Motores Molecualres

La Nanotecnología es una disciplina conjunta en la que físicos, químicos, biólogos, médicos e ingenieros, trabajan para construir y manipular materiales con tamaños inferiores al micrómetro.

Hace unos meses, se alcanzó un considerable hito en esta disciplina: se creó un motor molecular. Sí, exactamente, un motor de una única molécula. Y ni si quiera me refiero a macromoléculas como las proteínas o el DNA, ha sido la molécula de butil metil silicio (BuSMe):

Fórmula del BuSMe

Estructura del BuSMe

Este motor, al contrario que muchos otros motores nanoscopicos, no funciona mediante reacciones químicas ni luz, si no de electricidad. La molécula de BuSMe se coloca sobre una lámica de cobre, y cerca de ella, se emplaza un microscopio electrónico. Cuando activamos el microscopio, éste emite un chorro de electrones, que interaccionan con la molécula haciéndola girar.

Hasta ahora, los motores más pequeños que se habían obtenido median en torno a 200 nm, pero este nuevo motor molecular es menor de 1 nm.

LOS CUASICRISTALES, UN DESCUBRIMIENTO DE NOBEL.

Ayer concedieron el Premio Nobel de Química al profesor Dan Shechtman (Tel Aviv, 1941) , por el descubrimiento de los cuasicristales. Por eso, he decidido dedicar el resurgimiento de este blog (en el que desgraciadamente no he podido escribir nada hasta ahora) a este curioso estado de la materia. Pero para entender bien la revolución de los cuasicristales, primero hay que ver que es un cristal.

La definición tradicional de cristal era: Un cristal es una composición de átomos, moléculas o iones que se repiten de forma periódica en las tres dimensiones del espacio. Todos los cristales tienen una serie de características que dependen de su simetría, como la morfología externa y las propiedades físicas. Un aspecto muy importante en los cristales es que, al irradiarlos con Rayos X, estos presentan un patrón de difracción dado por una serie de puntos que guardan entre sí una relación de simetría. A partir de este diagrama de Rayos X es posible determinar la estructura del cristal.

Cristales de la proteína lisozima, cristalizada por el autor del blog.

En Abril de 1982, Dan Shechtman encontró que al hacer el estudio de difracción de Rayos X de unos cristales de una aleación de aluminio y manganeso, se obtenía un patrón de difracción propio de los cristales, pero con una peculiaridad: presentaba una simetría pentagonal, y es imposible crear una repetición periódica de pentágonos (si no me creéis, os recomiendo que le pidáis a un albañil que os recubra el suelo del baño con azulejos pentagonales, a ver qué pasa).

Es imposible construir una estructura periódica con pentágonos.

Los cuasicristales son materiales con orden de largo alcance perfecto, pero sin periodicidad de translación tridimensional. Lo primero se manifiesta en la presencia de puntos en el patrón de difracción y lo último, en la presencia de una simetría incompatible con la periodicidad translacional (por ejemplo,  la simetría pentagonal).

El descubrimiento de los cuasicristales fue enormemente controvertido. Al principio, la mayoría de los científicos rechazaron la idea de Shechtman. El gran físico, químico, y bioquímico, Linus Pauling, que había hecho grandes contribuciones a la cristalografía (una ciencia transversal, en la que físicos, químicos, geólogos y otros científicos trabajan para descubrir la estructura y las propiedades de los cristales), llegó a decir que no hay cuasicristales, hay cuasicientíficos.

No obstante, el tiempo le dio la razón Shechtman, y la existencia de los cuasicristales fue reconocida por toda la comunidad científica. Esto obligó a la Unión Internacional de Cristalografía a cambiar la definición de cristal, para poder incluir los descubrimientos del científico israelí. La nueva definición de cristal es: Un cristal es un sólido que produce un diagrama de difracción discreto. Esta nueva definición hace más hincapié en el experimento de difracción de Rayos X que en la simetría del cristal.

Finalmente, los cristalógrafos, a partir de la teoría del brillante matemático Royer Penrose, consiguieron demostrar que los cuasicristales sí que presentan simetría periódica, pero no en tres dimensiones, sino en cuatro. La proyección de esa estructura tetradimensional, al mundo tridimensional en el que vivimos, da lugar a simetrías que no son compatibles con una red periódica tridimensional.

Por fin, el 6 de Octubre de 2011, Dan Shechtman recibió el Premio Nobel de Química por descubrir los cuasicristales. Casi 30 años después de su descubrimiento.

Algunas similitudes entre los cuasicristales y los cristales clásicos:

    Exhiben caras marcadas

      Generan diagramas de difracción con picos afilados

      Pueden crecer de forma ordenada generando cristales incluso mayores que los periódicos

      Son estables termodinámicamente

Principales diferencias entre los cuasicristales y los cristales clásicos:

      Poseen simetrías incompatibles con la periodicidad

      Poseen propiedades físicas muy diferentes a las de los cristales periódicos (por ejemplo, hay cuasicristales metálicos con conductividades eléctrica y térmica muy bajas)

Mamá, el chocolate se ha puesto blanco.

Todos hemos visto alguna vez como, tras un tiempo, la figura de chocolate que habíamos comprado con tanta ilusión y que nuestra madre no nos dejó comernos en un solo día, tornaba de un color blanquecino. Fue entonces cuando dijimos “¡Mamá, el chocolate se ha puesto Blanco!”, a lo que inmediatamente vino la terrible respuesta “Estará malo, hijo. Mejor tíralo.” Pero…¿Por qué cambió de color el chocolate? ¿Realmente estaba malo, es decir, se había empezado a pudrir? ¿Era necesario tirarlo? Vamos a verlo.

La grasa del cacao tiene una cierta peculiaridad bastante interesante, y es que las moléculas se apilan juntas de seis formas diferentes, designadas por los números romanos desde el I hasta el VI.  La industria chocolatera busca cristalizar el producto en la forma V, pues su color negro brillante hace que ésta sea la modalidad más apetitosa. Este brillo se debe a que en el cacao de tipo V, la superficie está formada por pequeños cristales reflectantes. El problema es que la fase VI es más estable, con lo cual, con el tiempo, parte del chocolate V se acaba convirtiendo en chocolate VI, de forma que, sobre la superficie, aparece una capa de chocolate blancuzco, de aspecto mate.

En el chocolate con almendras (u otros frutos secos), esta capa blanca tarda muchísimo más tiempo en aparecer, ya que los frutos secos tienen un aceite que difunde hacia el interior del chocolate y lo disuelve levemente, volviendo a cristalizar como chocolate V.

Ya que estamos hablando del chocolate, es conveniente señalar que existe una gran cantidad de falsos mitos sobre este delicioso producto de las Américas. No es en absoluto cierto que el chocolate cause acné o colesterol, ya que está formado por ácidos grasos insaturados, como el esteárico y el palmítico, que, por cierto, son también los principales ácidos grasos del aceite de oliva, frecuentemente presente en la dieta mediterránea. Tampoco es cierto que el chocolate en sí mismo provoque caries, otra cosa es que habitualmente se vendan chocolates con altos contenidos en azúcares. Lo que sí parece cierto es su capacidad para hacernos ligeramente más felices, durante un breve periodo tras su ingesta (debido a la feniletilamina, uno de los compuestos químicos implicados en el amor), así como su capacidad como afrodisíaco.

Para terminar, quiero dejar claro que esa capa blancuzca que aparece sobre el chocolate, no tiene absolutamente nada que ver con el llamado chocolate blanco que, por cierto, no es realmente chocolate. Pero esa es otra historia…

¿La Dietilami que? ¡Ah, sí! El LSD

El LSD es una droga psicodélica sintetizada por primera vez por el químico Albert Hoffman para ser usada en tratamientos psiquiatricos. LSD son las siglas de Dietilamida del ácido lisérgico, cuya fórmula es la siguiente:

El LSD fue sintetizado por primera vez el 16 de Noviembre de 1938 en los laboratorios Sandoz de Basiela (Suiza) durante la búsqueda de aplicaciones medicinales de determinadas sustancias presentes en el hongo Claviceps purpurea. Inicialmente se pensó en el LSD como un analéptico (un psicofármaco), pero ningún experimento en animales confirmó esta teoría. En 1943 Hoffman volvió a trabajar en el LSD, y fue entonces cuando, accidentalmente, tocó un poco del producto con los dedos. Inmediatamente comenzó a sentirse mal, así que se fue a su casa. Allí empezó a sentir un estado de “embiraguez no desagradable” y comenzó a alucinar. Tres días después tomó una dosis mucho mayor (a propósito) que le obligó a llamar al médico, el cual sólo pudo encontrar como síntoma la extremada dilatación de las pupilas.

Pupilas dilatadas por el efecto del LSD

Actualmente el LSD es una droga ilegal, cuyo uso para tratamiento médico no está permitido. No obstante, es una droga bastante atípica, ya que ni provoca adicción (debido a una gran rapidez del organismo para desarrollar tolerancia al fármaco) ni da lugar a “resaca”.

Químicamente hablando, el LSD es una amida secundaria, que presenta además deslocalización por resonancia, con lo que será una molécula muy estable. Es un sólido blanco, soluble en disolventes orgánicos pero insoluble en agua.