key requirement for hydrogen generation. So they tested its hydrogen-generating abilities and got several nice surprises.

In tomorrow’s issue of Nature, Long and colleagues report that not only did the compound turn out significant amounts of hydrogen, it also worked in pure water or seawater without the additional expense of additives. It’s also more durable, Long says, because the molybdenum atom in each compound is bonded to five other atoms, making it harder to knock apart and thus more stable than competing hydrogen-generating compounds using iron and nickel that form fewer links to their neighbors.

 

More information:

http://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/04/catalyst-brings-cheap-hydrogen-f.html?ref=hp

 

Robert F. Service, Science Magzine.    

Nuevo mineral flexible inspirado por esponjas marinas

Científicos en la universidad de Johannes Gutenberg y el instituto para la investigación en polímeros Max Planck, en Alemania, han creado un nuevo material sintético híbrido con un material 90% flexible. Imitando los elementos estructurales encontrados en la mayoría de esponjas marinas, y recrearon las espículas de las esponjas, utilizando el mineral, carbonato de calcio y una proteína de la esponja. Los minerales naturales usualmente son duros y puntiagudos, pero frágiles como la porcelana. Sorprendentemente las espículas sintéticas son superiores con sus contrapartes naturales, en términos de flexibilidad, y comportamiento como goma. Estas pueden, por ejemplo, deformarse en forma de U fácilmente sin romperse o señales de fracturas.

Esta característica inusual, descrita por los investigadores alemanes en Science, es principalemtne debido a las sustancias orgánicas en el nuevo material híbrido. Es alrededor de diez veces mayor que en espículas naturales.

Video Artificial spicules Natalio et al Science, 2013

Investigadores dirigidos por Wolfgang Tremel, profesor en la universidad de Johannes Gutenberg, utilizó estas espículas de esponja hechas de carbonato de calcio (CaCO3) y "silicatein-alpa". El material sintético fue autoensamblado desde un carbonato de calcio amorfo como intermediario, silicateina y subsecuentemente crecio a la estructura final cristalina. Después de seis meses, las espículas sintéticas consistían en nanocristales de carbonato de calcio.

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Laboratorio bajo la piel

Este pequeño dispositivo puede analizar la sangre y detectar hasta 5 proteínas y ácidos orgánicos, para hacer mediciones de algunos estados básicos de salud. Toma la muestra de la misma sangre que circula a su alrededor, la analiza y envía los resultados a la computadora del doctor, pudiendo ser un “mini laboratorio clínico” permanente.

Las tecnologías médicas que se están desarrollando son cada vez más interesantes. Recientemente, científicos han mostrado un microlaboratorio de 14mm que contiene 5 sensores y es capaz de analizar muestras al instante dentro del cuerpo humano.

Este dispositivo envía los resultados ya listos para ser leídos por el profesional médico, pues sus 5 sensores se encargan de analizar la sangre y evaluarla, sin necesidad de que se requiera un lector para esto.
Sin dudas algunas este pequeño dispositivo será una herramienta para monitorear a esos pacientes que por condiciones crónicas, diabetes o algún otro impedimento, ameritan un monitoreo constante a la vez que no deberían exponerse a que les inserten una aguja para tomar muestras sangre.
Además, el dispositivo, que hasta ahora ha sido probado con resultados igual de confiables que los de laboratorio normal, estará programado para enviar alertas cuando vaya detectando ligeros cambios que indiquen que se aproxima alguna complicación, para que así los doctores puedan actuar de manera preventiva.

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EL ALUMINIO

EL EXTRAÑO COMPORTAMIENTO DEL ALUMINIO

El aluminio es el tercer metal más común de la corteza terrestre. a continuación se dará a conocer la importancia del mismo , también sus propiedades y comportamientos pero más importante se expondrá la vinculación con la nanotecnología y una investigación previa.

"El aluminio, uno de los mejores conductores de electricidad en la naturaleza, podría comportarse como un material cerámico o un semiconductor en ciertas situaciones, según las investigaciones de un científico de la Ohio State University y sus colegas.

El estudio amplía nuestros conocimientos sobre el aluminio a nivel atómico, explica Ju Li. él y sus compañeros, Shigenobu Ogata, de la Osaka University, y Sidney Yip, del MIT, utilizaron ecuaciones de mecánica cuántica para modelar el comportamiento de delgadas capas de átomos de aluminio y cobre bajo una condición especial en la que una capa de átomos se desliza sobre otra.

Este tipo de condición o comportamiento es temido especialmente en los dispositivos electrónicos muy pequeños, donde las grandes fluctuaciones de temperatura hacen que los materiales se expandan y se contraigan. La forma en que los materiales afrontan esta tensión afecta a su vez a la fiabilidad y durabilidad de los dispositivos.

Los científicos conocen bastante bien cómo se deforman los materiales a mayores escalas, pero nadie ha podido medir directamente lo que ocurre en el nivel más fundamental, cuando una capa de aluminio de un átomo de espesor se desliza sobre otra, por ejemplo.

En sus cálculos, Li y sus colegas han descubierto que una capa de cobre se desliza esencialmente de forma horizontal sobre otra situada debajo, tal y como era de esperar, pero que en una capa de aluminio, los átomos no se deslizan sino que avanzan "a saltos". También se han encontrado movimientos relacionados en la capa de átomos inferior, como si estuviesen de alguna forma conectados a los átomos de la capa superior.

Una posible explicación podría ser que los átomos de aluminio tuvieran algún tipo de "enlace direccional" entre ellos, en el cual diferentes átomos comparten grupos de electrones. Este comportamiento se ha visto ya en materiales cerámicos y en semiconductores, como el silicio, pero no en metales altamente maleables como el aluminio.

Durante las pruebas, el aluminio también demostró ser un 32 por ciento más fuerte que el cobre, y ser capaz de soportar más tensiones antes de empezar a ablandarse. Curiosamente, el cobre es tres veces más pesado que el aluminio, y más duro en condiciones normales. Es posible que el aluminio se comporte como los materiales cerámicos en modos que hasta ahora nadie había pensado.

Toda esta información será muy útil en el campo de la nanotecnología, donde se emplean materiales que deben operar a muy equeña escala. Li y sus colegas han empezado a investigar otros elementos, y han visto que el níquel tiene un comportamiento semejante al aluminio, aunque en menor medida".

En conclusión observamos que la nanotecnología podria ser vinculada al aluminio y sus extrañas propiedades.

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/inorganica/ar01_aluminio.php#.UUTfCBxFVPc

Científicos argentinos investigan el almacenamiento de CO2

La concentración en la atmósfera de dióxido de carbono (CO2), uno de los principales gases de efecto invernadero, aumenta la temperatura global del planeta. En su mayoría, las emisiones de este gas provienen de la quema de combustibles fósiles en procesos industriales, domésticos y en transporte. Reducir o estabilizar la concentración de CO2 en la atmósfera es el propósito de varios grupos de científicos radicados a lo largo y ancho del mundo. 

Todavía en etapa experimental y con opiniones a favor y en contra, el secuestro geológico de CO2 permitiría capturar el gas generado en usinas eléctricas y fuentes industriales e inyectarlo en acuíferos salinos profundos. Tradicionalmente la técnica del secuestro geológico reside en el almacenamiento de dióxido de carbono bajo tierra, por lo general en fallas o antiguos yacimientos de gas y petróleo para aislarlo de la atmósfera por largos períodos. 

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) de Naciones Unidas, considera a la captación y el almacenamiento de CO2 como una de las opciones de una cartera de medidas de mitigación, que incluye otras alternativas como la mejora de la eficiencia energética o el desarrollo de fuentes de energía renovables. 

Cómo interactuaría el CO2 en estado gaseoso con el agua que se encuentra en los acuíferos salinos es la pregunta que se hacen los integrantes de un equipo de investigadores interdisciplinario del Instituto de Ciencias de la Universidad y de la Facultad de Ingeniería de la UBA. Para averiguarlo comenzaron por armar una celda hermética, similar a una pecera muy finita de sólo un milímetro de espesor. En la parte inferior pusieron agua -las primeras experiencias se hicieron con agua dulce- y en la parte superior inyectaron el dióxido de carbono en estado gaseoso. 

¿Qué sucedió? “Cuando los dos fluidos comenzaron a interactuar el gas se disolvió en el agua formando en la interfase una solución que es más densa que el agua pura, entonces como esta solución de agua y CO2 es más pesada, tiende a ir para abajo”, explica a Argentina Investiga el físico Claudio El Hasi, del Instituto Ciencias. 

Esta inestabilidad hidrodinámica, cómo se denomina al fenómeno en el mundo de la física, se genera cuando dos fluidos de distintas densidades se juntan, siempre que el más denso se encuentre sobre el menos denso. “Es lo que ocurre con el agua y el aceite. Si depositamos una capa de aceite sobre el agua, flota; pero si ponemos agua sobre el aceite el agua se hunde”, ejemplifica El Hasi. 

Científicos argentinos investigan cómo interactúa el CO2 con el agua que se encuentra en los acuíferos. (Foto: Argentina Investiga)

El nuevo fluido que nació de la interacción entre el agua y el CO2 es más denso y, por consecuencia, tiende a ir hacia abajo. Se crea entonces un chorreado, similar a la forma de los dedos de la mano, que permite ampliar la superficie del contacto y, por lo tanto, acelerar la disolución del gas de efecto invernadero. 

“Se necesita tener el dióxido de carbono secuestrado en algún lado y disolviéndolo en agua nos aseguramos de que tienda a permanecer en ese estado. La idea es tratar de disolver la máxima cantidad de CO2”, resume Anita Zalts, química y coordinadora del Área de Química del Instituto de Ciencias y agrega: “A diferencia de otros casos, aquí la inestabilidad hidrodinámica es deseable porque facilita el proceso de disolución, que es muy lento. En secuestros geológicos este proceso se piensa en cientos de años”. 

Como resultado de las investigaciones, los científicos observaron que el incremento en la presión de inyección del gas facilita su ingreso en la fase acuosa -su disolución en agua-, y aumenta la inestabilidad, es decir que se desarrolla con mayor rapidez. “En ese sentido, este efecto sería bueno para facilitar el secuestro geológico del CO2, al acelerar su disolución en aguas subterráneas”, subraya El Hasi. 

El próximo paso del equipo es realizar la misma experiencia pero en este caso con agua salada, que es la que se encuentra en los acuíferos, y así poder ajustar los resultados a las condiciones complejas existentes en la naturaleza. Además esperan implementar nuevas técnicas para observar las inestabilidades generadas dentro de la celda, que evolucionó en un sistema experimental que incluye una cámara de fotos, una pc y un sistema de llenado/vaciado. Como el agua y el CO2 son fluidos incoloros, para ver las inestabilidades se utilizaron indicadores de color, pero en algunos casos los científicos encontraron que este indicador afectaba el resultado del experimento. 

A lo largo y ancho del mundo hay varios proyectos de almacenamiento de CO2 en funcionamiento, algunos de ellos en Noruega, Canadá, Argelia y EEUU. Según un informe del IPCC, con esta tecnología y dadas las limitaciones técnicas, se podría captar entre el 20% y el 40% de las emisiones mundiales procedentes de combustibles fósiles. 

En relación a los proyectos en marcha, Zalts destaca que también es importante tener normativas y regulaciones adecuadas que acompañen estas nuevas tecnologías. “Se está implementando lo científico, lo académico y lo tecnológico porque los cambios se están produciendo a una velocidad muy grande y el CO2 realmente está aumentando en la atmósfera -enfatiza Zalts-. Pero es importante ser muy cuidadosos para que la tecnología no sea desacreditada. Cada contribución que uno pueda hacer para mejorar, para dar información y para que esto funcione de la mejor manera posible es significativa”. (Fuente: ARGENTINA INVESTIGA/DICYT)

Aliados inesperados ayudan a bacterias para limpiar el uranio del agua subterránea.

De izquerda a derecha: Sam Webb, John Bargar y Juan Lezama-Pacheco

Los investigadores descubrieron que las bacterias no necesariamente van directamente hacia el uranio, como se pensaba a menudo . La bacteria produce sus propios aliados, incluso más pequeño que nanopartículas de  sulfuro de hierro. Entonces, trabajando juntos, las bacterias y las moléculas de sulfuro de hierro de agarre de una forma altamente soluble de uranio conocido como U (VI), o uranio hexavalente, y transformarlos en U (IV), una forma menos soluble que es mucho menos probable que difundir a través de la capa freática. 

Según Bargar, esta asociación recién descubierto puede ser la base de un proceso global geoquímica que forma depósitos de mineral de uranio. Y todo se hace con uno de los tipos más básicos de las reacciones químicas conocidas: " Redox".La fotosíntesis implica reacciones redox, como lo hace la respiración celular. Hierro se oxida para formar óxido; baterías dependen de las reacciones redox para almacenar y liberar energía.

 El estudio, publicado el lunes Proceedings of the National Academy of Sciences, se llevó a cabo en Old Rifle sobre el río Colorado,el cuál está contaminada con uranio y es el foco de los estudios de campo de biorremediación a cargo de un equipo más grande de los científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory y financiado por el Departamento de Energía de la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental. Como parte de su estudio, el equipo de LBNL añadió acetato - esencialmente vinagre - al acuífero de una serie de pozos de inyección para "alimentar a los bichos", como lo expresó Bargar, permitiendo que fluya a lo largo de acetato del acuífero alrededor de los pozos. El equipo de SLAC quería saber qué pasó con el uranio durante la biorremediación. "No quería estudiar uranio sólo en el laboratorio", dijo Bargar. "Queríamos comprender el comportamiento redox de uranio en un ser vivo, acuífero". Vieron un panorama más amplio, que incluye un molecular a escala micrométrica vista de lo ocurrido a los otros elementos del acuífero, como el azufre y el hierro.

 Durante una serie de reacciones redox, los microbios se alimentaron en el acetato, y luego pasar electrones extra de su comida vinagre. Esto libera azufre de los sulfatos. Una mirada más cercana a la tierra, proporcionada por imágenes de microscopía de rayos X tomadas en el Stanford Synchrotron Radiation Lightsource e imágenes de microscopía electrónica registrada por sus colaboradores en el Instituto Suizo Federal de Tecnología en Lausanne, Suiza, reveló que el azufre se combina con el hierro en el suelo para formar nanopartículas de sulfuro de hierro, lo que hizo el trabajo de transformar el uranio. Al mismo tiempo, los polímeros orgánicos producidos por bacterias tomaron el uranio transformado y lo inmovilizaron. El descubrimiento de que las bacterias trabajen juntos para transformar los minerales de uranio fue una sorpresa, dijo Bargar. Dijo que el descubrimiento de que una variedad de procesos de inmovilizar el uranio arroja luz sobre las observaciones anteriores, aparentemente contradictorias, y también explica cómo el proceso puede continuar incluso cuando los insectos comiendo uranio son escasos. Una mejor comprensión de los métodos naturales para la concentración de uranio también podría conducir a métodos más eficientes y amigables con el ambiente para la minería de uranio. Pero como científico, que aprecia la visión que se le ha dado a la capacidad de la naturaleza para realizar múltiples tareas. "En un principio queríamos ver lo que pasó con uranio y cómo podría ayudar la tecnología de biorremediación para tener éxito", dijo. "Pero los resultados son científicamente mucho más profundo que eso." Y puesto que su hipótesis original se centró en bacterias solas, es un poco humillante, demasiado. "Como es habitual en la ciencia", dijo Bargar, "you learn your original ideas were a little naive, but finding out what's really going on is very exciting." 

Fuente, SLAC

Óxido de grafeno para retirar residuos radiactivos del agua

Según una investigación reciente realizada en la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, Rusia, y la Universidad Rice en Houston, Texas, Estados Unidos, el óxido de grafeno resulta muy superior a otros materiales más cotidianos que se usan para retirar sustancias radiactivas del agua.

El equipo de los químicos Stepan Kalmykov en Rusia y James Tour en Estados Unidos determinó que los "copos" microscópicos de óxido de grafeno, del espesor de un átomo, se enlazan rápidamente con los radionucleidos que resultan tanto de la actividad antropogénica como de la radiación natural, condensándolos en estado sólido. Estos copos son solubles en los líquidos y se pueden fabricar con facilidad en grandes cantidades.

El descubrimiento podría ser de gran ayuda para limpiar sitios contaminados como la central nuclear de Fukushima Daiichi, que resultó gravemente dañada por el terremoto y el tsunami del 2011.

Kalmykov y sus colaboradores probaron el óxido de grafeno sintetizado por el grupo de la Universidad Rice con desechos nucleares simulados, que contenían uranio, plutonio y substancias como el sodio y el calcio que pueden afectar negativamente a su adsorción. Aún así, el óxido de grafeno demostró ser mucho mejor que las arcillas de bentonita y el carbón activado granular usados normalmente para la limpieza nuclear.

El óxido de grafeno introducido en las muestras tóxicas simuladas se coaguló en cuestión de minutos, agrupando rápidamente las peores sustancias tóxicas. El proceso funcionó bien en una amplia gama de valores del pH.

El tubo de la izquierda contiene partículas microscópicas de óxido de grafeno en una solución. En el de la derecha, el óxido del grafeno es agregado a los desechos nucleares simulados que rápidamente se concentran de un modo que permite su fácil extracción. (Foto: Anna Yu. Romanchuk / Universidad Estatal Lomonosov de Moscú)

Capturar los radionucleidos no los hace menos radiactivos, sólo los vuelve más fáciles de ser manipulados. Pero esto ofrece muchas ventajas. Se custodia mejor unos pocos bidones de material radiactivo que una inmensa piscina de agua radiactiva.

En sitios donde existen grandes piscinas de material radiactivo, como en la central nuclear de Fukushima Daiichi, sólo hay que agregar óxido de grafeno y se obtiene un material sólido que ocupa un volumen de espacio muchísimo menor.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Anna Yu. Romanchuk, Alexander Slesarev y Dmitry Kosynkin.

GPS Animals.

Ejemplo de una Molécula Triada.

Los pájaros, las tortugas, las salamandras y las langostas, entre otras especies, utilizan el campo magnético del planeta para navegar. Sin embargo no se entiende por completo el mecanismo de como se posicionan en el espacio. Hoy en día se piensa que utilizan químicos magnéticos sensibles a la luz, también llamados “chemical magnetoreception”.

Científicos de la universidad de Arizona y la universidad de Oxford, han logrado sintetizar una molécula la cual, al parecer, puede reaccionar con el campo magnético de la tierra en cantidades muy pequeñas. Devens Gust, químico y bioquímico, y su equipo fueron los primeros en sintetizar algo que es prueba de que existen mecanismos tan pequeños capaces de funcionar con los campos magnéticos chicos del planeta. 

Paul Lidell, asistente investigador que trabajo con Gust, sintetizo una “triad molécule”. Utilizando láseres y posteriormente pulsos de luz que duran mil milloneismas de segundo, se investigan las propiedades de esta molecula. También se le tenia que proteger del campo magnético de la tierra para poder analizarla de una mejor manera. 

Esta molécula esta constituida por tres unidades “carotene-porphyrin-fulleren triad”. Cuando se excita con la luz, forma una carga negativa del lado del fulereno y la carga positiva del lado del caroteno. La duración de estas cagas depende de la magnitud y dirección de los campos magnéticos débiles, similares a los de la tierra. 

Es de gran importancia conocer el sistema de navegación de animales, debido a que el humano utiliza tecnologías que emiten frecuencias y campos magnéticos bajos como las líneas de energía y de comunicación. Algunas investigaciones han mostrado que frecuencias del radio de 0.1-10. MHz y frecuencias constantes de 7Mz provocan la mala orientación de los petirrojos europeos.

"Esto no prueba que los pájaros utilicen este mecanismo, solo que es posible" dijo Gust. Una vez conociéndose los mecanismos de navegación de los animales, se tiene que modificar la manera en que el humano utiliza estas bajas frecuencias para no interferir con la ortienacion de los animales.

Fuentes:

http://esciencenews.com/articles/2008/04/30/international.team.researchers.explain.how.birds.navigate

http://www.tacc.utexas.edu/news/feature-stories/2012/biologically-inspired-energy

Fotografia por David Morris.