viernes, 1 de noviembre de 2013

¿Qué tienen que ver las nanopartículas con las gotas de agua que corren y tardan en hervir?

Ya sé que el título de esta entrada puede parecer confuso y peregrino, pero tú lee y al final de la entrada tendrás la respuesta a la pregunta. Como siempre, vayamos por partes ...


Gotas de agua que corren y tardan en hervir

Seguro que alguna vez, mientras cocinas, has podido observar lo siguiente: al dejar caer unas gotas de agua sobre una sartén caliente, en lugar de evaporarse rápidamente, han empezado a moverse de una forma descontrolada hasta que al cabo del tiempo, se volatilizan. A este fenómeno se le conoce como efecto Leidenfrost y aquí te dejo un vídeo muy chulo sobre él.



La explicación del efecto Leidenfrost es bastante sencilla de comprender. El líquido, en contacto con una superficie a una temperatura significativamente superior a su punto de ebullición, produce una capa de vapor. Como la conductividad térmica de los gases es bastante baja, esta capa de vapor aísla el líquido de la superficie caliente, lo que retrasa la ebullición del líquido. El errático movimiento de las gotas que veías en el vídeo puede explicarse como consecuencia de las corrientes de convección generadas en el aire circundante a las gotas.

Explicación del efecto Leidenfrost
El efecto Leidenfrost explica que puedas introducir tu mano en nitrógeno líquido o que puedas tocar plomo fundido sin quemarte.


Nanopartículas de oro

La nanociencia consiste en el estudio de los sístemas cuyo tamaño es de unos pocos nanómetros. Un nanómetro es 10-9 metros, algo así como el tamaño de una fila de 10 átomos de hidrógeno. Uno de los descubrimientos más sorprendentes de la nanociencia es que la materia posee propiedades increíbles y novedosas a escala nanométrica, lo que depara a los nanomateriales grandes aplicaciones y un futuro muy prometedor.

Escala de tamaños

Por ejemplo, todos sabemos que el oro es de color dorado, sin embargo las nanopartículas de oro tienen un color que depende de su tamaño en virtud a las oscilaciones resonantes de los electrones en presencia de luz.

Oro metálico

Suspensiones de nanopartículas de oro de distintos tamaños

Pero no sólo resulta sorprendente el color de las nanopartículas de oro. Su capacidad para emitir calor al ser irradiadas con un láser o para transportar fármacos dentro del organismo son ejemplos de las sorprendentes propiedades de las nanopartículas de oro. No es de extrañar entonces que la especie humana tenga depositadas muchas esperanzas en las nanopartículas (y otros nanomateriales) para resolver problemas ambientales, de salud o nuevos retos tecnológicos.



La nanotecnología es la obtención, manipulación y aplicación de los conocimientos cosechados por la nanociencia. Uno de los grandes quebraderos de cabeza que tienen hoy día los científicos es la obtención de estos nanomateriales. En el caso de las nanopartículas de oro, uno de los métodos de obtención consiste en la reducción del ácido tetracloroaúrico HAuCl4 con agentes como el citrato de sodio o el perborato de sodio.

Entonces, ¿qué tienen que ver las nanopartículas con las gotas de agua que corren y tardan en hervir?

Vale, vamos a responder a la pregunta que encabeza esta entrada.

Un reciente estudio ha demostrado que ¡es posible obtener nanopartículas aprovechando el efecto Leidenfrost!. Aquí, en el siguiente vídeo, tienes una muestra de ello:


Partiendo de una disolución de ácido tetracloroaúrico, los investigadores alemanes pudieron transformarlo en nanopartículas de oro de color rojo sobre una placa metálica a 270 ºC, sin necesidad de un agente reductor. Aunque todavía no está muy claro el mecanismo, parece que el efecto Leidenfrost perturba la estructura del agua líquida permitiendo elevadas concentraciones locales del anión hidroxilo OHque es el que actúa como reductor del compuesto de oro. Así, sin más reactivos químicos que el ácido tetracloroaúrico se podría abrir la posibilidad de la obtención de nanopartículas de agua a bajo coste ambiental. 

No sé a vosotros, pero a mí me parece alucinante. Esto es Nanoquímica-ficción.

Fuentes:

Abdelaziz, R. et al. Green chemistry and nanofabrication in a levitated Leidenfrost dropNat. Commun. 4:2400 doi: 10.1038/ncomms3400(2013)
Nanociencia y nanotecnología, FECYT, 2009


Esta entrada participa en el XXIX Carnaval de la Química organizado por Héctor Busto en el blog Más Ciencia, por favor. #todosconlaQuímica

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