domingo, 20 de abril de 2014

Una de Colores y Entropía

    Cuando hablamos de una reacción química siempre pensamos en una serie de sustratos que al juntarse se transforman, como por arte de magia, en unos productos (de una manera más o menos espectacular). En cierto modo ésta no es una idea errónea. Independientemente de la afinidad que tengan esos sustratos para reaccionar y generar productos, o nuestros productos para disociarse y generar sustratos, eventualmente se alcanzará lo que se conoce como equilibrio químico, en el que la cantidad de sustratos y productos permanece virtualmente constante. Normalmente en este punto de equilibrio el observador suele considerar que la reacción ha finalizado. ¡Se acabó lo que se daba!

    Los seres humanos estamos acostumbrados a procesos con un principio y un final. Cuando quemamos madera, ésta arde y se transforma en ceniza. Nunca ocurre lo contrario. Si ocurriese es probable que, a menos que existiesen muchos testigos del milagro, nadie nos creyese jamás. También nos tacharían de loco con toda probabilidad si afirmamos que poseemos madera que a pesar de arder no se consume.  El hecho de que las reacciones tengan un principio y un final está relacionado con la no-violabilidad de la segunda ley de la termodinámica. En general podemos decir, sin ser presuntuosos, que los procesos siguen una linearidad muy lógica que va de lo ordenado a lo desordenado; de la estructura al caos. Cualquier evento que parezca violar esta regla merece ser estudiado y genera controversia.

    Existen un tipo de reacciones químicas, en cierto modo singulares, que han dado muchos quebraderos de cabeza a los científicos ya que aparentemente violan esta lógica. Son las llamadas reacciones químicas oscilantes descubiertas independientemente por Borís Pávlovich Beloúsov y Anatol Zhabotinski. En este tipo de reacciones el equilibrio parece nunca encontrarse, y la tendencia de la reacción parece moverse hacia la formación de productos o reactivos de un modo periódico, o en algunos casos caótico. Para ser sinceros y concretar, no estamos hablando de una reacción aislada, sino de un sistema de varias reacciones químicas con muchos intermediarios complejos (alrededor de 18 reacciones parciales), que muestran una oscilación temporal en la cantidad de ciertos intermediarios de un modo visible. Aquí podéis ver un ejemplo visual y comprender por qué  ha atraído durante mucho tiempo a los investigadores.



    De un modo general se puede decir que lo que acabáis de ver es una reacción redox en la se genera autocatalíticamente bromo molecular de color rojo, y por otra parte de consume para generar iones bromuro. Después de una serie de reacciones intermedias los productos de una reacción se convierten en los reactivos de otra, que a su vez genera los reactivos iniciales. Existen muchas variantes de este tipo de reacciones químicas oscilantes pero para que comprendáis la complejidad os pego un ejemplo:

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    El comportamiento aparentemente cíclico e infinito de este tipo de reacciones hizo difícil su aceptación por la comunidad científica, debido esencialmente a la incomprensión del proceso. Como muchos de vosotros estaréis carcomiéndoos por dentro y rezando al dios de la física, os diré que no estamos ante un caso mágico de violación de la segunda ley, sino ante un sistema que se encuentra lejos del equilibrio y cuya naturaleza permite prolongar mucho en el tiempo la reacción (aunque no indefinidamente), lo que le permite este comportamiento inusual.

    ¿A que es sumamente excitante como la química pone a prueba nuestra astucia? Un abrazo y seguid siendo concienciudos.

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