lunes, 30 de enero de 2012

Falsificaciones... también en química

Las grandes marcas tienen un gran frente de batalla en las falsificaciones e imitaciones de sus productos: ropa, bolsos, relojes, juguetes, electrónica... de casi cualquier producto es posible encontrar la copia o imitación de bajo precio y peor calidad. Lo mismo ocurre en el mercado de los productos químicos. Muy conocidos son las viagras "fake" o "counterfeit" y el mercado negro de medicamentos "ilegales". Quizás sea menos conocido el mercado de "falsos" pesticidas a pesar del enorme volumen de ventas y dinero que representa. Sobre este tema la RSC (Royal Society of Chemistry) publicó el pasado 24 de enero un interesante editorial.

Según el artículo, la Europol estima que hasta una cuarta parte de los pesticidas vendidos en Europa pueden ser falsos o no corresponderse con lo esperado, suplantando a marcas de reconocido prestigio y generando un mercado de cientos de miles de millones de dólares. La producción de estas "copias" tiene lugar principalmente en Asia, concretamente en China el correspondiente ministro de agricultura ha anunciado medidas para tratar de atajar este floreciente mercado.

Un artículo muy interesante en el que se pone de manifiesto los riesgos de este tipo de productos, la falta de control y el origen de este mercado "negro".

miércoles, 25 de enero de 2012

Fractales (I)

El término fractal fue propuesto en 1975 por B. Mandelbrot. Un fractal será un objeto cuya dimensión de Hausdorff–Besicovitch es mayor que su dimensión topológica. Leido así parece más complicado de lo que realmente es. Para aclararlo se suele recurrir a uno de los ejemplos clásicos del propio Mandelbrot: How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension1. Abreviando: ¿Cuánto mide la costa británica?

En lineas generales el trabajo describe el problema de medir el perímetro de una linea de costa. Si lo medimos con una "regla" de un kilómetro obtendremos un valor (aplicamos la regla de punto a punto de la costa, contamos el número de "pasos" y multiplicamos por el valor del "paso").

Britain-fractal-coastline-combined
By originals made by Avsa mixed by Acadac [GFDL (www.gnu.org/copyleft/fdl.html)
or CC-BY-SA-3.0 (www.creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Si empleamos una regla más pequeña obtendremos un valor mayor pues serán accesibles detalles o accidentes de la costa que antes no podíamos medir. Por lo tanto la medida a cada escala será:
En esta ecuación LR es la medida de longitud a la escala R, nR es el número de "pasos" a esa escala y RD es el valor de la escala elevado a la dimensión tipológica (para el caso del perímetro de la costa D=1). La cuestión es que en un objeto fractal nR crece más rápido de lo que disminuye R por lo que el resultado tiende a infinito. En un objeto no fractal, en este caso de dimensión 1, nR es inversamente proporcional al valor de R por lo que la medida tiende a un número finito a medida que R disminuye.
Great Britain Box
By Prokofiev (Own work) [CC-BY-SA-3.0 (www.creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
or GFDL (www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons
Si tratásemos de medir el área utilizariamos un recubrimiento de cuadrados de lado R y el resultado sería el número de cuadrados para cubrir la superficie por el área de los mismos:

En esta ecuación AR es la medida del área a la escala R, nR es el número de "pasos" a esa escala y R2 es el valor de la escala elevado a la dimensión tipológica (para el caso del área de la costa D=2). En este caso nR crece más "lento" que R2 a medida que R disminuye por lo que el resultado tiende a 0. Nuevamente si el objeto fuera no fractal nR es inversamente proporcional a R2 y la medida tendería a un número finito al disminuir R.

Por definición la dimensión topológica es 1 pero su "medida" en ese espacio tiende a infinito. Si tratamos de medir su área (dimensión topológica 2) sería nula, por lo tanto se comporta como un objeto que tiene dimensión entre 1 y 2. La dimensión fractal sería el exponente de la proporcionalidad entre nR y R:

que puede calcularse como:


El objeto fractal por lo tanto nos irá desvelando más detalles a medida que nuestra medida se hace más fina, a medida que nos "acercamos". Pero no sólo eso. Un fractal además es "auto-similar" (self-similarity): sus partes tienen la misma forma/estructura/aspecto que el todo. Pensemos por un momento en algo tan poco sofisticado como una coliflor, si la miramos desde lejos puede tener el aspecto de una esfera deformada, a medida que nos acercamos veremos más y más detalles. Si nos fijamos y arrancamos una de sus ramas veremos que el aspecto general es igual que el de la coliflor completa, por ejemplo en la imagen vemos una variedad de col llamada Romanescu, vemos como cada una de las estructuras es una copia en miniatura de la estructura general, es un ejemplo de fractal en la naturaleza.

Continuará.


P.S. El tratamiento matemático no es seguramente riguroso ni correcto al 100% pero una aproximación más formal queda fuera del objetivo de la entrada

Notas:

1 Benoît Mandelbrot, 1967, How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension. Science, New Series, Vol. 156, No. 3775. (May 5, 1967), pp. 636-638. doi:10.1126/science.156.3775.636

martes, 24 de enero de 2012

Chicle y química

El nombre chicle procede de la goma de látex del chicozapote (Achras zapota), planta selvática centroamericana. Se cuenta que el presidente de México Antonio López de Santa Ana (1797-1876) entregó unas muestras de este chicle a Thomas Adams para ver de utilizarlo como posible sustituto del caucho. Viendo que no era viable, Adams decidió cortarlo en tiras y venderlo como goma de mascar, marcando el nacimiento de la Adams N. Y. Chewing Gum. Este chicle fue desplazado por polímeros sintéticos en los años 40. Primero fueron polímeros de isopreno, a los que siguieron los de isobutileno, acetato de polivinilo, laurato de polivinilo y copolímeros butadieno-estireno y butadieno-isopreno. Pero además de la goma base en la formulación de un chicle moderno pueden entrar entre 15 y 30 ingredientes distintos: edulcorantes, saborizantes, emulgentes, humectantes, colorantes y antioxidantes. Los humectantes impiden que la goma se seque en exceso y quede dura. Los emulgentes dan una textura suave y permiten que al masticar la mezcla sea homogénea. Y también pueden añadirse ingredientes especiales con algún tipo de actividad beneficiosa: flúor, vitaminas, sustancias para prevenir el mareo…

(El texto está extraido de "Cien preguntas, cien respuestas sobre Química", editado con motivo del Año Internacional de la Química por la Junta de Andalucía en el que colaboré con algunas de las preguntas)

domingo, 22 de enero de 2012

Sensibilidad y límite de detección

En química analítica hay dos conceptos de gran importancia y que generalmente pueden confundirse uno con otro. Los problemas a los que se enfrenta la química analítica y la demanda social y económica hace que sean necesarios métodos de análisis capaces de detectar concentraciones cada vez más pequeñas, p.ej. contaminantes en agua o alimentos, análisis toxicológico, control de materiales de muy alta pureza... Precisamente con esta capacidad de lidiar con pequeñas concentraciones es con lo que se relacionan los dos conceptos.

Si tuviéramos que dar una definición de ambas podríamos decir que la sensibilidad es el cambio mínimo en la concentración que puede detectarse de forma significativa y el límite de detección es la mínima concentración que podemos determinar... para alguien no acostumbrado a trabajar con ambos términos seguro que no resultan muy esclarecedoras. Con un poco de imaginación podemos idear un experimento (imaginado) que simplifique el entendimiento de las dos.

Pensemos por un momento en un camarero que, con los ojos tapados, lleva una bandeja vacía sobre su mano. Con cuidado vamos poniendo sobre la bandeja algún material que pese muy poco, por ejemplo monedas de céntimos. Si ponemos solo una seguramente el camarero no podrá diferenciar entre la bandeja vacía y la que tiene una moneda, si vamos añadiendo más monedas llegará el momento en que detecte que la bandeja pesa más, este sería el límite de detección. Supongamos ahora el mismo camarero y una bandeja con algunas monedas (por encima del límite de detección), añadiremos poco a poco más monedas y llegará el momento en que el camarero detecte el cambio de peso, el número de monedas para que el cambio sea apreciable es la sensibilidad.

Para una definición más completa puede consultarse cualquier libro de química analítica o análisis instrumental (p.ej. Fundamentos de química analítica, Douglas A. Skoog Donald M. West)

sábado, 21 de enero de 2012

Félix Goñi, entrevista en El Correo

Una serie tras otras de afortunadas reflexiones y sentido común, Félix Goñi entrevistado en el Correo. Sólo el título ya merece un aplauso: "La medicina alternativa no es medicina"...

Cito algunas partes:

Todos los alimentos que llegan a nuestra mesa han pasado por un montón de controles que antes no existían. La comida es infinitamente más sana y, curiosamente, también es mucho más barata. El porcentaje del presupuesto familiar que se dedica a la comida es mucho menor que hace 50 años porque los alimentos se han abaratado en comparación con el coste de la vida
[...]
Hay hambre porque hay injusticia. Hace cien años en Bilbao -como en Viena y en París-, moría en el primer año de vida un bebé de cada cinco. Ahora, mueren tres de cada mil. En general, cualquier tiempo pasado fue peor.
[...]
¿Por qué ha descendido tan espectacularmente la mortalidad infantil? Por la alimentación artificial y por las vacunas y otras normas higiénicas.
Algunas de las afirmaciones son rotundas y categóricas, p.ej. cuando afirma: "La idea de que las vacunas son peligrosas es ridícula y tiene su origen en la ignorancia". Es que no se puede decir más claro, las corrientes antivacunas precisamente se basan en eso. Personas que no saben, no quieren saber o quieren creer y otros que les dan lo que quieren. La presencia de un bueno y de un malo y la ausencia de juicio.

viernes, 20 de enero de 2012

Velocidad de reacción y temperatura


La cinética química estudia la velocidad de las reacciones químicas y como esta se afecta por diferentes factores. A partir de métodos experimentales pueden medirse las velocidades y llegar a ecuaciones que relacionan estas con las diferentes variables experimentales. Una de estas variables es la temperatura y, normalmente, un aumento de la temperatura implica una mayor velocidad de reacción.

El efecto de la temperatura queda reflejado en la ecuación de Arrhenius que tiene la forma:
En esta ecuación k es la constante de velocidad, A un factor de frecuencia, E la energía de activación, R la constante de los gases y T la temperatura... complicado ¿verdad?... Pues lo que sí es muy sencillo es realizar un pequeño experimento que nos demuestre el aumento de la velocidad con la temperatura y además sin tener que recurrir a costosos materiales o reactivos, vamos a ello.

Necesitaremos dos vasos transparentes, agua fría (cuanto más fría mejor), agua caliente (cuanto más caliente mejor, pero cuidado con las quemaduras) y una pastilla efervescente en dos mitades (medicamentos o sales para baños)... un equipamiento digno de la NASA. Procedemos a llenar los dos vasos con las mismas cantidades de agua y en cada uno de ellos ponemos una parte de la tableta efervescente y a mirar y comparar... muy rápido y sencillo



martes, 17 de enero de 2012

Sobre la fricción o rozamiento

Tras leer una noticia sobre un trabajo relativo a la fuerza de rozamiento en coches (VTT Technical Research Centre of Finland. "One-third of car fuel consumption is due to friction loss." ScienceDaily, 12 Jan. 2012. Web. 17 Jan. 2012) recordé un capítulo del libro "Física Recreativa"de Y. I. Perelman (Editorial MIR... otro día comento algo más sobre esta) en el que se describía como sería un mundo sin rozamiento.

Según los autores del trabajo original (Kenneth Holmberg, Peter Andersson, Ali Erdemir. Global energy consumption due to friction in passenger cars. Tribology International, 2011; DOI: 10.1016/j.triboint.2011.11.022) en un automóvil se invierte el 28% de la energía proporcionada por el combustible en vencer diferentes fuerzas de fricción (en motores de explosión, en los motores eléctricos esta cantidad es menor). Si se consigue minimizar el rozamiento aumenta la eficiencia del motor y por lo tanto disminuye el consumo de combustible. La disminución del rozamiento es por lo tanto de gran interés desde los puntos de vista económico y medioambiental, pero, ¿sería deseable un mundo donde no existiera el rozamiento?. Perelman nos lo describe de forma magistral:

Los ingenieros procuran evitar el rozamiento en las máquinas, y hacen bien. En la Mecánica aplicada se habla del rozamiento como de un fenómeno muy pernicioso, y esto es cierto, pero solamente dentro de los límites de un estrecho campo especial. En todos los demás casos debemos estar agradecidos al rozamiento. El nos da la posibilidad de andar, de estar sentados y de trabajar sin temor a que los libros o el tintero se caigan al suelo o de que la mesa resbale hasta toparse con algún rincón o la pluma se nos escurra de entre los dedos.
[...]
Imaginémonos que el rozamiento se puede eliminar por completo. En estas condiciones, los cuerpos, tengan las dimensiones de una peña o las de un pequeño granito de arena, no podrán apoyarse unos en otros: todos empezarán a resbalar o rodar y así continuarán hasta que se encuentren a un mismo nivel.
[...]
A esto podemos añadir, que si no existiera el rozamiento los clavos y los tornillos se saldrían de las paredes, no podríamos sujetar nada con las manos, los torbellinos no cesarían nunca, los sonidos no dejarían de oírse jamás y producirían ecos sin fin, que se reflejarían en las paredes sin debilitarse.
Si volvemos al ejemplo del coche: no podríamos girar el volante pues nuestras manos resbalarían, no podríamos movernos en el asiento sin que ello supusiera el peligro de caer de él, ni siquiera podrían mantenerse unidas las piezas que dependan de tornillo, clips o ajustes. Si no existiera el rozamiento entre las ruedas y el suelo estas girarían libremente sin impulsar al coche y este último se deslizaría hasta el nivel más bajo posible o hasta que encontrara un obstáculo, y aún así podría "resbalar" y seguir cayendo. Por supuesto, si consiguiéramos circular los frenos serían del todo inútil... por lo tanto un poco de rozamiento nunca viene mal.


domingo, 15 de enero de 2012

Poco, muy poco o casi nada

En química (y en otras ramas de la ciencia) es muy común tener que trabajar con números extremadamente pequeños, un ejemplo lo constituye el control antidopping. En este campo de trabajo hay que ser capaz de medir con fiabilidad cantidades extremadamente pequeñas de los posibles agentes dopantes o sus metabolitos.

En el año 2010 saltó la noticia de un supuesto caso de dopaje de Alberto Contador durante el Tour de Francia. La difusión y cobertura de este caso fue muy amplia y se llegó a dar incluso la concentración de clembuterol hallada en la sangre del ciclista (p.ej. en esta noticia del periódico El País): 50 picogramos por ml (o como lo expresaría un químico 50 pg/ml).

Picogramos… supongamos que queremos tratar con una cantidad extremadamente pequeña de materia, digamos que 0,001 g (g indica gramos, no es una abreviatura sino el símbolo internacional para gramos), esto es la milésima parte de un gramo. En este caso nos es más fácil hablar de miligramos: mg. Esta "m" representa por lo tanto dividir entre mil la unidad a la que precede (o lo que es lo mismo: multiplicar por 10-3), es un divisor para trabajar con submúltiplos de las unidades que nos interesen, p. ej. ml es la milésima parte de un litro. El sistema internacional tiene toda una serie de submúltiplos (para "empequeñecer") y de múltiplos (para "agrandar"), la tabla siguiente recoge alguno de ellos (la tabla completa la puedes encontrar por ejemplo en Wikipedia):

NombreSímboloOperaciónResultado
Peta P ·1015 1 000 000 000 000 000
Tera T ·1012 1 000 000 000 000
Giga G ·109 1 000 000 000
Mega M ·106 1 000 000
kilo k ·103 1000
ninguno 1 1
m m·10-3 0,001
micro µ·10-6 0,000 001
nano n·10-9 0,000 000 001
pico p·10-12 0,000 000 000 001
femto f·10-15 0,000 000 000 000 001


Volvamos a los 50 picogramos (a partir de ahora pg). Un picogramo son 10^-12 gramos, o, lo que es lo mismo 1 gramo dividido entre 1 000 000 000 000, o de otra forma: 0,000 000 000 001 g. En la sangre de Contador por la tanto pudieron encontrar 50 pg en la milésima parte de un litro, eso es una cantidad pequeña, muy pequeña, tan pequeña que difícilmente podemos hacernos una idea. Esta es a veces una de las tareas de los químicos analíticos, ser capaces de medir cantidades extremadamente pequeñas, tan pequeñas que son difícil de imaginar.

Podemos hacer un pequeño ejercicio y trasladar esta "pequeñez" al mundo "real", a magnitudes a las que estamos más acostumbrados. Lo hacemos por etapas que así es más claro.

Primero: ¿Cuánta sangre tiene un humano? En el caso de los hombres adultos entre 5 y 6 litros, supongamos que son unos 5,5 litros, si los pasamos a mililtros: 5500 ml.

Segundo: ¿Cuanto clembuterol había (supuestamente) en total en la sangre? Si había 50 pg por ml habrá que multiplicar por el volumen total de sangre para conocer el total de clembuterol: 5500·50=275000 pg (esto parece mucho… ya veremos)

Tercero: ¿275000 pg es mucho, poco o poquísimo?: 275000 pg serían 0,000000275 g y esto ya parece que es muy poco. Tantos ceros después de la coma ya nos hacen sospechar pero podemos verlo desde otra perspectiva, cambiar la pregunta y entonces hacernos a la idea de la pequeñez de lo que tratamos.

Cuarto: ¿Si tuviéramos un gramo de clembuterol entre cuantos ciclistas habría que "repartirlo" para llegar a los 50 pg/ml? Muy fácil, un gramo entre n ciclistas debe ser igual a 275000 pg:


1g/n=0,000000275 g (siendo n el número de ciclistas)


y esto resulta en n=3 636 363,636 o redondeando unos 3 600 000, más de tres millones y medio para un sólo gramo, ¡Cómo cunde el clembuterol! con sólo dos granitos tendríamos de sobra para "dopar" a toda la comunidad de Madrid… y eso sí que son cantidades pequeñas.

sábado, 14 de enero de 2012

Citando

Esto comienza citando y además por duplicado. Según la RAE citar consiste en "Referir, anotar o mencionar los autores, textos o lugares que se alegan o discuten en lo que se dice o escribe" y esta es ya la primera cita.

Citar es muy importante en el mundo científico. Al citar se muestran las bases sobre las que se sustenta nuestro trabajo y es una muestra del avance paso a paso del conocimiento. Además las citas darán mayor o menor relevancia a los trabajos y publicaciones científicas de forma que se han convertido en indicadores de la calidad de la producción científica, pero esa es otra historia...

La segunda cita corresponde a un interesante artículo de opinión publicado por Santiago Lamas, profesor de Investigación del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC), en el País el 9 de Enero de 2012, todo un regalo de reyes. En este artículo el párrafo final debería ser de obligada lectura y cumplimiento por toda nuestra clase política:
Conseguir una formación en biomedicina o en cualquier otra área de la ciencia del nivel de los candidatos presentados es una tarea de muchos años, mucho esfuerzo personal y social y una cantidad no desdeñable de inversión pública en su educación. Educación, esta es la palabra, no lo olviden. Educación para la ciencia y su aplicación tecnológica. Educación para la innovación. Educación para no dilapidar el esfuerzo de inversión hecho hasta ahora, educación para la productividad y la responsabilidad. Educación para la ética, la política, la toma de decisiones justas y el análisis crítico. Educación para sensibilizar a la población y transformar definitivamente una cultura que tan poco proclive ha sido a la investigación durante siglos. Educación para el conocimiento de nosotros mismos, educación para la solidaridad. La educación como valor de cambio en los mercados. Créanme, por favor, no es la economía, es la educación.