Microscopio Mi Alegría

El microscopio de electrones más avanzado del mundo, capaz de ver el espacio entre átomos, fue presentado en Canadá.

El instrumento acaba de ser instalado en el nuevo Centro Canadiense para Microscopía Electrónica de la Universidad de McMaster.
Según sus creadores, el Titán 80-300 Cubed tiene una resolución equivalente a la del telescopio espacial Hubble.
Pero en lugar de ver a las estrellas y los astros, escrutará átomos en la Tierra.
"Somos la primera universidad del mundo que cuenta con un microscopio de este alto calibre" afirmó Gianluigi Botton, director del Centro Canadiense.
"Con este microscopio podremos ahora identificar fácilmente átomos, medir su estado químico e incluso analizar los electrones que los unen", señaló.

Alta sensibilidad

El Titán 80-300 Cubed fue instalado en un cuarto estable especialmente diseñado, capaz de soportar vibraciones ultrabajas, los sonidos más débiles, y fluctuaciones mínimas de temperatura.

Debido a que este microscopio es el último límite de lo que la física nos permite ver -expresó Botton- incluso la respiración cerca del aparato puede afectar los resultados".
El instrumento será operado desde un cuarto separado para asegurar que los resultados son de la mejor calidad.
Los científicos creen que la capacidad del Titán para analizar la estructura de materiales sólidos a nivel atómico tendrá un impacto en el desarrollo de nuevas tecnologías, desde biomedicina hasta energía.
En principio, afirmaron los investigadores, el instrumento podrá examinar a nivel "nano" cientos de productos que usamos en la vida diaria.
El objetivo será entender, manipular y mejorar su eficiencia. Por ejemplo se le podrá usar para producir luz más eficiente y mejores celdas solares.

Investigación de materiales

Se espera que el Titán sirva también para estudiar proteínas y materiales para suministro de fármacos para combatir tumores cancerosos de manera más precisa.
Y también para crear materiales más ligeros y resistentes e instrumentos de almacenamiento de memoria con mayor densidad.
Tal como señalan los expertos, el campo de la microscopía está avanzando a un ritmo acelerado.
Así que quizás no será de extrañar que en los próximos meses veamos la presentación de un aparato más avanzado que éste.
El Titán fue construido en Holanda por la Compañía FEI con un costo de US$15 millones.
Y el proyecto fue financiado por la Fundación Canadiense para la Innovación, el Ministerio de Investigación e Innovación de Ontario, la compañía FEI y la Universidad McMaster.

Fuente: http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_7687000/7687259.stm

Raman vs las caries...

BBC / Reino Unido.- El fin del temido taladro del dentista podría llegar en cinco años, ya que hay una nueva tecnología británica que, de manera preventiva, detecta las caries el momento en que se inician.
Se trata de la espectroscopía de Raman, que es una técnica de alta resolución que —en pocos segundos— puede proporcionar información química y estructural de casi cualquier material o compuesto orgánico o inorgánico, entre ellos los dientes.
El hecho de descubrir las caries en su etapa inicial evitaría al dentista tener que taladrar y empastar la pieza, y al paciente dejar de temer a ese instrumento cuando se le hallen caries.
La caries dental es causada por una infección bacteriana que destruye los tejidos duros del diente. Esta destrucción ocurre debido a la desmineralización en la pieza, que genera la placa bacteriana que se adhieren a los dientes. Crear la cavidad en el diente dañado con el taladro debilita para siempre la pieza, aunque luego se la remineralice.

Cómo se detecta caries
Los investigadores encontraron que los cambios químicos que produce una caries pueden manifestarse en la forma cómo la luz se distribuye cuando un rayo láser es dirigido al diente.
Así se puede identificar los dientes sanos de los que tienen caries, porque la bacteria hace que la luz se distribuya de forma diferente en un diente dañado. Actualmente las caries se descubren ya sea por medio de la revisión visual o con el uso de rayos X.
Pero a menudo, cuando una caries está localizada en una pieza, ya es tarde porque el área dañada debe perforarse. Con la nueva técnica sería posible reparar el diente con un lavado dental especial o una capa de flúor.
La nueva tecnología, que según afirman los científicos en la revista Chemistry & Industry (C&I), podría estar disponible en unos cinco años y está basada en la espectroscopía de Raman.
Este método se utiliza comúnmente para distinguir entre diferentes tipos de sustancias químicas identificando las “huellas digitales” únicas de cada molécula.

El temor al taladro
Uno de los beneficios que este descubrimiento traerá es, según los especialistas, que se elevará el número de población que demande los conocimientos del dentista.
Aunque no se manejan cifras exactas, los científicos están seguros que muchos problemas dentales y bucales se desarrollan porque la gente le teme al taladro dental y prefiere no hacerse una revisión anual de su estado bucal.
El problema mayor no es la perforación dental, que en la mayoría de los casos suele efectuarse con anestesia local, sino el sonido que el taladro emite, mientras el paciente está inmovilizado. A ello se suma una saga de la película de terror “El Dentista”, donde el consultorio del especialista era escenario de múltiples torturas físicas.
Los científicos planean ahora llevar a cabo un estudio más amplio al utilizar más muestras dentales y esperan continuar posteriormente con los ensayos clínicos humanos.

Fuente: news.bbc.co.uk

Rastreo de la transferencia de energía molecular de la fotosíntesis usando espectroscopia electrónica

La investigación la ha llevado a cabo un grupo de expertos del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) y de la Universidad de California en Berkeley.

Graham Fleming, Subdirector del Berkeley Lab, y reputado especialista en estudios espectroscópicos del proceso fotosintético, está convencido de que este nuevo método resultará ser una herramienta revolucionaria para estudiar el flujo de energía en sistemas complejos donde múltiples moléculas interactúan fuertemente. Usando espectroscopia electrónica de dos dimensiones, es posible trazar un mapa del flujo de energía de excitación a través del espacio con resolución espacial del orden de nanómetros, y resolución temporal del orden de femtosegundos.

La espectroscopia electrónica de dos dimensiones implica irradiar secuencialmente una muestra con luz de tres rayos láseres, de 50 femtosegundos de duración, mientras que un cuarto rayo es usado como oscilador local para amplificar las señales espectroscópicas resultantes.

Esta técnica también sería útil en los estudios dirigidos a mejorar la eficiencia de células solares moleculares.

Fleming y sus colegas usaron la espectroscopia electrónica 2-D para registrar la primera medida directa de acoplamientos electrónicos en la proteína fotosintética FMO (Fenna Matthews Olson), un complejo molecular en bacterias verdes del azufre, que absorbe fotones y dirige la energía de excitación hacia un centro de reacción donde puede ser convertida en energía química

La FMO es un sistema modelo para estudiar la transferencia de energía en el proceso fotosintético porque es relativamente simple (consistente en sólo siete moléculas de pigmento) y su química ha sido adecuadamente caracterizada.

A través del proceso fotosintético, las plantas verdes y cianobacterias pueden transferir energía lumínica del Sol y convertirla en energía química con una eficiencia de casi el 100 por ciento. Aprender a emular la técnica de la naturaleza para crear versiones artificiales de la fotosíntesis, permitiría obtener energía solar limpia, eficiente y sostenible.

La naturaleza ha diseñado uno de los sistemas más efectivos para aprovechar la luz, en pasos que se suceden tan deprisa que la energía no se desaprovecha como calor. Sin embargo, los sistemas actuales de energía solar creados por el Hombre, no siguen el modelo de la naturaleza.

Emular la fotosíntesis natural requerirá una mejor comprensión de cómo la energía es transferida desde moléculas de pigmentos que absorben luz, hacia moléculas que forman los centros de reacción que convierten la energía.

Fuente: http://www.solociencia.com/quimica/05051603.htm

Nucleus Independent Chemical Shifts

Los ciclos que presentan ya sea aromaticidad o anti-aromaticidad de cualquier tipo, poseen una propiedad magnética llamada corriente anular. En un sistema cíclico deslocalizado, los electrones no están fijos en un enlace químico y circulan alrededor del anillo, y cuando se aplica un campo magnético externo (B0) perpendicular al plano molecular, se genera un campo magnético inducido (Bind) en la molécula al que se le conoce como corriente anular. Este hecho juega un papel importante en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear de moléculas orgánicas, ya que se observa que los hidrógenos o carbonos que forman parte de un anillo aromático resuenan a campo bajo. La razón detrás de este hecho es que la dirección del Bind es paralela al B0 en la periferia y el exterior del anillo, lo que refuerza el campo aplicado y hace que los núcleos resuenen a frecuencias más bajas. Por el contrario, en el centro del anillo, la dirección de la corriente es antiparalela al B0. Los efectos de esto último se observan en anulenos aromáticos más grandes como el [18]-anuleno que tiene hidrógenos orientados hacia el interior del anillo. El [18]-anuleno es aromático, y su espectro de 1H-RMN consiste de una señal a campo bajo, aproximadamente en δ 9 y otra a campo más alto que el TMS en aproximadamente δ -3. La señal con desplazamiento químico negativo corresponde a los hidrógenos del interior del anillo, y resuenan a frecuencias superiores debido a la protección de la corriente anular que se opone a B0. Los anillos anti-aromáticos también presentan una corriente anular pero en dirección opuesta a la aromática, es decir los protones externos están más protegidos y los internos desprotegidos. Por esto a las corrientes aromáticas se les llama diatrópicas y a las anti-aromáticas se les llama paratrópicas.



Las propiedades magnéticas han sido una parte importante en el estudio de anillos aromáticos, tanto orgánicos como inorgánicos, mientras exista un sistema deslocalizado, la naturaleza de los átomos es secundaria, pero no por ello irrelevante. La RMN se ha convertido en un criterio importante para determinar la aromaticidad de una molécula, pero han surgido otras variantes que han permitido estudiar sistemas inorgánicos. La RMN de 7Li fue un criterio importante para probar la aromaticidad. Se preparaban complejos con Li+ y el anillo como un ligante en coordinación η y se obtenía el espectro de RMN de Li. Como el litio se coordina en el centro del anillo, su desplazamiento químico es negativo si el ligante es aromático y positivo si es anti-aromático. Sin embargo, este método no es una prueba definitiva de aromaticidad ya que la coordinación al átomo de litio inevitablemente altera la función de onda del anillo, lo que implica un cierto grado de error.

En 1996, Paul von Ragué Schleyer y su equipo introdujeron un método para determinar la aromaticidad de una molécula al que nombraron Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS). Este método toma la idea planteada en la RMN de Li, pero en lugar de utilizar un átomo real se ocupa un átomo prueba colocado en un punto preestablecido y se mide el grado de protección absoluto que ejerce la corriente anular en dicho punto, en lugar del desplazamiento químico. Evidentemente se trata de un método computacional y por convención con la espectroscopía de RMN se reporta el negativo del valor calculado, y la posición generalmente es el centro del anillo. De esta forma, los anillos aromáticos presentan valores de NICS negativos, los anti-aromáticos tienen valores positivos y los no aromáticos tienen valores cercanos a cero. Al ser un método teórico, se tomó con mucho escepticismo al principio, pero al relacionarlo con otros índices de aromaticidad como HOMA y ARCS y evidencia experimental, NICS se ha convertido en uno de los criterios más importantes para la determinación de la aromaticidad. Poco a poco, se han hecho mejoras al método de NICS original. Por ejemplo, se ha encontrado que si se calcula el valor de NICS justamente al centro del anillo, la aromaticidad σ influye en el resultado, por eso se empezó a utilizar más el cálculo a 1 Å arriba del plano molecular, al que se le llama NICS (1). También se han combinado otros métodos con NICS para calcular la aromaticidad σ y π exclusivamente, lo que ha sido de gran ayuda en la determinación de la aromaticidad neta en anillos con aromaticidad múltiple. Una de las desventajas de este método es que no se puede calcular la aromaticidad completa de una molécula policíclica, pero se puede calcular un valor de NICS para cada anillo. Modificaciones más recientes han permitido calcular valores más precisos mediante cálculos de las contribuciones dentro y fuera del plano molecular formando una matriz de puntos que dan una idea más general de la aromaticidad o anti-aromaticidad. A pesar de esto, NICS está limitado a anillos planos o un poco torcidos, y cuando se ocupa para calcular la aromaticidad en sistemas esféricos, como fulerenos o boranos superiores, los valores no son consistentes. Para estos últimos casos se han desarrollado nuevos índices y modificaciones al método original de NICS.




Referencias

Nucleus-Independent Chemical Shifts (NICS): Distance Dependence and Revised Criteria for Aromaticity and Antiaromaticity. Amnon Stanger. J. Org. Chem., 2006.

Nucleus-Independent Chemical Shifts: A Simple and Efficient Aromaticity Probe. Paul von Rague´ Schleyer, Christoph Maerker, Alk Dransfeld, Haijun Jiao, and Nicolaas J. R. van Eikema Hommes. J. Am. Chem. Soc. 1996.

Nucleus-Independent Chemical Shifts (NICS) as an Aromaticity Criterion. Zhongfang Chen, Chaitanya S. Wannere, Clmence Corminboeuf, Ralph Puchta, and Paul von Ragu Schleyer. Chem. Rev., 2005.

Avisos cursos QC440 y QC203

Estén pendientes de avisos en el blog y en el portafolios referentes a estos cursos de Primavera 2009. Envíen a mi correo institucional (con copia a mmendezrojas@gmail.com) sus trabajos finales (reportes y presentaciones en Power Point) que teníamos pendientes de presentar esta semana. Los evaluaré de manera personal. También por favor súbanlos al Portafolios (en la medida de lo posible) para que el resto del grupo pueda leerlos y consultarlos. Suban una versión abreviada de sus reportes al blog para que sus compañeros los comenten (cada quien debe hacer un comentario al menos, que forma parte de la evaluación personal de este último trabajo).
Cualquier pendiente, estoy en contacto a través del correo electrónico.
El jueves recibirán por correo electrónico el tercer examen parcial (para casa) de ambos cursos, para ser entregado a mas tardar el viernes antes de las 10:00 de la mañana.
Suerte!

Fuel-Cell Tanks Buck Convention

Mark Anderson 05/16/05

On the road to petroleum independence and greenhouse-gas reduction, the old internal combustion engine will someday need to be scrapped. That will only occur when the alternative -- most likely the hydrogen-powered fuel cell -- is as cheap and convenient to use as the conventional automobile is today.

It's perhaps the toughest challenge in fuel-cell research: designing a safe, lightweight and compact hydrogen fuel tank. Two recent papers, published in the April 22 and May 6 issues of the journal Physical Review Letters, find the most promising hydrogen storage medium is in something called carbon nanostructures.

Just as the semiconductor revolution became possible when wafers of silicon were doped with other elements, the hydrogen revolution could be realized with the help of tiny balls or tubes of carbon decorated with periodic defects in their structure. Those defects are metallic elements that attract hydrogen to the nanostructures like Velcro. In the May 6 paper, the hypothesized fuel tank would be filled with carbon nanotubes coated with the metal titanium. The April 22 paper proposes a structure involving carbon buckyballs and another metal such as scandium.

In both cases, the experience of gassing up the car would be similar to today, although the microscale goings-on would be markedly different. The driver would pump hydrogen gas into a tank of comparable size to automobile gas tanks today. The grid of coated nanotubes or buckyballs inside the tank would then soak up the hydrogen, incorporating the fuel into the structure of the tank itself. When the car was turned on, the engine would suck on the hose connecting to the tank, causing the hydrogen to dislodge from its temporary storage and float into the fuel cell to be converted into electricity and water vapor. (The nanotube tank would also require some extra heating to coax the hydrogen into the engine.)

The upside is that the tank would theoretically hold enough hydrogen to power the car for as much as 300 miles of driving. And the gaseous hydrogen would never be at high enough pressures or concentrations to cause any safety concerns. No Hindenburg issues here.

The downside is that both ideas are only in the most preliminary of phases. Depending on how the actual chemistry, physics and engineering play out, that 300 miles between refueling stops could in reality turn out to be only 150 or 100 miles. And the price of such a car is anybody's guess.

"I'm not absolutely sure that hydrogen will ever be exactly the same as gasoline," said Anne Dillon of the National Renewable Energy Laboratory, one of the co-authors of the buckyball paper. "People might have to relax a little bit and refuel a little more often to save the planet."
Both papers, funded by grants from the Department of Energy, are theoretical and computational simulations. Neither team has made the nanostructures envisioned, although both have now taken their quest to the lab to try fabricating the materials proposed.

"This system is so clean -- it's carbon, hydrogen and a very simple metal," said Taner Yildirim of the National Institute of Standards and Technology, co-author of the nanotubes paper. "So the theory is very powerful."

Dillon, an experimental chemist in a team of theoretical physicists, relishes the challenge ahead. "This is the first time in my career where I've finally thought that this could work," she said.

"It makes physical sense. The physicists believe it, and the chemists believe it. Physicists can predict something, and a chemist can look at it and say, 'No way in hell can I make this.' But this time, I feel like it might be possible."

Regardless of how feasible these latest two proposed nanostructures ultimately prove to be, Mildred Dresselhaus of MIT noted that both teams are pioneering a promising new field that could ultimately enable a hydrogen-fueled future.

"What we have said in the past is that some kind of defect in a nanostructure would be the right way to go," she said, "because both (the defect and the carbon nanostructures) are needed for changing the equation."

Disponible en: http://www.wired.com/science/planetearth/news/2005/05/67512

Las ondas de gravedad generan tornados

Un investigador de la NASA, veterano de los pronósticos del tiempo, ha desarrollado un modelo para investigar la interacción de las ondas de gravedad con las tormentas severas.
Marzo 19, 2008: ¿Sabía que existe un nuevo tipo de alimento para el desayuno que ayuda a los meteorólogos a predecir tormentas severas? En el sur de Estados Unidos lo llaman "GrITs". (N. del T.: En este juego de palabras, la autora se refiere a los "grits": alimento hecho con harina de maíz, un plato típico de esa región.)
GrITs es la sigla en inglés de Gravity wave Interactions with Tornadoes o Interacción de Ondas de Gravedad con Tornados. "Es un modelo por computadora que desarrollé para estudiar cómo interactúan las ondas de gravedad atmosféricas con las tormentas de gran intensidad", dice el investigador en meteorología Tim Coleman, del Centro Nacional de Ciencias Espaciales y Tecnología (National Space Science and Technology Center, en idioma inglés), en Huntsville, Alabama.
Según Coleman, las interacciones entre las ondas y las tormentas son muy importantes. Si una onda de gravedad golpea a una tormenta en rotación, puede ocasionalmente hacerla girar más rápido, convirtiéndola de este modo en un tornado.
¿Qué es una onda de gravedad atmosférica? Coleman lo explica: "Son similares a las olas que vemos en la superficie de los océanos, pero en vez de surcar las aguas, lo hacen en el aire. La gravedad es lo que las impulsa. Si empujamos agua hacia arriba y ésta cae, se generan olas. Lo mismo sucede en el aire".
Coleman dejó su trabajo de anunciador del pronóstico del tiempo en un canal de televisión en Birmingham para dedicarse a su doctorado en ciencias de la atmósfera, en la Universidad de Alabama, en Huntsville. "Me estoy divirtiendo", dice, y su sonrisa y su entusiasmo hacen ver que así es realmente.
"Se pueden ver ondas de gravedad por todos lados", continúa diciendo. "Cuando conducía mi automóvil hacia el trabajo esta mañana, vi algunas ondas en las nubes. A veces incluso pienso en la dinámica de ondas en el agua cuando voy a pescar".
Las ondas de gravedad se originan cuando un impulso perturba la atmósfera. Un impulso puede ser, por ejemplo, un viento cortante, una corriente de aire ascendente o un cambio repentino en la corriente en chorro. Las ondas de gravedad generan olas de aire a partir de estas alteraciones, como las ondas que se propagan al arrojar una piedra en una laguna.
Cuando una onda de gravedad empuja con fuerza sobre una tormenta en rotación, la comprime. Esto, a su vez, hace que la tormenta gire más rápido. Para entender por qué esto es así, Coleman da el ejemplo de una patinadora de hielo que gira con sus brazos extendidos. "Cuando junta los brazos hacia el pecho, comienza a girar más rápido". Lo mismo sucede con las tormentas: cuando las ondas de gravedad las comprimen, giran más rápidamente para conservar el momento angular.
"También hay vientos cortantes en una onda de gravedad y la tormentas pueden tomar ese viento cortante, inclinarlo y usarlo para incrementar su velocidad de giro. Todos estos factores pueden incrementar la rotación de la tormenta, haciéndola más poderosa y más susceptible de generar un tornado".
"Ya hemos visto al menos un caso de un tornado en tierra (en Birmingham, Alabama, el 8 de abril de 1998) que pudo haberse vuelto más intenso al interactuar con una onda de gravedad".
Coleman también indica que las ondas de gravedad en algunas ocasiones se desplazan en grupos y que, con cada onda que pasa, algunas veces el tornado o la tormenta en rotación crecerá e incrementará su intensidad.
Tim y su jefe, el Dr. Kevin Knupp, están comenzando a enseñar a los meteorólogos del Servicio Meteorológico Nacional (National Weather Service, en idioma inglés) y de los canales de televisión a buscar ondas de gravedad en tiempo real y a usar las teorías relacionadas con el modelo GrITs con el propósito de modificar los pronósticos del tiempo en consecuencia.
¿Quién hubiese pensado que los "grits" podrían predecir el mal tiempo? "Solamente nosotros, los meteorólogos de Alabama", ríe Coleman. Aunque hablando seriamente, las Interacciones de las Ondas de Gravedad con los Tornados podrían llegar a ser el próximo gran paso en la predicción de tormentas severas.
Disponible en: http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2008/19mar_grits.htm