Regalo de Reyes

Y seguimos hablando de libros. Esta semana he terminado de leer Regalo de Reyes, una novela que trata sobre un códice antiguo que contiene un gran secreto sobre la infancia de Jesús, pero con una aproximación crítica, casi paródica en ocasiones. Este es uno de esos raros casos en los que cuando una obra de ficción se mete en explicaciones científicas, lo hace correctamente. Cierto es que la trama no da mucho pie a ello, pero ocurre en dos ocasiones.

Una de ellas es cuando en una clase de secundaria, los alumnos y el profesor se ponen a debatir sobre la famosa Estrella de Belén, a raíz de un programa de televisión (que tiene pinta de ser una referencia a un conocido programa real que no mencionaré aquí). Se detallan de forma sencilla las posibles explicaciones de tal suceso: un cometa, una nova o supernova, o una conjunción planetaria. Se explica también que la cola de un cometa siempre apunta en dirección contraria al Sol, y que desde nuestro punto de vista, las estrellas se mueven pero permanecen fijas entre sí, mientras que los planetas se mueven con respecto a ellas. Además, se razona que debido a la enorme distancia, cualquier fenómeno astronómico se vería exactamente igual desde lugares dispares, por lo que no podría señalar físicamente un lugar concreto en la Tierra, de forma que la localización geográfica debió de ser una interpretación astrológica por parte de los Reyes Magos (que no eran reyes), lo que se aprovecha para explicar por encima la precesión de los equinoccios (algo que expliqué hace tiempo), aunque sin nombrar el término, y a raíz de las eras astrológicas.

Lo único que podría considerarse mala ciencia es la confusión constante de los personajes entre astronomía y astrología, si bien puede justificarse teniendo en cuenta que los personajes son estudiantes de secundaria, con las ideas poco claras (aunque el profesor podría haber mencionado algo al respecto).

La otra es cuando en una excavación, un arqueólogo le explica a otro la radiodatación mediante carbono-14. Lo hace de una forma correcta y muy didáctica: Comienza explicando qué son los isótopos, para luego pasar a la desintegración de los que son radiactivos. Luego habla de los tres isótopos del carbono, de la proporción constante en los seres vivos de carbono-14, y de su paulatina desaparición a la muerte del ser, para concluir que midiendo la cantidad de carbono-14 restante, se puede calcular cuando murió. Menciona también que con restos de más de 50.000 años, la cantidad de carbono-14 es tan pequeña que no se puede medir con las técnicas de la época (esta escena transcurre durante el franquismo). Además, se indica algo bastante evidente, pero ignorado en muchas películas: este sistema de datación sólo funciona con restos orgánicos (no sirve, por ejemplo, con lingotes de oro) , y lo que nos permite averiguar es cuándo murió el ser vivo. Así, se alegran de haber tenido la suerte de encontrar un resto de madera, ya que con ladrillos, monedas o vasijas, no se puede aplicar esta técnica.

Ciertamente una agradable sorpresa, sobre todo en la parte de astronomía, que como sabéis, me encanta.

El hombre de acero: Elementos alienígenas

Hoy voy a hablar de la reciente actualización de Superman: la película El hombre de acero. Como ya sabéis los que conocéis este sitio, no voy a hablar de si son posibles los poderes de un kryptoniano. No. Una de las cosas que me ha llamado la atención de esta peli, lo suficiente para comentarla aquí, es algo más sencillo.

Sin revelar la trama (aunque lo más básico es conocido por todo el mundo), una expedición científica encuentra una nave alienígena (kryptoniana, por supuesto) el el Ártico. Uno de los personajes dice que el material de la nave contiene un elemento que no existe en la tabla periódica, lo que revela su origen extraterrestre.

Bueno, vamos a repasar algunos conceptos básicos de la química del colegio. La tabla periódica recoge todos los elementos químicos conocidos, ordenados por su número atómico. Este número atómico, corresponde con el número de protones del núcleo, e identifica un elemento químico. Cuando Dmitri Mendeléyev elaboró la primera tabla periódica, existían huecos que correspondían a elementos químicos aún no descubiertos. Con el paso del tiempo, el descubrimiento de nuevos elementos ha rellenado esos huecos, e incluso se ha ampliado con elementos sintetizados, no presentes en la naturaleza. A día de hoy, la tabla tiene 118 elementos, sin huecos, siendo el último elemento el ununoctio (Uuo).

Así que un elemento nuevo, necesariamente tiene que tener un número atómico mayor. Como ya comenté hace tiempo, los elementos por encima de los transactínidos (con número atómico mayor que 103) son inestables y de vida media muy corta. Cierto que podría existir una isla de estabilidad de elementos superpesados, pero lo que esperan los científicos es que esos elementos sean más estables que sus compañeros, y no se desintegren en cuestión de segundos. Es decir, sería un elemento radiactivo, con una vida media más larga, pero igualmente inestable, de forma que con el tiempo iría desapareciendo. No digamos tras miles de años, que es lo que se supone que lleva la nave kryptoniana en el Ártico.

Pero lo que más me llama la atención es esa tendencia a asociar lo alienígena a "elementos fuera de la tabla periódica". La tabla periódica no es un compendio de elementos terrestres, sino de elementos a secas. De hecho, varios de ellos (la mayoría de los transuránidos) no existen de forma natural en nuestro planeta, y han sido creados por el hombre. En realidad, el descubrir un elemento nuevo en una estructura artificial, lo que indicaría es que alguien ha descubierto la isla de estabilidad, y ha sintetizado un elemento nuevo en cantidad suficiente. Podría ser tanto una civilización alienígena como un laboratorio secreto.

También es curioso que cuando la trama necesita algún tipo de material novedoso o con propiedades extrañas, siempre se recurre a un elemento nuevo. En realidad, los avances en materiales se producen normalmente por la nueva combinación de elementos ya conocidos, no por el descubrimiento de elementos nuevos (que de momento, son bastante póco útiles debido a su corta vida). Tenemos por ejemplo el kevlar, conocido por su uso en chalecos antibalas, o al teflón, que a todos os sonará de las sartenes. Ambos materiales son polímeros, esto es, compuestos orgánicos. Los elementos que los componen son viejos conocidos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fluor. Lo que da al material sus deseadas características es la disposición de los elementos, no la presencia de elementos exóticos.

Y también podríamos jugar con aleaciones o cerámicas. En ese aspecto, el irrompible adamantium de los cómics Marvel es una aleación, no un elemento nuevo, lo que lo hace un poco más verosimil (hasta que hay que explicar como meterlo en los huesos de Lobezno). Una honrosa excepción en el tópico de «los materiales con propiedades extraordinarias, son elementos químicos desconocidos».

La jungla 4.0: Explosiones de gas

Hoy voy a revisitar la película «La jungla 4.0». Ya en el anterior post, uno de vosotros mencionaba la explosión de la central de gas. Vamos a recordar cómo ocurre: Los protas están en una central eléctrica de gas, donde John McLane ha hecho lo que mejor sabe hacer. Como venganza, el malo maloso desvía una gran cantidad de gas de la red nacional, hacia esa central en concreto. El gas comienza a explotar en enormes llamaradas, dentro del gasoducto, a kilómetros de distancia, y los protas ven cómo una amenazadora secuencia de explosiones de fuego se acerca hacia donde están. Por supuesto, escapan justo a tiempo, antes de que la central vuele por los aires.

El EEUU se utiliza gas natural en las centrales térmicas de gas, que es una mezcla de hidrocarburos gaseosos (la mezcla exacta depende de dónde se extraiga). Como cualquier combustible, para que se produzca su combustión, son necesarias dos cosas imprescindibles: oxígeno y una ignición inicial.

Como podéis imaginar, por un gasoducto sólo circula el gas que se desea transportar y distribuir, sin aire. De lo contrario, no estaríamos aprovechando completamente la capacidad de dicho canal. Además, permitir una mezcla de gas combustible y aire en el interior del conducto, es inherentemente inseguro. Por tanto, el gas no puede arder ahí dentro.

Además tenemos el problema de la ignición. Para todo material combustible, independientemente de su naturaleza, existe una temperatura a partir de la cual se inicia la combustión, y además genera el suficiente calor para que ésta se mantenga por sí sola (no sabría decir si es el punto de ignición o el punto de autoinflamación). Esto es lo que ocurre cuando encendemos un fogón de gas, bien acercando una llama, bien mediante una chispa (pues en la descarga, aunque de forma muy localizada, se alcanza momentáneamente una temperatura muy alta).

Esta temperatura depende entre otras cosas de la presión, y si bien uno podría razonar que tal vez la presión dentro del gasoducto fuera la justa para que se iniciara la combustión a temperatura ambiente, lo cierto es que el gas natural puede ser comprimido hasta ocupar un 1% del volumen que ocupa a una atmósfera de presión (como ocurre en las bombonas que usan algunos vehículos), y no arde espontáneamente. Por tanto, si descartamos la posibilidad de una autoinflamación, ¿cómo comienza la combustión? ¿Cómo se produce la primera llama o chispa dentro del gasoducto?

Así que tenemos un gas combustible en un conducto donde no hay oxígeno, y sin una fuente de ignición. En esas condiciones, simplemente no puede arder ni explotar. Lo único que se conseguiría al desviar todo el gas de una red a una central (y no sé siquiera si es posible hacerlo de forma remota, sin manipular controles manuales; ¿hay algún experto en distribución de gas en la sala?) sería aumentar la presión hasta que tal vez, se produzca una ruptura en algún sitio, provocando una fuga, algo que sería peligroso, sin duda. Pero no explotaría dentro del gasoducto, así por las buenas.

Stargate Universe: Depuradores de CO2

Hace unos días, empecé a ver la serie Stargate Universe, la tercera de la franquicia Stargate (no, no cuento a Stargate: Infinity). La premisa de la serie es sencilla: un grupo variopinto de militares y civiles, se ve obligado a cruzar el stargate y acaba en una nave fabricada por los antiguos, a miles de millones de años luz de la Tierra. No tienen forma de volver a la Tierra, y además, la nave tiene algunos millones de años de antigüedad, por lo que no funciona tan bien como debería, lo que es fuente de problemas. Me ha sorprendido su estilo oscuro y realista, más parecido al de la nueva versión de Galactica que a las otras series Stargate. Y me ha sorprendido gratamente por sus ocasionales dosis de buena ciencia.

En el episodio piloto (un episodio triple), uno de los problemas que encuentran los protagonistas es el soporte vital. Por un lado, la nave pierde aire, cosa que resuelven. Pero por otro, los filtros de dióxido de carbono habían dejado de funcionar. Estos filtros tienen dentro una sustancia que realiza la función de filtrado de CO₂ (no me queda claro si sólo lo extrae del aire o lo recicla en oxígeno) que está «gastada» y deben sustituirla. Para encontrar el material adecuado, viajan por el stargate a un planeta desértico.

Creo que todo el mundo sabe que necesitamos oxígeno para respirar, y que en cualquier tipo de nave espacial, necesitamos un suministro constante. Pero lo que la mayoría de la gente olvida es que durante la respiración expulsamos CO₂, y este gas debe ser retirado, ya que si su concentración en el aire es demasiado elevada, nos intoxicaremos, pudiendo llegar a perder el conocimiento y morir. En todo entorno estanco que requiera un suministro de oxígeno, como un vehículo espacial o un submarino, es también necesario un mecanismo para la extracción del CO₂. Si habéis visto la película Apolo 13, recordaréis que uno de los problemas era que el módulo lunar no tenía capacidad suficiente para filtrar el CO₂ de tres personas durante tanto tiempo, y tuvieron que adaptar alguno de los filtros del módulo de mando.

Hay varios tipos de filtros, pero todos ellos tienen una cosa en común: «atrapan» el CO₂ en su interior, hasta que se «llenan», momento en el cual ya no se pueden seguir usando. Dependiendo del tipo, algunos se pueden reciclar en el propio vehículo, y otros simplementes se desechan.

Como ejemplo de los filtros que se desechan tenemos los basados en hidróxido de litio (LiOH), que son los que se utilizaron en las misiones Apolo y en los transbordadores espaciales. El LiOH reacciona químicamente con el CO₂, produciendo como resultado carbonato de litio (Li₂CO₃) y agua. Como veis, el LiOH va desapareciendo, y una vez lo hemos agotado, más nos vale conseguir más, o estar de vuelta en nuestra atmósfera.

Como ejemplo de filtros que se pueden renovar, tenemos los basados en zeolita, que son los que usan principalmente en la Estación Espacial Internacional (tiene otros tipos de filtros, pero sólo como respaldo). La zeolita es un mineral que tiene la capacidad de adsorber el CO₂. Sí, sí, lo he escrito bien: adsorber, con «d». La adsorción es un proceso mediante el cual, las moléculas de un fluido quedan «pegadas» a la superficie de otro material (sólido y poroso). En el caso que nos ocupa, las moléculas de CO₂ quedan atrapadas en la zeolita. En este tipo de adsorción, no hay reacciones químicas, por lo que aunque la zeolita se sature de CO₂, sigue siendo zeolita. Esto permite que el mineral se pueda «limpiar» y volver a utilizar. Para ello, la zeolita se calienta y se expone al vacío, perdiendo el CO₂ retenido, y quedando lista para usar otra vez.

En Stargate Universe, no se nos dice claramente como funcionan los filtros de CO₂ de la nave, pero dado que necesitan buscar una sustancia concreta (no queda claro el qué, ya que aunque se menciona el yeso, parece darse a entender que es sólo un indicador), es razonable suponer que son del tipo desechable. Un detalle que me encantó, ya que la mayoría de historias estilo "tenemos-problemas-con-el-soporte-vital", se suelen centrar en la ausencia de oxígeno, obviando la acumulación de CO₂.

Los globos de helio NO pueden arder, ni siquiera en Armenia

Por diversas cuestiones de índole personal, tenía el blog un poco aparcado. Pero una noticia reciente me ha hecho volver. No podía ser de otra manera. Según me entero por Mapaprensa, y por un mail de uno de vosotros, en un evento electoral en Armenia, unos globos de helio explotan en llamaradas, provocando 140 heridos. Pero hay un pequeño problema con esta noticia. El helio no es inflamable.

En nuestra infancia, el profesor de química nos enseñó que entre los muchos elementos químicos que existen, hay un grupo al que se denomina «gases nobles». Corresponden al grupo 18 de la tabla periódica (VIIIB si sois de mi quinta), esto es, la columna de más a la derecha. Estos elementos tienen una característica común muy interesante: son inertes, esto es, su reactividad es muy baja, o dicho de forma mucho más sencilla, es difícil que formen parte de una reacción química. Eso quiere decir que no pueden formar parte de una combustión, por ejemplo.

El motivo de su baja reactividad también nos lo explicaron en el cole. Los átomos están formados por un núcleo y varias capas de electrones. Sólo la última capa de electrones es relevante en los enlaces químicos, y por tanto, afecta a la reactividad del elemento. Es la llamada capa de valencia. La distribución de las capas de electrones puede ser algo complejo, pero en el colegio nos lo simplificaban de la siguiente forma: para que la capa de valencia esté completa se necesitan 8 electrones, excepto en el caso de sea la única capa (hidrógeno y helio) que se completa con 2. Esta simplificación es suficiente para entender el siguiente paso: un átomo tiene a combinarse con otro para completar su capa.

Veamos un ejemplo (que también se enseña en el colegio). El hidrógeno tiene sólo un electrón, y necesita otro para que su capa de valencia tenga dos. El oxígeno, por otro lado, tiene 6 electrones en su capa de valencia, y necesita 2 para completarla. Por tanto, un átomo de el oxígeno reaccionará fácilmente con dos de hidrógeno, formando una molécula, para compartir electrones de la capa de valencia. El átomo de oxígeno comparte un electrón con cada átomo de hidrógeno, y estos a su vez comparten su único electrón con el oxígeno. Así, con 4 electrones compartidos en total, la capa de valencia del átomo de oxígeno tiene 8 electrones, y la de cada átomo de hidrógeno tiene 2, formando un compuesto estable por todos conocido: H₂O (agua).

Pero resulta que los gases nobles ya tienen su capa de valencia completa. El helio tiene 2 electrones (sólo tiene una capa), y el resto tienen 8 electrones en dicha capa. No «necesitan» combinarse con nadie (los nobles no se mezclan con la plebe). Es por ello que son inertes (aunque si «forzamos» las condiciones, podrían reaccionar y formar un compuesto; pero no es el caso). Además, el helio concretamente, es de los más inertes de su selecto grupo. El helio no es inflamable. No arde. Es químicamente imposible.

¿Y esas llamaradas que se ven en el vídeo? Bueno, pues es evidente que los globos no estaban hinchados con helio. Para que un globo flote, y no caiga por su propio peso, debe estar inflado con un gas menos denso que el aire, de forma que el globo y el gas de su interior, pese menos que el mismo volumen de aire. Hay dos gases que cumplen con este requisito: el helio y el hidrógeno. El helio, al ser inerte, es una elección perfecta, ya que es seguro utilizarlo. Sólo tiene un pequeño inconveniente: es caro. El hidrógeno es más barato, pero tiene un inconveniente aún mayor: es altamente inflamable, lo que lo convierte en una elección peligrosa. De hecho, el trágico accidente del Hindenburg, del que se cumplió su 75º aniversario el pasado domingo 6 de mayo, fue causado en parte por el hidrógeno de su interior. Irónicamente, el diseño inicial contemplaba el uso de helio, pero lo alemanes no podían disponer de él a causa un embargo.

Si las llamaradas del accidente en Armenia fueron causadas por los globos, entonces éstos no estaban rellenos de helio. Parece razonable suponer que se usó hidrógeno en su lugar, lo que explicaría las llamas, y daría una mejor noticia a un buen periodista que quisiera aprovecharla.

Fringe: Atravesando la materia sólida

Hoy le toca otra vez a Fringe. Hay que decir que la mala ciencia no es tan brutal como en otros episodios que he visto, pero creo que es especialmente interesante ya que se trata de algo cuya explicación en la ficción parece plausible, y habrá gente a la que si le preguntaran, no sabría decir por qué no es posible lo que vemos en la serie.

Bueno, en el episodio en cuestión, unos tipos utilizan un aparato extraño (cuya fabricación es objeto de la trama de otro episodio anterior) que hace que la materia sólida pueda ser atravesada. Así, los malos lo utilizan para atravesar las paredes de las cámaras de seguridad de varios bancos, y robar unos artefactos. El científico loco protagonista, Walter Bishop (me encanta este personaje), lo explica recordando que la materia sólida no es tan sólida en realidad: está formada por átomos, entre los que hay espacio. El aparato hace vibrar la materia, de forma que los átomos de un cuerpo sólido puedan pasar entre los del otro cuerpo. Hace una analogía con un soldadito de jugete que se hunde en un vaso relleno de arroz crudo.

Todos sabemos que la materia está constituida por átomos. Y supongo que varios habréis leído que el espacio entre átomos en relativamente grande comparado con el tamaño del propio átomo. Además, el átomo está formado a su vez por partículas. El espacio que hay entre el núcleo atómico y los electrones, es también bastante considerable (comparado con el tamaño del núcleo, claro). La materia, ciertamente, es en su mayor parte espacio vacío. Así que cabe preguntarse ¿por qué entonces parece tan sólida (en el caso de cuerpos en estado sólido claro)? Es obvio que por mucho que empujemos contra una pared, no vamos a conseguir que nuestros átomos pasen entre los de la pared. Vemos y tocamos objetos que no parecen huecos en absoluto. De hecho, en el colegio nos enseñaron el concepto de la impenetrabilidad de los cuerpos (mente limpia, por favor), que nos dice que dos objetos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. ¿Por qué?

La respuesta corta es: por la fuerza electromagnética.

La respuesta larga es realmente larga, y requiere adentrarnos en la propia naturaleza de la materia. Así que voy a intentar simplificar bastante.

Como sabéis, el núcleo de un átomo está formado por protones, que son particulas con carga eléctrica positiva, y neutrones, que son partículas sin carga eléctrica. Alrededor del núcleo (y relativamente lejos) tenemos a los electrones, que son partículas con carga eléctrica negativa. Como electrones y protones tienen distinto signo, se atraen, de forma que los electrones permanecen alrededor del núcleo, sin «escaparse».

La carga eléctrica de un protón tiene la misma magnitud que la de un electrón (pero de distinto signo, no lo olvidemos), y un átomo tiene tantos protones como electrones, por lo que «visto desde lejos», un átomo es eléctricamente neutro. Pero la «corteza» de todo átomo está formada por partículas con carga del mismo signo, por lo que los átomos no pueden acercarse entre sí tanto como queramos. Si los acercamos mucho, para intentar que se atraviesen mutuamente, llega un momento en el que la fuerza electromagnética de repulsión entre los electrones más externos de cada átomo, nos lo impide. Así que ya tenemos una barrera. Además, aunque superáramos esa repulsión, los propios núcleos atómicos se repelerían también al acercarse, al tener todos el mismo signo. Así que no podemos «entremezclar» dos átomos, así por las buenas.

En las clases de química del colegio nos enseñaron que los electrones de un átomo se distribuían en capas. Además, nos enseñaron también que la última capa suele estar «incompleta» (salvo en el caso de los gases nobles), de forma que los átomos tienden a unirse y formar moléculas o estructuras mayores, compartiendo sus electrones más externos para «completar» esa capa. Así, por un lado, aprendimos el concepto de electronegatividad, que nos indica cómo tiene un átomo de «sujetos» a sus electrones. Un átomo con baja electronegatividad, pierde fácilmente sus electrones más externos, y un átomo con alta electronegatividad, «roba» con facilidad los electrones de su vecino. Por otro lado, en el cole estudiamos el concepto de valencia (que levante la mano el que hiciera un chiste fácil, en clase), y aprendimos que había tres tipos de enlaces: metálico, covalente e iónico.

Un enlace iónico se produce entre átomos de electronegatividad muy diferente. Los electrones de la capa más externa «saltan» del átomo de menos electronegatividad al de más. Al hacerlo, ambos átomos se convierten en iones: uno con más electrones de la cuenta, y otro con menos. Como ya no son eléctricamente neutros, y tienen cargas opuestas, se atraen.

Un enlace metálico se produce entre átomos de baja electronegatividad. Los electrones de la capa más externa «se escapan» y quedan por ahí sueltos. Los átomos quedan cargados positivamente, y los electrones forman una nube que mantiene esos átomos unidos (nuevamente, por atracción eléctrica, al ser los átomos y la nube de distinto signo).

Finalmente, el enlace covalente es un poco más difícil de explicar en estos términos tan sencillos. Los átomos se unen para compartir electrones de su capa externa. Podemos pensar que estos electrones compartidos hacen un papel similar al de la nube de electrones del enlace metálico: están entre los átomos de la molécula, y los atraen, al quedar «un poco cargados positivamente» (pido perdón a químicos y físicos por la excesiva simplificación).

Las moléculas a su vez se mantienen unidas, también debido a la interacción electromagnética. Hace tiempo expliqué el caso particular del puente de hidrógeno en el agua, que es bastante sencillo de entender. Básicamente, ocurre cuando una molécula está formada por hidrógeno y átomos más electronegativos que él. Éstos átomos más electronegativos, al atraer más los electrones compartidos que los de hidrógeno, hacen que la carga eléctrica de la molécula, aunque sea globalmente neutra, se reparta de forma desigual en la misma, teniendo así zonas donde hay más carga eléctrica negativa (los átomos más electronegativos), y zonas donde hay más carga poritiva (los átomos de hidrógeno). Esto hace que las moléculas se atraigan por los «lados» de cargas opuestas, y se mantengan juntas.

Este tipo de enlace no es el único, pero el resto de fuerzas intermoleculares tiene un origen similar: atracción eléctromagnética entre las mismas, al no estar los electrones uniformemente distribuidos, y crear zonas con acumulación de cargas negativas y zonas con acumulación de cargas positivas.

Cuando decimos que los átomos y moléculas están «unidos», en realidad queremos decir que están muy cerca uno del otro, y tienden a quedarse así. Las fuerzas electromagnéticas de los enlaces atraen los átomos, pero recordad que al principio expliqué que los átomos se repelen también si se acercan demasiado. Así que los átomos enlazados están «juntos pero no revueltos», manteniendo un equilibrio entre la atracción y repulsión. Esta situación de equilibrio es similar a la de un muelle: si lo estiras, aparecerá una fuerza que tenderá a comprimirlo nuevamente; y si lo comprimes, aparecerá otra fuerza que tenderá a estirarlo. En ambos casos, las fuerzas que aparecen tienden a devolverlo a esa posición de equilibrio.

Así que la materia se mantiene unida por la interacción electromagnética. Cuando empujamos contra una pared, nuestras manos no se hunden porque las fuerzas electromagnéticas mantienen los átomos en su sitio, impidiendo que los de nuestras manos pasen entre los «huecos» de la pared. Si aplicamos suficiente fuerza, terminaremos rompiendo los enlaces entre moléculas, que se traduce en una ruptura física del cuerpo en cuestión. Es lo que ocurre cuando rasgamos una hoja de papel, o derribamos un tabique, por ejemplo. Pero claro, eso no tiene nada que ver con lo que vemos en la serie.

Iron Man 2: Elementos químicos

Hace unos días ví la película Iron Man 2 (sí, atrás quedó el tiempo en el que podía ir a los estrenos; ahora tengo que esperar a que salgan en DVD). Como suele ser habitual cuando comento películas, series o cómics de superhéroes, no voy a meterme en la naturaleza misma del superhéroe en sí, sino en algún otro detalle. Como sabéis, Iron Man es Tony Stark, un genio multimillonario que construyó una armadura de combate que le proporciona fuerza, y lanza rayos repulsores con diversos usos (como volar o destrozar cosas). En la versión de la película, tiene incrustado en el pecho una especie de reactor nuclear que funciona con paladio. El reactor le mantiene vivo y proporciona energía a la armadura (todo eso se cuenta en la primera peli, obviamente).

Una de las tramas de la película es el envenenamiento por paladio que sufre poco a poco Tony Stark, al tener el cacharro ese en el pecho. Cerca del final de la película, descubre que su padre (fallecido hace tiempo) le había dejado oculto una especie de «plano» del átomo de un nuevo elemento químico. Estudiando dicho plano, deduce que ese nuevo elemento le permitirá alimentar el reactor de su pecho, sin envenenar su sangre. Así que se monta un acelerador de partículas casero, sintetiza el nuevo elemento, se lo mete en el reactor, y sale a combatir al supervillano de turno.

Lo primero que llama la atención es que se hace énfasis en el «plano» (camuflado como maqueta, pero a la vista) y en la «configuración» del átomo. Parece darse a entender que lo que hace único a ese elemento es la disposición espacial de neutrones y protones. Pero un elemento químico está determinado únicamente por el número de protones de su núcleo, y un isótopo de un elemento por el número de neutrones. No importa cómo estén colocados. Es más, ni siquiera podemos saber cómo están colocados, debido al conocido Principio de Indeterminación de Heisenberg. Lo más que podemos saber es cómo se distribuyen en capas los electrones que rodean al núcleo. Pero un elemento tiene siempre la misma distribución de electrones por capas. Es decir, todos los átomos de un elemento concreto, tendrán sus electrones distribuidos de igual forma.

Las cosas se ven mejor con ejemplo, así que vamos a mirar cómo es el carbono, concretamente el carbono-12, que es el más abundante en la naturaleza. El carbono-12 tiene un núcleo con 6 protones y 6 neutrones, rodeado por 6 electrones distribuidos en 2 capas, de forma que hay 2 electrones en la capa más «interna», y 4 en la más «externa». Esta última capa se divide a su vez en dos subcapas, de forma que cada una tiene 2 de los 4 electrones. Las propiedades químicas del átomo de carbono-12 vienen dadas sobre todo por la distribución de electrones, que es siempre la misma en todos los átomos de carbono-12 del universo. Esa distribución es así, por el hecho de que hay 6 electrones. Y el átomo tiene 6 electrones, porque el núcleo tiene 6 protones. Es decir, no hay forma de que los electrones se distribuyan de otra manera. Sabiendo que hay 6, ya sabemos cómo se distribuyen. Si, por ejemplo, estudiamos un átomo de carbono-14, veremos que pese a que tiene 2 neutrones más que su «primo» (siendo radiactivo), al tener el mismo número de electrones (y protones), su distribución por capas es la misma.

Resumiendo un poco, un isótopo concreto de un elemento químico determinado, está perfectamente definido por en número de protones y neutrones de su núcleo. No es necesaria más información, ni un plano de su disposición espacial. Basta con dos numeritos, llamados número atómico (que nos indica el número de protones) y número másico (que nos indica el número de protones y neutrones).

Un detalle curioso es el hecho de que Tony Stark deduce las propiedades del nuevo elemento, contemplando su diagrama. Ciertamente, las propiedades de todo elemento dependen de cómo es el átomo. El número de neutrones y protones determina la estabilidad del mismo (si es radiactivo o no). La disposición de sus electrones determinan sus propiedades químicas, como la forma en la que se enlaza con otros átomos. Y eso a su vez determina características más macroscópicas, como la dureza, la densidad, el color, etc. Pero de momento no hay ninguna regla que nos permita saber la mayoría de propiedades de un elemento a partir de sus números atómico y másico. Si miráis en la Wikipedia algún elemento sintético del que sólo se hayan producido cantidades microscópicas y efímeras, como el rutherfordio o el dubnio, veréis que indica que se desconocen cosas tan básicas como su apariencia o su estado a temperatura ambiente, y sólo se habla de posibilidades. Pero Tony Stark deduce en unos segundos las propiedades de un elemento nuevo mirando cómo es el átomo.

Bueno, hay una propiedad que sí se puede deducir fácilmente del elemento nuevo, y es que sería radiactivo, y con un periodo de semidesintegración muy corto. Y es que cualquier elemento químico nuevo debe ser necesariamente un elemento transactínido, esto es, un elemento que esté más allá de los actínidos en la tabla periódica. Si recordáis la química del colegio, la tabla periódica ordena todos los elementos según su número atómico (el número de protones de su núcleo, recordad). Y resulta que no hay ningún hueco hasta el último elemento conocido a día de hoy, el ununoctio (número atómico 118). Por tanto, el elemento nuevo sintetizado por Tony Stark debe tener un número atómico mayor. Y un elemento así sería inestable, con una vida muy corta, al igual que los demás transactínidos. El motivo es que con núcleos tan grandes, la interacción nuclear fuerte que mantiene unidos los protones y neutrones, deja de ser tan efectiva, y la probabilidad de que la repulsión electromagnética entre protones rompa el núcleo, es muy alta (explicación simplificada, que recordaréis de otro post). Los elementos transactínidos sintetizados hasta ahora tienen periodos de semidesintegración muy cortos. Y cuando digo muy cortos me refiero a segundos o menos aún. Además, al ser sintetizados en laboratorio, las cantidades conseguidas son microscópicas.

El elemento que vemos en la peli, sin embargo parece bastante estable, ya que como mínimo dura durante toda la confrontación final (y es de suponer que mucho más, ya que es lo que mantiene vivo al prota). La cantidad sintetizada es macroscópica, es decir, se puede ver y manipular a simple vista, cuando la realidad es que en un acelerador se producen cantidades microscópicas. Además, Tony Stark lo agarra con unas simples pinzas y lo contempla de cerca sin ninguna protección, pese a que debería de ser un elemento radiactivo (eso sí, lo hacen brillar con una bonita luz azulada).

Y no quiero terminar sin hablar de acelerador de partículas casero que construye, y la peculiar forma que tiene de ajustarlo. Usa un simple nivel para nivelar el aparato, colocando objetos debajo de él, y apunta un laser a ojo, haciendo girar una parte del invento con una enorme llave inglesa. Como imagino que supondréis, la precisión necesaria para hacer funcionar un acelerador de partículas, es bastante mayor que la que se puede conseguir con los medios que vemos.

El Quinto Elemento: Átomos solares ligeramente grasos

Como los dos últimos envíos han sido bastante extensos, el de hoy va a ser algo más corto, ligero, y casi podría decirse que innecesario, pues muy poca gente podría tomarse en serio la frase que voy a comentar. Me estoy refiriendo a una escena de la película El Quinto Elemento, en la que están reconstruyendo un cuerpo alienígena (que finalmente resulta ser Milla Jovovich), y uno de los científicos dice que están utilizando «átomos solares ligeramente grasos».

¿Por dónde empezar? En varias ocasiones he comentado que las estrellas son enormes bolas de plasma, formadas sobre todo por hidrógeno, que se va transformando en helio mediante reacciones nucleares de fusión. Pueden contener algún que otro elemento, producto también de dichas reacciones o que ya estaban presentes en la nube de polvo original que formó la estrella (aunque en última instancia, todo elemento químico diferente del hidrógeno o el helio se originó en algún momento en el interior de una estrella). En el caso concreto de nuestro Sol, la composición es de un 73,46% de hidrógeno, un 24,85% de helio y un 1,69% de otros elementos, entre los que podemos destacar el oxígeno (0,77%) y el carbono (0,29%). Por tanto, un «átomo solar» no es más que ión (recordad que el plasma es gas ionizado) de hidrógeno o helio.

Y ¿qué es una grasa? Bueno, las grasas son unos tipos de lípidos denominados acilglicéridos, aunque a veces se emplea de forma coloquial para referirse a cualquier lípido en general.

En el colegio nos enseñaron un poco de química orgánica, y entre ella, el concepto de grasa. Si os acordáis, la química orgánica estudiaba las moléculas formadas por cadenas de carbono. Nos decían que un átomo de carbono tiene 4 enlaces, que podían usarse para unirse a otros átomos (bien de carbono, bien de otros elementos, como el hidrógeno), y el profesor pintaba bonitas cadenas de letras unidas por rayas. Lo primero que nos enseñaban eran moléculas formadas únicamente por átomos de carbono e hidrógeno y que se denominan alcanos. Nos contaban también que los nombres de las moléculas tenían una nomenclatura, donde el prefijo indicaba el número de átomos de carbono. Así, teníamos el metano (1 C), el etano (2 C), el propano (3 C), el butano (4 C), y a partir del pentano (5 C) ya usábamos los prefijos griegos de toda la vida (y que aprendimos en geometría).

Normalmente, tras esta introducción, nos enseñaban que si sustituíamos uno o más hidrógenos de un alcano, por grupos hidroxilo (OH^-, un átomo de hidógeno unido a uno de oxígeno al que el queda un enlace libre), obteníamos un alcohol. Estas moléculas seguían una nomenclatura muy similar a los alcanos, y así aprendimos lo que era el metanol, el etanol (aunque muchos ya supieran de él de forma experimental), el propanol, etc. Hay un alcohol que debemos destacar: el propanotriol, también llamado glicerol o glicerina, que es un alcohol de 3 carbonos (propa-) y tres grupos OH (-tri-ol).

Vamos a saltarnos los pasos intermedios con los que se nos introducía en la química orgánica, para llegar a los ácidos grasos. Un ácido graso es una cadena como las de los alcanos, pero en la que en uno de sus extremos hay un grupo carboxilo. ¿Y esto qué es? Pues es un grupo funcional formado por un átomo de carbono unido a uno de oxígeno (mediante un enlace doble), y a un grupo OH.

Y con esto ya llegamos a las grasas. Si a una molécula de glicerol le «enganchamos» uno o más ácidos grasos, tenemos una grasa. El enlace se produce en los grupos OH de cada molécula, de forma que queda un único oxígeno haciendo de «puente» entre ambas, y los dos átomos de hidrógeno y el de oxígeno sobrantes, forman una molécula de agua (H₂O, como imagino todos sabréis). Como la molécula de glicerol tiene tres grupos OH, se pueden enlazar uno, dos o tres ácidos grasos, y así tenemos tres tipos de acilglicéridos diferentes: monoacilglicéridos, diacilglicéridos y trialcilglicéridos (también conocidos como triglicéridos).

Tras este repaso, volvamos a la peli. ¿Qué es un átomo solar ligeramente graso? Pues sólo se me ocurre que sea algo así como un ión de hidrógeno o helio, unido a una grasa. Fijáos que «ligeramente graso» es un calificativo de «átomo solar», por lo que lo importante es el átomo de hidrógeno o de helio, y el resto de la molécula de grasa sería como un complemento (molécula que tiene varios átomos de hidrógeno). La expresión tiene tan poco sentido como hablar de una «silla amueblada».

Y sí, ya sé que es más que posible que los guionistas supieran que estaban diciendo una enorme chorrada, y lo hicieran a propósito por motivos humorísticos, pero ¿a que es divertido recordar un poco la química orgánica?

SG-1: Cielo Rojo

Hoy volvemos a la serie «Stargate: SG-1», con un episodio del que se pueden comentar varias cosas, todas ellas derivadas del elemento principal de la trama. El episodio en cuestión se titula «Cielo Rojo» (quinta temporada). En él, nuestros amigos llegan a un planeta de forma un poco accidentada, ya que la Mayor Carter tuvo que hacer algún apaño con el Stargate, al marcar las coordenadas. El planeta está habitado (por una cultura que adora a los Asgards), y al poco rato de llegar, el sol se vuelve rojo. Esto supone un terrible problema, ya que al recibir únicamente luz roja, las plantas no realizan la fotosíntesis, y por tanto, no se genera oxígeno (que obviamente es consumido por todos los seres vivos). Esto produciría con el tiempo, la muerte de toda la vida del planeta. La Mayor Carter teoriza que el sol se ha contaminado accidentalmente con plutonio (tiene que ver con el funcionamiento del Stargate y el apaño que hizo, pero eso no viene ahora al caso), y tras un rato, deduce que podrían arreglarlo si transportaran al mismo, algún elemento superpesado estable, con peso atómico superior a 200. Pero dichos elementos no existen en la naturaleza, y recurren a un científico (de la Tierra) que había sintetizado durante 5 años, justo lo que necesitaban.

De momento lo dejaremos aquí, ya que con esta trama tenemos tres temas diferentes donde encontrar mala ciencia: biología, astrofísica y química.

Comencemos por el problema de la luz. Bueno, como todos recordaréis, en el cole nos enseñaron que la fotosíntesis es un proceso mediante el que las plantas absorben luz y transforman materia inorgánica en orgánica, desprendiendo oxígeno (hay otros tipos de fotosíntesis, pero ésta es la que nos interesa). Ciertamente, sin la fotosistesis, la vida tal y como la conocemos es imposible. Por un lado, las plantas son el suministro de oxígeno necesario para la vida. Por otro, son el pilar sobre el que se apoya toda la cadena alimenticia, ya que son los únicos seres vivos que no se alimentan de otros.

En el episodio se establece que con luz roja no se produce fotosíntesis. Pero eso no es cierto, ya que la clorofila absorbe tanto luz azulada como rojiza. De hecho, es verde porque refleja la luz verde y absorbe el resto. Así que la fotosíntesis de las plantas no se detendría por el cambio de luz. Podemos pensar, no obstante, que al recibir menos cantidad de energía luminosa (hemos perdido la parte azul del espectro), se produciría menos oxígeno, y que sería igualmente devastador para el ecosistema, y tal vez letal para la especie humana. En cualquier caso, me gustaría elogiar la imaginación de los guionistas por evitar el tópico de la estrella inestable que va a explotar, y proponer un efecto más sutil, pero igualmente destructivo para la vida.

Vayamos ahora con el cambio de color de la estrella. En el episodio, la estrella tarda unos minutos en volverse roja, sin variar su tamaño. La causa: una «contaminación» con plutonio (Carter lo llama «envenenamiento con plutonio»). Veamos, el color de una estrella depende de la temperatura de su superficie. De hecho, los astrónomos calculan la temperatura superficial de las estrellas en función del espectro de la luz que emiten (su color, para entendernos), y han creado un sistema de clasificación estelar basado en él. Según este sistema, las estrellas se clasifican en uno de estos tipos, de mayor a menor temperatura: O (azul), B (blanco azulado), A (blanco), F (blanco amarillento), G (amarillo), K (naranja) y M (rojo). Como veis, las estrellas rojas están en la cola de la clasificación, y son las estrellas más frías.

¿De qué depende la temperatura superficial (y por tanto, el color) de una estrella? En estrellas de la secuencia principal (etapa en la que las estrellas pasan la mayor parte de su vida), básicamente depende de su masa. Como comenté hace poco (en un envío dedicado también a esta serie), una estrella se mantiene en equilibrio debido a la acción de dos fuerzas opuestas: su gravedad y la expansión producida por las reacciones nucleares. Parece fácil ver que cuanta más masa tenga una estrella, mayor será su gravedad, y por tanto, para mantenerse en equilibrio, mayor será la fuerza de expansión, debido a una mayor «combustión» del hidrógeno de su interior, y más energía liberará. Es decir, cuanto mayor sea la mása, más caliente será la estrella. Además, la densisdad de estas estrellas no varía demasiado entre ellas, por lo que a más masa, más tamaño.

Esto trae como consecuencia algo curioso, que al principio parece ir en contra de la intuición: cuanto más grande sea la estrella, más corta será su vida. En efecto, aunque uno puede pensar que si una estrella tiene más hidrógeno que otra, debería «durar» más, la que tiene más masa consume su hidrógeno a un ritmo mucho mayor. Esto hace que las estrellas de la secuencia principal, cuanto más calientes, más efímeras. Puesto que las estrellas rojas son las más frías, son las más longevas, así como las más pequeñas (y también las más tenues). Por ello, se las llama enanas rojas. Estas estrellas son más pequeñas y con menos masa que nuestro sol.

Las enanas rojas no son las únicas estrellas rojas. En varias ocasiones he comentado que a medida que una estrella de la secuencia principal agota su hidrógeno, se expande hasta formar una gigante roja. Sin entrar en detalles, lo que ocurre es que el núcleo se comprime, y por tanto se calienta. Esto inicia nuevas reacciones nucleares que aumentan la fuerza expansiva de la estrella, rompiendo su equilibrio. Así la estrella se hincha, hasta encontrar un nuevo punto de equilibrio. Aunque se produce más energía, al aumentar tanto el tamaño de la estrella, el calor generado debe repartirse por más volumen, estando además la corteza más separada del nucleo, lo que hace que la temperatura superficial disminuya.

Volviendo al episodio, hemos de suponer que la estrella del planeta que visita el SG-1 es amarilla, como nuestro sol. La temperatura superficial de las estrellas de tipo G (amarillas) se encuentra entre los 5.000 y 6.000 K, y las de tipo M (rojas) entre 2.000 y 3.500 K. Es decir, la superficie de la estrella tendría que haberse enfriado algunos miles de kelvins, sin cambiar de tamaño. Y eso es imposible. Un cambio de temperatura implica una alteración del equilibrio de la estrella, y por tanto, implica un cambio en el tamaño de la estrella. Ya no hablemos de si un poco de plutonio puede provocar un cambio tan radical en una estrella, y que además ocurra en pocos minutos.

Veamos ahora la solución que propone Carter: depositar en el interior de la estrella un elemento más pesado y estable. Concretamente, uno de peso atómico superior a 200, álgo que, según ella, no ocurre en la naturaleza, y sería necesario sintetizarlo en aceleradores de partículas. Pues va a ser que no. Existen elementos de peso atómico superior a 200 en la naturaleza, como el plomo, el bismuto, o el radón. El propio plutonio tiene un peso atómico superior.

Es posible que lo que los guionistas hayan confundido el concepto de peso o mása atómica, con el de número atómico. En el colegio nos enseñaron que el número atómico de un elemento, es el número de protones de su núcleo. Este número es el que define a un elemento, y lo diferencia de otro. Por otro lado, la masa atómica de un elemento, es la masa de un átomo, expresado normalmente en unidades de masa atómica (u), que corresponde a la duodécima parte de la masa de un átomo de carbono-12 (el isótopo más común del carbono). Un átomo de carbono-12 tiene un núcleo formado por 6 protones y 6 neutrones, y una corteza de 6 electrones. La masa de un protón es muy similar a la de un neutrón, y ambas son muy superiores a la de un electrón. Por tanto, la masa atómica corresponde aproximadamente con el número total de protones y neutrones de un átomo. Hay que añadir que los elementos pueden tener distintos isótopos. Recordando nuevamente las lecciones de química del colegio, los diferentes isótopos de un mismo elemento, tienen distinto número de neutrones en el núcleo (el número de protones es siempre el mismo, o estaríamos hablando de otro elemento), por lo que obviamente, tienen distinta masa. Así, cuando se habla de la masa atómica de un elemento, sin especificar un isótopo en concreto, uno se refiere a la media de las masas atómicas de sus isótopos, ponderada según su abundancia en la naturaleza.

Pero si querían referirse a alún elemento con número atómico superior a 200, tenemos otro problema. Sí, es cierto que tales elemento no existen en la naturaleza, y que podrían sintetizarse en un acelerador de partículas. De hecho, el plutonio, con número atómico de 94, es el último elemento de la tabla periódica que aparece en la naturaleza. De ahí en adelante, todos son sintéticos. El problema es que el motivo por el que dichos elementos no aparecen en la naturaleza, es que son inestables. Su vida media es demasiado corta (en ocasiones, de segundos o menos), y se desintegran rápidamente, transmutándose en otros elementos más ligeros. De algunos de ellos, ni siquiera se conoce su apariencia o propiedades químicas, ya que al sintetizarse en aceleradores de partículas, sólo se han obtenido átomos contados. Además, el último elemento sintetizado (ununoctio) tiene número atómico de 118, habiéndonos saltado el 117 (ununseptio), aún por sintetizar/descubrir. El salto hasta el 200 (habría que llamarlo «binilnilio») es brutal, y la experiencia previa indica que sería también inestable.

Otro detalle importante es que no hay aparentemente ninguna razón para que Carter se decante por el 200. La tabla periódica de los elementos, se llama así, porque determinadas propiedades aparecen periódicamente a medida que avanzamos por la tabla. Los elementos de una misma columna comparten características. Por ejemplo, todos los elementos de la columna VIII-A (grupo 18 o gases nobles), son gases y químicamente inertes. El razonamiento de que a partir de determinado número atómico, los elementos van a tener determinadas propiedades (arreglar el envenenamiento por plutonio), va en contra de este concepto.

Baterías y el efecto memoria

Cuando nos compramos un teléfono móvil, un ordenador portátil, una cámara digital o cualquier aparato con una batería recargable, inevitablemente el vendedor nos da el mismo consejo: hay que descargar totalmente la batería antes de cada recarga. Y como nos lo dice el que nos vende el aparato, pues le creemos. Y sin embargo, esto no es del todo cierto.

Antes de explicar por qué, vamos a ver un poco por encima cómo funciona una batería química y recargable. Una batería está compuesta por lo que se denominan células. Una célula consiste básicamente en un recipiente con dos materiales en su interior (electrodos), separados físicamente por otro material que permite contacto eléctrico entre ellos (electrolito). Las reacciones químicas de su interior producen un exceso de electrones en un electrodo (el polo negativo), y una ausencia de ellos en el otro (el polo positivo). Si unimos ambos extremos mediante un circuito, los electrones circularán desde el polo negativo al positivo, y tendremos una corriente eléctrica. En algunos casos, las reacciones son reversibles aplicando una corriente externa en sentido opuesto. Tenemos entonces una célula recargable, que podemos cargar y descargar varias veces.

Una pila pequeña de toda la vida (las típicas AA o AAA) está formada por una sóla célula (y además, muchas son no recargables). Sin embargo, las baterías de los dispositivos que he mencionado al principio, están formadas por más de una célula.

Básicamente existen tres tipos de baterías comercializadas para estos aparatos: de niquel-cadmio (Ni-Cd), de niquel-hidruro metálico (Ni-MH) y de iones de Litio (Li-Ion). Cada una de ellas tiene características diferentes, debido precisamente a su composición y reacciones químicas que se producen.

Las baterías Ni-Cd son las más antiguas de las tres. Tienen el llamado efecto memoria, que es la causa de que se recomiende descargar completamente la batería. Este efecto consiste en que la batería parece «recordar» el nivel de carga que tenía cuando se comienza a recargar, de forma que al utilizarse nuevamente, sólo se descarga hasta dicho nivel, disminuyendo obviamente su tiempo de uso. Sin embargo, esto no sucede cada vez que se carga una batería que no ha sido descargada totalmente. Para que aparezca el efecto memoria, la batería debe descargarse varias veces consecutivas hasta un mismo nivel (por ejemplo, al 50% de su carga). Aún así, es recomendable hacer descargas completas con cierta frecuencia, pero teniendo en cuenta que no es necesario hacerlo todas las veces (eso puede incluso acortar la vida de las baterías).

Y cuando digo descargar totalmente, no me refiero a quitarle hasta el último electrón, sino descargarla con su uso normal. Como he comentado antes, una batería tiene varias células. En un mundo ideal, las células serían totalmente idénticas, con idéntica carga, y se descargarían al mismo ritmo. Pero en el mundo real, es normal que alguna célula se descargue antes que otra. Si una célula es completamente descargada, sus vecinas aún tienen carga, y se sigue extrayendo corriente, la célula descargada se ve atravesada por la corriente de sus vecinas, deteriorándose. Si la célula queda inutilizada, habremos perdido su capacidad de carga, y por tanto, la batería en su totalidad tendrá menos capacidad.

Afortunadamente, los circuitos de los aparatos alimentados por estas baterías, están diseñados para evitar esto. Aunque las células mantienen más o menos el mismo voltaje exterior, a medida que se descargan, inevitablemente disminuye algo. En el caso de que una célula se descarge completamente, el voltaje total de la batería disminuye de forma más apreciable, por lo que se puede interrumpir el circuito al detectar un nivel de voltaje por debajo de determinado valor, deteniendo la descarga. Pero si utilizamos algún otro medio para descargarla, como conectándola a un simple circuito casero con una pequeña resistencia (una bombilla o un LED, para así saber si sigue circulando corriente o no), puede producirse el efecto antes mencionado, dañando nuestra batería. Por eso es preferible descargarla con el uso normal del aparato. Fijáos que en este caso, la batería perderá capacidad, y un usuario podría pensar que no la descarga lo suficiente en cada ciclo, cuando en realidad es justo al contrario.

De hecho, la causa física del efecto memoria, es la formación de unos cristales que hacen que el voltaje de algunas células disminuyan bruscamente antes de descargarse del todo. La circuitería externa detectará la caída de voltaje, y considerará que la batería se ha descargado, interrumpiendo el circuito.

Las baterías Ni-MH son más modernas que las Ni-Cd, y aunque también sufren el efecto memoria, este es menor. Lo dicho para las Ni-Cd es igualmente aplicable para estas.

Las baterías Li-Ion son las más modernas, y estas sí que no sufren el efecto memoria. Es más, el agotar estas baterías de forma completa antes de cada recarga, puede acortar su vida útil, por lo que lejos de ser una práctica recomendable, es algo que hay que evitar. Eso no quiere decir que no se pueda «apurar» la batería. De hecho, es conveniente descargarla completamente de vez en cuando (una vez al mes, por ejemplo).

Una cosa de la que no nos suele avisar el vendedor, y que es dañino para las baterías, es la sobrecarga. Uno puede pensar que cargando la batería más tiempo del necesario, se puede «ganar carga extra». Sin embargo, las sobrecargas continuadas también dañan nuestra batería, formando otra vez esos cristales en su interior, y produciendo el dichoso efecto memoria. Si el cargador es bueno, puede interrumpir la carga al detectar que la batería está completamente cargada, y evitar este problema.

¿Cómo sé qué batería utiliza mi aparato? Normalmente deberían venir en la propia batería, o en el manual (ese que nunca leemos). Así, si la batería es de Li-Ion (cada vez más usadas), no intentéis descargarla siempre hasta el final.

Para los curiosos y hambrientos de saber, os dejo una lista de enlaces sobre el tema:

• Baterías defectuosas: un problema candente
• Baterías de Litio-Ion: Mitos y Leyendas
• Battery Information - Sci.Electronics.Repair FAQ (en inglés)
• Dan's Quick Guide to Memory Effect, You Idiots (también en inglés)

Contaminación y envenenamiento por radiación

El reciente envío dedicado a la lluvia radiactiva en Jericho, me ha recordado otro posible error relacionado con la radiactividad, en otra serie de televisión. Se trata de mi muy querida Babylon 5. En el episodio Solo en la Noche, unos Starfuries (los cazas de los humanos) son atacados por una nave desconocida, y abducen al comandante Sheridan (el prota). El único superviviente, tiene la nave dañada y la computadora le dice que hay una fuga en el reactor, y que la radiación ha alcanzado un nivel terminal. Sabiéndose condenado, intenta volver a la estación Babylon 5, para informar de lo ocurrido. Al llegar, es llevado inmediatamente al laboratorio médico, y aislado para evitar que toda la estación se contamine. Pues bien, esa temor a contaminar toda la estación parece algo infundado, ya que una persona que ha sido irradiada, no se vuelve necesariamente radiactiva.

Lo primero que hay que tener claro es qué es exactamente la radiactividad. Veamos, la radiactividad no es más que un fenómeno mediante el cual determinados átomos emiten partículas subatómicas o radiación electromagnética. Existen isótopos de elementos, que por su configuración atómica, son inherentemente inestables. Estos isótopos se denominan radiactivos, y cuando alcanzan una configuración estable, expulsan partículas como neutrones, protones o electrones (o más), o emiten fotones en forma de radiación de muy alta frecuencia (o ambas cosas) que se denomina radiación ionizante, por tener la capacidad de «arrancar» electrones de sus átomos, ionizando la materia. Los más conocidos son los isótopos del uranio y el plutonio, pero existen muchos más, como el famoso carbono-14, isótopo radiactivo del carbono.

Un átomo que pierde o adquiere neutrones, se convierte en un isótopo diferente del mismo elemento. Un átomo que pierde o adquiere protones, se convierte en un elemento diferente. Parece evidente que un elemento radiactivo, va transformándose poco a poco en otra cosa. Así, el carbono-14, por ejemplo, se convierte espontáneamente en nitrógeno-14 (o nitrógeno «a secas», ya que es el isótopo de nitrógeno más abundante), emitiendo radiación beta (electrones).

De las radiaciones emitidas por un elemento radiactivo, la más peligrosa para nosotros es la radiación electromagnética ionizante, esto es, fotones de muy alta frecuencia, y por tanto de muy alta energía. Esta radiación nos afecta a nivel celular, dañando nuestras células o interfiriendo en su división, provocando desagradables síntomas, y si la dosis recibida es suficiente, la muerte. Pero fijáos que eso simplemente nos daña, no nos vuelve más radiactivos (y digo más, porque todos los seres vivos tenemos cierta cantidad de carbono-14, por lo que todos somos radiactivos en cierta medida). Para que un isótopo no radiactivo se vuelva radiactivo, necesariamente debe modificar su número de nucleones, es decir, protones y neutrones, cosa que la radiación electromagnética no hace.

Hay otro tipo de radiación, que está formado por neutrones. Esta radiación de neutrones sí puede convertir un isótopo estable en uno radiactivo. Así, si un isótopo de nitrógeno-14 de nuestra atmósfera absorbe un neutron, obtenemos nuevamente carbono-14 (y un átomo de hidrógeno). La radiación de neutrones es normalmente menos penetrante que la electromagnética (aunque depende del material), y necesitamos una dosis muy alta para alterar de forma significativa el entorno. Para hacernos una idea, los materiales del núcleo un reactor nuclear, son remplazados y desechados de forma periódica, debido precisamente a la radiación de neutrones, pero son considerados como desechos radiactivos de bajo nivel, y están siendo irradiados constantemente. Otro ejemplo sería una detonación nuclear, en la que el material de los alrededores se vuelve radiactivo, a una distancia en la que ese fenómeno sería el menor de nuestros problemas.

Existe otro caso en el que una persona que haya tenido contacto con material radiactivo, sea peligrosa, y es porque haya sido contaminada. Eso quiere decir que es portadora de material radiactivo, bien porque lo haya inhalado, ingerido, o tenga restos pegados a la piel, entre el pelo, o bajo las uñas. Es decir, no es que se haya vuelto radiactivo por la radiación recibida, sino que ha entrado en contacto directo con material radiactivo externo, y parte se le ha quedado adherido o dentro de él.

Volviendo al episodio de Babylon 5, ninguna de las dos opciones que hemos visto parece posible. Por un lado, para que el piloto se «volviera radiactivo», tendría que haber recibido una dosis brutal de radiación de neutrones. Además, teniendo en cuenta que en muchos casos, los elementos químicos se «transmutan» en otros, seguramente habría muerto casi de inmediato. La contaminación por contacto directo es también descartable, ya que el piloto iba enfundado en un traje de astronauta, completamente presurizado y aislado. En todo caso, se habría contaminado el traje, que le habrían quitado antes de llevarlo al laboratorio médico.

El tamaño sí importa: El Chip Prodigioso

Continuamos con las miniaturizaciones, pero esta vez hablando de una película diferente, aunque de temática muy similar a Viaje Alucinante. Se trata de El Chip Prodigioso. En esta ocasión no nos explican cómo funciona el proceso de miniaturización, pero sólo tenemos tres posibles explicaciones (como explica Isaac Asimov en su novela Viaje Alucinante II. Destino: Cerebro, que pese al nombre, no es una secuela).

Una forma de reducir algo sería comprimiéndo el objeto, juntándo los átomos y las partículas elementales que lo componen, entre sí. Reduciríamos el tamaño, pero la masa seguiría siendo la misma. Obviamente este no es el caso, pues el submarino no podría flotar en el agua ni en la sangre. Nadie sería capaz de levantar una jeringuilla con el submarino dentro, y pobre del que lo levara dentro.

Otra forma es "eliminando" átomos del objeto, hasta que tenga las dimensiones adecuadas. Esta tampoco parece la manera, ya que a un hombre adulto le cabrían unas pocas neuronas dentro de su cráneo. Por no hablar de la complejidad de qué atomos quitar exactamente, dónde ponerlos, y cómo recuperar el tamaño original sin ellos.

Así que la tercera y última forma, y la única viable, es la de Viaje Alucinante: Reducir el tamaño y masa de los átomos mediante algún tipo de "desplazamiento extradimensional". Y entonces tenemos el mismo problema que en la película: la diferencia de tamaño entre los átomos.

En el Chip Prodigioso, Dennis Quaid se enfrenta a un problema similar al de sus predecesores cinematográficos: se está quedando sin aire. Uno de los personajes sugiere que viaje a los pulmones y obtenga aire de alli, pero le responden con la misma excusa que en Viaje Alucinante: la diferencia de presión reventaría el submarino. Y como ya dije ayer, eso no es así. El problema es que un hombre miniaturizado de esa manera no podría asimilar moléculas tan grandes de oxígeno.

Exactamente lo mismo sucede en una escena anterior, en la que el prota se quiere tomar un trago. Martin Short (su anfitrión) bebe algo de whisky, mientras el submarino está en la boca con una botella vacía en el exterior. Ésta se llena, Denis Quaid la mete dentro del submarino, y disfruta con la bebida. Bien, además de ser bastante asqueroso beber whisky mezclado con saliva de otro (porque también habría entrado saliva ¿no?), tenemos dos problemas.

Uno es que el agujero de la botella es microscópico. Cualquier líquido entraría muy despacio en la botella. Haced un pequeño experimento: pinchad una botella de plástico con un alfiler pequeño, y colocadla debajo de un grifo abierto, con el agujero hacia arriba. ¿A qué ritmo entra el agua? Gota a gota ¿verdad? Y eso que tanto la presión del líquido como el agujero son muchísimo mayores que en la película.

Otro problema es que aunque llenara la botella y se la bebiera, no tendría ningún efecto sobre él, pues como ya he dicho, el tamaño de los átomos es diferente. Ningún átomo de la bebida podría combinarse con ningún átomo del personaje. No puede haber ningún tipo de reacción química. El cuerpo no podría asimilar nada, por tanto el alcohol no pasaría a la sangre, ni tendría los efectos que todos conocemos.

Tenemos el mismo problema en otra escena, en la que los villanos son reducidos un poco, hasta más o menos la mitad de tamaño normal. Aunque la diferencia de tamaño sea menor, es bastante improbable que las moléculas de oxigeno del aire no miniaturizado puedan interactuar químicamente con moléculas miniaturizadas. Y eso quiere decir que los personajes se asfixiarían.

En este último punto tal vez se pueda aplicar la explicación de Asimov en Viaje Alucinante II. Destino: Cerebro. En la novela, la miniaturización se realizaba generando algún tipo de "campo" que rodeaba el objeto a miniaturizar. De alguna manera, este "campo encogedor" seguía presente mientras durara el estado de miniaturización, y afectaba al entorno. Así, el aire que rodeaba un objeto era miniaturizado al entrar en ese campo, y una persona podía ser encogida y respirar tranquilamente. Una explicación bastante rebuscada y pillada por los pelos.

Timecop

Hoy vamos a cambiar de tercio. Allá por 1994, se estrenó la peli Timecop. Una "de las de Van Damme" como se suele llamara estas películas. El argumento, aparte de en las peleas de Van Damme, giraba en torno a la invención de una máquina del tiempo y la creación de una organización que protegiera la historia, impidiendo que algún desaprensivo cambiase el pasado a su gusto. Pero no, no voy a hablar de viajes en el tiempo, sino de un diálogo digno de pasar a los anales de Malaciencia.

Al principio de la película, vemos como en plena guerra civil americana, unos soldados confederados llevan un cargamento de oro y son asaltados por un grupo de hombres con armas modernas. Los matan y se llevan el oro. Poco después, vemos una reunión de gente que se supone son del gobierno y comentan que se ha inventado una máquina del tiempo, y que se debe crear un cuerpo especial para vigilar los viajes en el tiempo. Tras el lógico asombro inicial, uno de ellos dice que ya han comenzado a producirse "delitos temporales". Y cuenta que han capturado a unos hombres con un cargamento de lingotes de oro, provenientes de la guerra de secesión. Añade de forma categórica y lapidaria que no hay error posible, que han fechado los lingotes de oro mediante la técnica del carbono-14. No recuerdo el año exacto, pero lo nombran. Bien, pues es impresionante como en esta única frase, se cometen tres errores de bulto. Sí, tres.

El primero y más obvio es el uso del carbono-14 para datar unos lingotes de oro. Vamos a ver ¿qué es eso del carbono-14 del que tanto se habla en películas y noticias arqueológicas? El carbono-14 en sí, no es más que un isótopo de carbono. ¿Un isótopo? Sí. Recordemos un momento las lecciones de química del cole, y sabremos que se llaman isótopos a los átomos con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. O dicho de otra manera, con igual número atómico (número de protones) pero diferente número másico (número de protones y neutrones). El carbono tiene un núcleo de 6 protones y su isótopo más común es el carbono-12, que tiene 6 neutrones (6 protones + 6 neutrones = 12). El carbono-14 tiene 8 neutrones y es radiactivo. Como todo elemento radiactivo, emite energía, y poco a poco, átomos de carbono-14 se van convirtiendo en nitrógeno. Los elementos radiactivos tienen una propiedad llamada vida media, que indica el tiempo que tarda la mitad de los átomos en convertirse en otros. En el caso del carbono-14 es de 5.715 años.

Vale. Muy interesante ¿y eso que tiene que ver con la datación? Pues que resulta que aunque el carbono-14 va transformándse en nitrógeno-14, se genera constantemente nuevo carbono-14 debido a los rayos cósmicos que la atmósfera recibe del espacio, y que transforma el nitrógeno en carbono-14. La naturaleza ha querido que la cantidad de carbono-14 en la atmósfera se mantenga constante debido a ello. Resulta también que las plantas, como todos sabemos, mediante la fotosíntesis absorven dióxido de carbono y expulsan oxígeno. Parte de este CO₂ está formado por átomos de carbono-14. Los herbívoros se comen a las plantas, los carnívoros a los herbívoros, y así, mediante la cadena alimenticia, todos los seres vivos mantienen una proporción constante de carbono-14, ya que a medida que el carbono-14 desaparece de su cuerpo, nuevo carbono-14 entra mediante la alimentación.

¿Y? Pues que cuando el ser vivo en cuestión se muere, deja de incorporar nuevo carbono-14. A partir de ese momento, el carbono-14 disminue a un ritmo conocido, por lo que se puede saber más o menos la fecha de la muerte a partir de la proporción de carbono-14 encontrado.

Ya queda claro cual es el primer error. Y bastante gordo. ¿Cómo demonios se puede usar el método del carbono-14 en un objeto inanimado, y además inorgánico?

Vayamos por el segundo. Antes he dicho que se puede calcular más o menos la fecha de la muerte. Y resalto el más o menos porque la datación mediante carbono-14 suele tener un margen de error de unas décadas (20, 30, 40 años). Por ese motivo no lo utilizan en la medicina forense, y por ese motivo es imposible datar nada con la exactitud de la película, en la que se dice el año y todo. Asumiendo el margen de error, la guerra de secesión americana transcurrió entre 1861 y 1865. Un periodo demasiado pequeño para un margen de error tan grande.

Y para rematar, el tercer error, que es de sentido común. Cualquier sistema de datación que se hubiese utilizado, habría fechado los lingotes como muy recientes. Tal vez meses. Si los lingotes viajan en la máquina del tiempo con los ladrones, pues no han envejecido. Para esos lingotes habrá transurrido solamente unos meses desde que los fundieron hasta que fueron robados, y unos días desde su viaje en el tiempo hasta que los ladrones fueron apresados. ¿O acaso los viajeros en el tiempo envejecen al viajar al futuro?

En fin, tres en sólo una frase. Todo un record. Y podría haberse evitado de forma muy simple: que en el guion, los lingotes tuvieran el año de fabricación grabados, y que estuvieran nuevecitos. Eso sí sería lógico y posible.