Tuesday, May 22, 2012
Saturday, May 05, 2012
APC N°3 MAYO QUINTO AÑO
¿PARA QUÉ SIRVE EL LHC?
El LHC (siglas en inglés de 'Large Hadron Collider') es un gran proyecto de ciencia básica en el que intervienen miles de científicos e ingenieros de cientos de laboratorios y universidades de todo el mundo, como un ejemplo de cooperación pacífica internacional. Su finalidad es explorar y extender la frontera del conocimiento de la física (que deriva del griego physis, naturaleza) haciendo colisionar protones que circulan a velocidades cercanas a la luz en sentidos opuestos a lo largo de un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia, ubicado a 100 metros de profundidad cerca de la ciudad suiza de Ginebra. El conjunto del acelerador por el que circulan los haces de protones está enfriado a 271 grados Celsius bajo cero para conseguir que una intensa corriente eléctrica circule sin apenas resistencia por los imanes superconductores, creando un campo magnético que curva las trayectorias de los protones a lo largo del anillo.
Cuatro grandes experimentos
Investigadores del CERN.
AFP
Son cuatro los grandes experimentos que se llevarán a cabo en el LHC, cubriendo diversos aspectos de la física de altas energías, complementándose y al mismo tiempo asegurando una adecuada comprobación cruzada de los resultados (cross check), fundamental en la ciencia. Además, experimentos programados en otros aceleradores más pequeños (como en las denominadas B factories) y, por supuesto, el extraordinario flujo de información procedente de la física de astropartículas, más los severos condicionantes impuestos por la astrofísica y la cosmología, implican que los resultados del LHC no deben contemplarse aisladamente, sino dentro de una amplia perspectiva de progreso científico y tecnológico.
Sin embargo y pese al importante impacto mediático que ha tenido y tiene el LHC, en parte propiciado por la película 'Ángeles y Demonios' y un desgraciado accidente que tuvo lugar a finales de 2008 como consecuencia de una fuga de helio líquido, existe un gran desconocimiento sobre los objetivos de la investigación por parte del público en general e, incluso, por científicos de otras áreas de conocimiento; y no es de extrañar.
'Existe un gran desconocimiento sobre los objetivos de la investigación por parte del público e, incluso, por científicos'Ciertamente no resulta fácil, por ejemplo, explicar porqué el LHC permitirá conocer los instantes posteriores al 'Big Bang', la gran explosión que se supone creó el universo hace unos 13.700 millones de años, pese a que la energía de cada protón acelerado no supera la energía cinética en vuelo de un mosquito. ¿Podrían dos mosquitos chocando entre sí producir semejante explosión? Sin duda no, pero si concentramos la energía en una pequeñísima región del espacio al colisionar dos protones de frente, entonces la densidad de energía liberada puede en efecto recrear las condiciones del universo primitivo, una minúscula fracción de segundo tras el Big Bang.
Futuras aplicaciones en diversos campos
Así, podrían emerger nuevas 'especies' de partículas muy pesadas hasta ahora desconocidas a partir de una colisión violenta entre protones, desintegrándose rápidamente pero dejando una 'lluvia de partículas ordinarias' que atravesarán los detectores, creando una huella electrónica para un detenido estudio posterior mediante el GRID, un revolucionario sistema de computación que involucra decenas de miles de ordenadores situados en todo el planeta conectados por Internet. El GRID podrá aplicarse en el futuro a campos muy diversos de la ciencia, como meteorología, biomedicina y farmacología, ciencias de la Tierra…
Es posible, sin embargo, que no todas esas nuevas partículas sean inestables, y alguna podría ser el constituyente básico de la materia oscura, descubierta mediante el estudio de la dinámica de galaxias.
'El 'bosón de Higgs' podría ser una nueva revolución científica como la teoría de la relatividad de Einstein en su momento.Lo pequeño y lo grande se presentan como facetas complementarias de un conocimiento común de la naturaleza.
Precisamente conocer la razón por la que las masas de las partículas en la naturaleza son tan diversas es uno de los objetivos básicos del LHC: el descubrimiento del 'bosón de Higgs', último eslabón que falta del paradigma actual de la física de partículas y nuclear. El bosón de Higgs no es partícula de materia (como podría ser el electrón), ni de interacción (como podría ser el fotón); a veces se la ha denominado como la partícula de Dios. Se argumenta que el 'bosón de Higgs' podría ser, de hecho, un portal hacia la llamada Nueva Física, una nueva revolución científica como pudo ser la teoría de la relatividad de Einstein en su momento.
En tal sentido, en el LHC se podrían crear miniagujeros negros en las colisiones entre protones sólo si la gravedad se hace mucho más fuerte que lo esperado a distancias muy cortas, lo cual implica la existencia de dimensiones espaciales extra (más allá de las tres habituales), una fantástica posibilidad de ciertas teorías físicas (como la teoría de cuerdas) que supera cualquier ficción.
¡Para nada es aburrido el LHC!
'No sabemos con certeza qué fascinantes descubrimientos nos aguardan aunque lo sospechamos'Pero tranquilos, tales miniagujeros negros, si se produjeran, han de evaporarse emitiendo partículas ordinarias casi al instante de formarse, como predijo Stephen Hawking. No hay peligro alguno.
Si acelerador, detectores y sistemas de computación del LHC funcionan correctamente en el futuro, como es de esperar, no sabemos con certeza hoy por hoy qué fascinantes descubrimientos y nuevas ideas nos aguardan en esta aventura del saber, aunque lo sospechamos: materia y energía oscuras, miniagujeros negros y dimensiones 'extra' curvadas, supercuerdas...
Tras unos años de funcionamiento del LHC, sin duda sabremos bastante más sobre la naturaleza, y eso nos hará más sabios, es decir más 'personas'. Al fin y al cabo, nuestra especie se denomina Homo Sapiens.
CUESTIONARIO
1. Describa en qué consiste el proyecto del LHC.
2. ¿En el LHC, Cómo se podrían crear miniagujeros negros en las colisiones entre protones?
3. ¿Cúal es uno de los objetivos básicos del LHC, es considerado el último eslabón que falta del paradigma actual de la física de partículas y nuclear?
4. ¿ el GRID es?
5. El impacto mediático que tuvo el LHC fue en parte a la emisión del libro (que luego se proyecto como película) llamado:
6. Busque una pequeña biografía de Stephen Hawking.
El LHC (siglas en inglés de 'Large Hadron Collider') es un gran proyecto de ciencia básica en el que intervienen miles de científicos e ingenieros de cientos de laboratorios y universidades de todo el mundo, como un ejemplo de cooperación pacífica internacional. Su finalidad es explorar y extender la frontera del conocimiento de la física (que deriva del griego physis, naturaleza) haciendo colisionar protones que circulan a velocidades cercanas a la luz en sentidos opuestos a lo largo de un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia, ubicado a 100 metros de profundidad cerca de la ciudad suiza de Ginebra. El conjunto del acelerador por el que circulan los haces de protones está enfriado a 271 grados Celsius bajo cero para conseguir que una intensa corriente eléctrica circule sin apenas resistencia por los imanes superconductores, creando un campo magnético que curva las trayectorias de los protones a lo largo del anillo.
Cuatro grandes experimentos
Investigadores del CERN.
AFP
Son cuatro los grandes experimentos que se llevarán a cabo en el LHC, cubriendo diversos aspectos de la física de altas energías, complementándose y al mismo tiempo asegurando una adecuada comprobación cruzada de los resultados (cross check), fundamental en la ciencia. Además, experimentos programados en otros aceleradores más pequeños (como en las denominadas B factories) y, por supuesto, el extraordinario flujo de información procedente de la física de astropartículas, más los severos condicionantes impuestos por la astrofísica y la cosmología, implican que los resultados del LHC no deben contemplarse aisladamente, sino dentro de una amplia perspectiva de progreso científico y tecnológico.
Sin embargo y pese al importante impacto mediático que ha tenido y tiene el LHC, en parte propiciado por la película 'Ángeles y Demonios' y un desgraciado accidente que tuvo lugar a finales de 2008 como consecuencia de una fuga de helio líquido, existe un gran desconocimiento sobre los objetivos de la investigación por parte del público en general e, incluso, por científicos de otras áreas de conocimiento; y no es de extrañar.
'Existe un gran desconocimiento sobre los objetivos de la investigación por parte del público e, incluso, por científicos'Ciertamente no resulta fácil, por ejemplo, explicar porqué el LHC permitirá conocer los instantes posteriores al 'Big Bang', la gran explosión que se supone creó el universo hace unos 13.700 millones de años, pese a que la energía de cada protón acelerado no supera la energía cinética en vuelo de un mosquito. ¿Podrían dos mosquitos chocando entre sí producir semejante explosión? Sin duda no, pero si concentramos la energía en una pequeñísima región del espacio al colisionar dos protones de frente, entonces la densidad de energía liberada puede en efecto recrear las condiciones del universo primitivo, una minúscula fracción de segundo tras el Big Bang.
Futuras aplicaciones en diversos campos
Así, podrían emerger nuevas 'especies' de partículas muy pesadas hasta ahora desconocidas a partir de una colisión violenta entre protones, desintegrándose rápidamente pero dejando una 'lluvia de partículas ordinarias' que atravesarán los detectores, creando una huella electrónica para un detenido estudio posterior mediante el GRID, un revolucionario sistema de computación que involucra decenas de miles de ordenadores situados en todo el planeta conectados por Internet. El GRID podrá aplicarse en el futuro a campos muy diversos de la ciencia, como meteorología, biomedicina y farmacología, ciencias de la Tierra…
Es posible, sin embargo, que no todas esas nuevas partículas sean inestables, y alguna podría ser el constituyente básico de la materia oscura, descubierta mediante el estudio de la dinámica de galaxias.
'El 'bosón de Higgs' podría ser una nueva revolución científica como la teoría de la relatividad de Einstein en su momento.Lo pequeño y lo grande se presentan como facetas complementarias de un conocimiento común de la naturaleza.
Precisamente conocer la razón por la que las masas de las partículas en la naturaleza son tan diversas es uno de los objetivos básicos del LHC: el descubrimiento del 'bosón de Higgs', último eslabón que falta del paradigma actual de la física de partículas y nuclear. El bosón de Higgs no es partícula de materia (como podría ser el electrón), ni de interacción (como podría ser el fotón); a veces se la ha denominado como la partícula de Dios. Se argumenta que el 'bosón de Higgs' podría ser, de hecho, un portal hacia la llamada Nueva Física, una nueva revolución científica como pudo ser la teoría de la relatividad de Einstein en su momento.
En tal sentido, en el LHC se podrían crear miniagujeros negros en las colisiones entre protones sólo si la gravedad se hace mucho más fuerte que lo esperado a distancias muy cortas, lo cual implica la existencia de dimensiones espaciales extra (más allá de las tres habituales), una fantástica posibilidad de ciertas teorías físicas (como la teoría de cuerdas) que supera cualquier ficción.
¡Para nada es aburrido el LHC!
'No sabemos con certeza qué fascinantes descubrimientos nos aguardan aunque lo sospechamos'Pero tranquilos, tales miniagujeros negros, si se produjeran, han de evaporarse emitiendo partículas ordinarias casi al instante de formarse, como predijo Stephen Hawking. No hay peligro alguno.
Si acelerador, detectores y sistemas de computación del LHC funcionan correctamente en el futuro, como es de esperar, no sabemos con certeza hoy por hoy qué fascinantes descubrimientos y nuevas ideas nos aguardan en esta aventura del saber, aunque lo sospechamos: materia y energía oscuras, miniagujeros negros y dimensiones 'extra' curvadas, supercuerdas...
Tras unos años de funcionamiento del LHC, sin duda sabremos bastante más sobre la naturaleza, y eso nos hará más sabios, es decir más 'personas'. Al fin y al cabo, nuestra especie se denomina Homo Sapiens.
CUESTIONARIO
1. Describa en qué consiste el proyecto del LHC.
2. ¿En el LHC, Cómo se podrían crear miniagujeros negros en las colisiones entre protones?
3. ¿Cúal es uno de los objetivos básicos del LHC, es considerado el último eslabón que falta del paradigma actual de la física de partículas y nuclear?
4. ¿ el GRID es?
5. El impacto mediático que tuvo el LHC fue en parte a la emisión del libro (que luego se proyecto como película) llamado:
6. Busque una pequeña biografía de Stephen Hawking.
APC N° 3 MAYO CUARTO AÑO
LA QUÍMICA EN LA NANOCIENCIA
El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnología, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados. Por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios.
Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.
La nanociencia y sus aplicaciónes (nanotecnología) es un áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (una nanopartícula, NP) en escala nanométrica (orden de escala de centenares de nanometros, nm, 1 nm = 10-9). Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de 1000 productos en el mercado que contienen nanopartículas (NPs), desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocio con un desarrollo muy amplio y unas excelentes perspectivas de futuro.
Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titano, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, etc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología serán en el desarrollo de equipos pequeños para monitorización (ambiental, salud, etc.) o en la fabricación de nanocápsulas para transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo usando materiales magnéticos.
Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (“materiales a medida”, “tailored’). Para alcanzar este objetivo se ha intentando combinar las propiedades de NPs de diversos tipos. Se ha empleado la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas (efecto sinérgico), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.
En el último número de ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) se publica un articulo (Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318) en el que se ha diseñado una estrategia para la obtención de NPs híbridas formadas por la combinación de óxidos de wolframio (WO3) y titanio (TiO2) a través de reacciones de [3+2] de alquinos con azidas (reacción de Huisgen) que ha sido convenientemente actualizada por Sharpless (Premio Nobel de Química en 2001 por el desarrollo de métodos de síntesis asimétrica a través de reacciones de oxidación) como uno de los métodos preferido para realizar la click chemistry; y que ha sido ampliamente usada en múltiples aplicaciones, desde la biomedicina a la ciencia de los materiales.
En esta investigación, los óxidos nanoparticulados (WO3 y TiO2) son modificados con ligandos orgánicos con funcionalidad azida y alquino, respectivamente y se hacen reaccionar por el método desarrollado por Sharpless.
(De Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318)
Los óxidos metálicos nanoparticulados, como el WO3 y el TiO2, son capaces de facilitar la separación y transferencia de carga promovidas por radiación lumínica. Esta propiedad hace que estos materiales sean muy atractivos para producir células fotovoltaicas, adecuados para fabricar paneles solares. Otra aplicación de estos nanomateriales es en fotocatálisis, es decir la aceleración de reacciones químicas por la radiación luminosa.
La posibilidad de mezclar varios tipos de óxidos metálicos nanoparticulados puede proporcionar mejores materiales para lograr estos objetivos. El trabajo descrito en ACS Nano describe la síntesis y caracterización de estos materiales y comprueban mejoras en las propiedades de los materiales híbridos en comparación con las NPs individuales, entre ellas, una eficaz transferencia de carga promovida por la luz y eficiente degradación fotoquímica del colorante azul de metileno.
Aunque las aplicaciones prácticas de esta investigación son evidentes, no hay que olvidar que es aún investigación básica; se están poniendo los cimientos para que en poco tiempo se puedan realizar aplicaciones tecnológicas. Otro aspecto importante de esta investigación es que se han desarrollado materiales con los que se pueden estudiar procesos básicos en ciencias físicas y químicas, como son entender procesos de transferencia electrónica e interacción de la luz con la materia.
CUESTIONARIO
1. ¿CUÁLES SON LOS MATERIALES NANOPARTICULADOS(NP) Y CUALES SON SUS APLICACIONES?
2. ¿LA POSIBILIDAD DE MEZCLAR VARIOS TIPOS DE ÓXIDOS METÁLICOS NANOPARTICULADOS PUEDEN PROPORCIONAR?
3. ¿QUÉ MENCIONA EL ÚLTIMO NÚMERO DE ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) ?
4. ¿CUÁL ES UNO DE LOS OBJETIVOS DE A NANOCIENCIA?
5. LOS MATERIALES NANOPARTICULADOS QUE SE HAN OBTENIDO HASTA AHORA SON DERIVADOS DE:
Friday, May 04, 2012
APC Nª 3 MAYO TERCER AÑO
INVESTIGAN NUEVOS TRATAMIENTOS QUÍMICOS PARA RECICLAR PLÁSTICOS
En la actualidad, los residuos plásticos urbanos se trasladan a una planta de tratamiento donde, aproximadamente, la mitad se recupera para un nuevo uso. De esta fracción que se reutiliza, una parte es tratada mediante reciclado mecánico y la otra se valoriza energéticamente (por ejemplo, a través de la incineración con recuperación de energía). Respecto al reciclado mecánico, consiste en lavar, triturar y fundir estos plásticos para volver a generar material, lo que conlleva una serie de problemas.
Uno de ellos es la necesidad de que la corriente de plástico sea bastante pura, es decir, que no esté contaminada con otras fracciones de plásticos u otros materiales. Otro, es que el ciclo de aprovechamiento del plástico no posibilita que el reciclado mecánico se pueda llevar a cabo indefinidamente, ya que el nuevo producto que se obtiene pierde propiedades.
La principal alternativa al reciclado mecánico es el reciclado químico, un proceso más complejo y costoso pero que permite obtener un plástico prácticamente puro. A través de distintos procesos químicos, es posible romper las cadenas del polímero para volver al monómero inicial o a otras sustancias que pueden aprovecharse para producir nuevo plástico.
En esta línea de investigación trabaja desde hace varios años la División de Medio Ambiente del centro tecnológico Cartif de Valladolid, España, que acaba de concluir un proyecto nacional centrado en el desarrollo, optimización y adaptación de tecnologías de reciclado químico para la conversión de estos residuos en recursos. Bajo el título de Proquipol, en este proyecto del Ministerio de Ciencia e Innovación cofinanciado con fondos Feder, han trabajado, además de Cartif, otros tres centros tecnológicos: Gaiker (País Vasco), Itene (Comunidad Valenciana) y Circe (Aragón).
Como detalla la investigadora de Cartif Lidia Martínez, se han estudiado dos líneas de tratamiento. Por un lado, la solvólisis, que consiste “en atacar al polímero con un disolvente para romper las cadenas poliméricas”; y por otra, los tratamientos térmicos, basados “en la aplicación de calor para deshacer estas cadenas”.
En cuanto a los residuos que se han empleado en la investigación, están los PET, presentes en muchos de los envases de alimentos que utilizamos día a día, como las botellas de agua; las espumas de poliuretano, conocidas coloquialmente como gomaespuma; el polietileno, con el que se hacen las bolsas de supermercado, o los RAE, siglas de residuos de aparatos electrónicos.
Tras someter estos residuos plásticos a los distintos tratamientos químicos y comparar los resultados obtenidos con polímero virgen, los investigadores han constatado que “los rendimientos del proceso rondan el 80 por ciento en casi todos los casos y las purezas, que se determinan mediante la técnica de calorimetría diferencial de barrido, son todas muy altas, cercanas al 95 por ciento”. En cuanto a la viabilidad de una planta de reciclado químico de plástico, el equipo científico ha comprobado que, a partir de unas 8.000 toneladas al año, la planta de tratamiento empieza a ser rentable. (Fuente: Cristina G. Pedraz/DICYT)
En la actualidad, los residuos plásticos urbanos se trasladan a una planta de tratamiento donde, aproximadamente, la mitad se recupera para un nuevo uso. De esta fracción que se reutiliza, una parte es tratada mediante reciclado mecánico y la otra se valoriza energéticamente (por ejemplo, a través de la incineración con recuperación de energía). Respecto al reciclado mecánico, consiste en lavar, triturar y fundir estos plásticos para volver a generar material, lo que conlleva una serie de problemas.
Uno de ellos es la necesidad de que la corriente de plástico sea bastante pura, es decir, que no esté contaminada con otras fracciones de plásticos u otros materiales. Otro, es que el ciclo de aprovechamiento del plástico no posibilita que el reciclado mecánico se pueda llevar a cabo indefinidamente, ya que el nuevo producto que se obtiene pierde propiedades.
La principal alternativa al reciclado mecánico es el reciclado químico, un proceso más complejo y costoso pero que permite obtener un plástico prácticamente puro. A través de distintos procesos químicos, es posible romper las cadenas del polímero para volver al monómero inicial o a otras sustancias que pueden aprovecharse para producir nuevo plástico.
En esta línea de investigación trabaja desde hace varios años la División de Medio Ambiente del centro tecnológico Cartif de Valladolid, España, que acaba de concluir un proyecto nacional centrado en el desarrollo, optimización y adaptación de tecnologías de reciclado químico para la conversión de estos residuos en recursos. Bajo el título de Proquipol, en este proyecto del Ministerio de Ciencia e Innovación cofinanciado con fondos Feder, han trabajado, además de Cartif, otros tres centros tecnológicos: Gaiker (País Vasco), Itene (Comunidad Valenciana) y Circe (Aragón).
Como detalla la investigadora de Cartif Lidia Martínez, se han estudiado dos líneas de tratamiento. Por un lado, la solvólisis, que consiste “en atacar al polímero con un disolvente para romper las cadenas poliméricas”; y por otra, los tratamientos térmicos, basados “en la aplicación de calor para deshacer estas cadenas”.
En cuanto a los residuos que se han empleado en la investigación, están los PET, presentes en muchos de los envases de alimentos que utilizamos día a día, como las botellas de agua; las espumas de poliuretano, conocidas coloquialmente como gomaespuma; el polietileno, con el que se hacen las bolsas de supermercado, o los RAE, siglas de residuos de aparatos electrónicos.
Tras someter estos residuos plásticos a los distintos tratamientos químicos y comparar los resultados obtenidos con polímero virgen, los investigadores han constatado que “los rendimientos del proceso rondan el 80 por ciento en casi todos los casos y las purezas, que se determinan mediante la técnica de calorimetría diferencial de barrido, son todas muy altas, cercanas al 95 por ciento”. En cuanto a la viabilidad de una planta de reciclado químico de plástico, el equipo científico ha comprobado que, a partir de unas 8.000 toneladas al año, la planta de tratamiento empieza a ser rentable. (Fuente: Cristina G. Pedraz/DICYT)
CUESTIONARIO
1. ¿ QUÉ DESTINO Y QUE SUCEDE EN LA ACTUALIDAD CO LOS RESIDUOS PLÁSTICOS?
2. DESCRIBA EN QUE CONSISTE EL TRATAMIENTO MECÁNICO
3. ¿EN QUÉ CONSISTE EL RECICLAJE QUÍMICO?
4. AVERIGUA QUÉ ES EL PET, QUE TIPOS DE ENVASES DE ALIMENTOS SE EMPELAN.
5. EN QUE CONSISTE LA SOLVÓLISIS Y LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
Subscribe to:
Posts (Atom)
