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9 de diciembre de 2020

¿De qué está formado el cuerpo humano?

Lo primero que nos viene a la mente son los átomos. 

Podemos empezar diciendo que nuestro cuerpo está formado por átomos.



Los átomos y el vacío

Nuestros cuerpo está formado básicamente por cuatro tipos de átomos: hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno.

Los átomos están formados por los electrones. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo. 

Un núcleo está formado por protones y neutrones. Un protón está formado por cuatro quarks, un neutrón está formado por dos quarks. Los quarks están undos por un «pegamento»: los gluones.

Pero... nos olvidamos de un aspecto mucho más importante: la nada.

De lejos, el mayor constituyente de ti es la nada, el vacío.

Veamos: el átomo más simple de nuestro cuerpo: el átomo de hidrógeno. 

Este átomo tiene un núcleo, y a su alrededor hay un electrón. Entre el núcleo y el electrón hay grandes cantidades de nada. El átomo de hidrógeno es un 99,9999999999996% de espacio vacío.

Si el átomo de hidrógeno tuviera el tamaño de la Tierra el núcleo tendría unos 200 metros de diámetro y el resto sería todo espacio vacío: el núcleo sería como el tamaño de un colegio nacional... ¡nada más!, ¿y el resto? El resto sería espacio vacío.

Si tu peso fuera de 70 kilos el número de átomos en tu cuerpo sería de 7.000 cuatrillones (se escribe un 7 seguido de 27 ceros).

Y aún así el 99% de tu peso estaría compuesto por solo seis clases de átomos: tenemos 65% de oxígeno, 18% de carbono y 10,2% de hidrógeno.

Podemos añadir una pequeña cantidad de nitrógeno (3,1%), una pizca de calcio para esos huesos (1,6%), y algo de fósforo (1,2%).

Agregamos 0,25% de potasio y sulfuro y porcentajes más ínfimos de sodio, magnesio y cloro, y ya llegamos al 99,95%.

La historia de nuestros átomos

Cada átomo en ti vino de otra parte. 

Los átomos de tu cuerpo se reemplazan constantemente en diferentes ritmos. Algunos permanecen horas, otros años. Pero al cabo de 10 años la mayoría ya han sido sustituidos.

Y solo hay dos formas en que los átomos pueden entrar a tu cuerpo: a) a través del aire que respiras, y b) de la comida y bebidas que consumes.

En otras palabras: los átomos que llegaron a tu cuerpo vienen del aire, las plantas, los animales y los minerales.

Si pudiéramos seguir la trayectoria de un átomo a través de la historia, este habría estado incorporado muchas veces en otros animales y plantas. De hecho, tus átomos han estado en todo tipo de vida, desde árboles hasta el césped, perros e insectos, dinosaurios y bacterias, hasta personajes históricos.

Con la excepción de algunos átomos producidos por la desintegración radioactiva, cada átomo de tu cuerpo existía cuando la Tierra se formó hace 4.500 millones de año.

Pero, si tus átomos ya existían cuando se formó la Tierra, ¿de dónde vienes?

El Sistema Solar se formó a partir de gas y polvo espaciales que, a su vez, solo podrían haber tenido dos fuentes.

El primero de ellos es, efectivamente, el Big Bang de hace unos 13.800 millones de años, responsable de la producción de hidrógeno.

El resto de los átomos se produjeron en estrellas, que luego explotaron en vastas convulsiones cósmicas conocidas como supernovas.


Con información de BBC Mundo

25 de noviembre de 2019

Casma (Perú): Descubren pirámide de unos 5,000 años de antigüedad en Sechín

Investigadores hallaron también restos óseos.


Una estructura arquitectónica, similar a una pirámide con aparentes fines ceremoniales y de por lo menos unos 5,000 años de antigüedad, fue hallada gracias a los trabajos de excavación que se realizan en el complejo arqueológico Cerro Sechín, en la provincia ancashina de Casma.
Se trata de una arquitectura escalonada de barro, de por lo menos 3.20 metros de altura y 5 metros de ancho. Para llegar a ubicarla el equipo de arqueólogos y trabajadores del Proyecto Arqueológico Sechín tuvieron que excavar unos seis metros de profundidad y retirar gran cantidad de piedras de relleno.
La arqueóloga Mónica Suárez Ubillús, coordinadora del Proyecto Arqueológico Sechín, precisó que la pirámide se encuentra ubicada dentro en la parte sur central, dentro del edificio principal, por lo que se presume que haya sido empleada para fines ceremoniales.

Asociadas a esta infraestructura el equipo de investigadores también ha descubierto dos cráneos, uno de adulto y el otro de niño en los peldaños inferiores; mientras que al costado un cuerpo desmembrado; lo que hace que la teoría de prácticas ceremoniales cobre más fuerza.
Sobre la estructura escalonada en forma de pirámide, la investigadora afirmó que es muy posible que haya servido de escalera para acceder a un nivel superior.
“Hay un muro de abobe en la parte superior, y en el barro se nota de las huellas de los Sechín, que al parecer las habrían dejado como símbolo de su trabajo”, relató.
Los análisis a los que serán sometidos estos restos óseos, detalló Suárez Ubillus, serán realizados en el extranjero y oscilan entre los 250 a 500 dólares por cada muestra.

Con información de: 

25 de marzo de 2018

La corta infancia de las galaxias

Galaxias jóvenes rotantes observadas por ALMA sobre una imagen tomada por el Hubble.

Nuevas observaciones de galaxias remotas muestran que, cuando el universo tenía tan sólo 800 millones de años de edad, las galaxias existentes ya habían formado discos rotantes similares al de nuestra Vía Láctea. La evolución temprana de las primeras galaxias tuvo que ser muy rápida.

Tiempos turbulentos

Tras el Big Bang, que tuvo lugar hace 13.800 millones de años, el universo era mucho más denso que el que conocemos hoy. Las galaxias se formaron de manera paulatina, primero mediante la agregación de masas nebulosas de geometría irregular. Después las colisiones entre las primeras galaxias en aquel universo más denso fueron dando lugar a estructuras mayores y mucho más ordenadas como nuestra Vía Láctea.

El universo temprano era, pues, turbulento y caótico y uno esperaría que aquellas primeras galaxias fueran igualmente desordenadas y turbulentas. Resulta sumamente afortunado que muchas de esas galaxias tan jóvenes puedan ser observadas hoy tal y como eran en su juventud. Algunas de éstas están situadas a la vertiginosa distancia de 13.000 millones de años luz, es decir, la luz que recogen hoy nuestros telescopios fue emitida desde estas galaxias hace 13.000 millones de años, cuando el universo tan solo tenía 800 millones de edad.

Estas galaxias tan remotas aparecen como unos diminutos puntos rojos en las imágenes más profundas de las tomadas por el telescopio espacial Hubble, no es posible distinguir ningún detalle en ellas. Sin embargo, desde hace unos meses el radiotelescopio gigante ALMA en el desierto de Atacama sí que puede examinar estas galaxias con mayor detalle, investigando su estructura con un poder de resolución de unos miles de años luz.

Galaxias remotas observadas en el Campo profundo del Hubble

Carbono ionizado

Renske Smit, de la Universidad de Cambridge, ha utilizado el telescopio ALMA para observar la emisión del carbono ionizado en dos de estas galaxias remotísimas (su desplazamiento hacia el rojo es z=6,8). Lo primero que sorprende es que las estrellas de estas galaxias hayan tenido tiempo para formar carbono, mediante reacciones nucleares en su interior, y de formarlo en una abundancia suficiente. Las observaciones demuestran así que los elementos necesarios para la vida estaban ya presentes en los albores del universo.

Lea el artículo completo en:

El Mundo Ciencia

19 de enero de 2016

Los icebergs gigantes fertilizan el mar y fijan CO2

El estudio de las imágenes por satélite tomadas entre 2003 y 2013 ofrece una sorpresa: los gigantescos pedazos de hielo que se desprenden de la Antártida contribuyen a fijar una parte importante del dióxido de carbono de la atmósfera.


Imágenes del Iceberg B-09B tomadas por el satélite Aqua en la Antártida - Foto NASA

Parece una paradoja, pero los pedazos de hielo que se desprenden de la Antártida como consecuencia del calentamiento global podrían estar contribuyendo a su vez a eliminar CO2 de la atmósfera. El equipo de Grant Bigg  ha analizado 175 imágenes tomadas desde el satélite entre 2003 y 2013 en los océanos del sur del planeta y los resultados indican un aumento de la producción de fitoplancton asociada a la presencia de los icebergs de más de 18 kilómetros que se separan del continente antártico.
Los icebergs contienen hierro y nutrientes que fertilizan el mar
"Hemos detectado un aumento sustancial de los niveles de clorofila, con un radio típico de entre 4 y 10 veces la longitud del iceberg", asegura Bigg. "Este nuevo análisis revela que los icebergs gigantes juegan un papel importante en el ciclo de carbono de los mares del sur". El estudio de las imágenes se basa en el análisis del color, que es un indicador de la actividad de los microorganismos en la superficie. Cuando uno de estos gigantes de hielo se derrite, el hierro y otros nutrientes que contiene fertilizan el mar, de modo que aumenta la población de fitoplancton y otros organismos que contribuyen a la fijación del carbono atmosférico en el lecho marino.



Los autores del trabajo, publicado en Nature Geoscience, calculan que estos icebergs son responsables del almacenamiento del 20 por ciento del carbono en el hemisferio sur del planeta. Las pruebas sugieren que hasta una décima parte de la fijación de carbono del planeta se produce en estos océanos y que los icebergs tienen un papel principal, a pesar de que estudios anteriores decían lo contrario "Si el desprendimiento de icebergs aumenta en este siglo como esperamos, esta retroalimentación negativa del ciclo del carbono puede ser más importante de lo que esperábamos antes", incide Bigg.

Referencia: Enhanced Southern Ocean marine productivity from fertilization by giant icebergs (Nature Geoscience) DOI 10.1038/ngeo2633
Tomado de:

11 de septiembre de 2015

Por primera vez se fabrica el estaneno


Dibujo20150803 stanene - 2d layer tin atoms - microscope image - nature materials
El estaneno es un material bidimensional (una hoja monoatómica de estaño, Sn, con un solo átomo de grosor). Se predijo su existencia en el año 2013 y se ha logrado fabricar mediante crecimiento epitaxial sobre una superficie de telurato de bismuto (Bi2Te3). Por ahora no se han podido confirmar si sus propiedades electrónicas son las predichas por los modelos teóricos. Este primo del grafeno (C) se une al club junto al siliceno (Si), fosforeno (P) y germaneno (Ge).

El artículo es Feng-feng Zhu et al., “Epitaxial growth of two-dimensional stanene,” Nature Materials, AOP 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nmat4384; me he enterado gracias a Chris Cesare, “Physicists announce graphene’s latest cousin: stanene,” News, Nature, 03 Aug 2015, doi: 10.1038/nature.2015.18113. Recomiendo leer “Más allá del grafeno,” LCMF, 03 May 2015.


Dibujo20150803 Atomic structure model for the 2D stanene - nature materials

Según los modelos teóricos las propiedades de conducción de la electricidad del estenato son excepcionales. Su termoelectricidad casi ideal permite que a temperatura ambiente los electrones se muevan sin disipar calor. Esto implica que este material bidimensional sería ideal para desarrollar circuitos eléctricos de bajo consumo. Por desgracia esta propiedad no se ha podido confirmar usando las muestras fabricadas hasta el momento.

Dibujo20150803 Electronic structures of stanene film - nature materials

El estaneno según los modelos teóricos es un aislante topológico excepcional. Debería presentar superconductividad topológica. Además del efecto Hall cuántico anómalo a temperatura ambiente. Lo que si se confirmara haría que fuera un material mucho más prometedor que el grafeno en muchas aplicaciones. De hecho, también sería útil en espintrónica por el papel del espín en la propagación de ondas de electrones (cuasipartículas). Pero seamos cautos, todavía no se ha podido confirmar que el estaneno fabricado sea un aislante topológico ni que posea todas estas maravillosas propiedades. Por supuesto, se está desarrollando una intensa investigación con objeto de comprobarlo.

Dibujo20150803 omparison between DFT calculations and experiments - statnene - nature materials

La resolución de los experimentos (figura a la derecha) todavía es insuficiente para verificar las propiedades predichas por los modelos teóricos basados en la teoría del funcional densidad (figura a la izquierda). Aún así, las propiedades del estaneno son asombrosas. Sin lugar a dudas el estaneno dará mucho que hablar en los próximos

Fuente:

La ciencia de la Mula Francis

23 de noviembre de 2014

Crean el generador eléctrico más pequeño y delgado del mundo

Por primera vez, un equipo de científicos del Georgia Institute of Technology y de la Universidad de Columbia (EEUU) ha logrado demostrar las propiedades piezoeléctricas de un material tan flexible como el grafeno, generando corriente eléctrica mediante deformaciones mecánicas en disulfuro de molibdeno (MoS2), lo que ha dado como resultado el generador eléctrico más fino que se ha logrado hasta ahora.

El estudio, que ha sido publicado en la revista Nature, explica que este material (que se encuentra en la naturaleza en el mineral molibdenita) podría utilizarse para fabricar generadores eléctricos microscópicos que podrían introducirse en la ropa, transformando la energía de nuestros movimientos en electricidad, pudiendo cargar así dispositivos médicos, sensores portátiles y, por supuesto, el móvil.

“Lo realmente interesante es que hemos descubierto que un material como el MoS2, que no es piezoeléctrico en forma bruta [tridimensional], puede convertirse en piezoeléctrico cuando se reduce a una capa de grosor atómico [bidimensional]”, afirma Lei Wang, coautor del estudio.

Esta nueva generación de materiales del futuro podría tener multitud de aplicaciones interesantes y llamativas, como la citada posibilidad de producir electricidad sin necesidad de contar con una fuente externa (mediante la energía de nuestro movimiento corporal) o el diseño de células fotovoltaicas altamente eficientes que fuesen capaces de absorber un rango muy amplio de energía solar.

Fuente:

Muy Interesante

8 de junio de 2014

Descubren en el Congo un tesoro natural del tamaño de Inglaterra


Trubera del Congo

La turba es un material oscuro y esponjoso, como muestra la foto.

Es una enorme turbera –un humedal repleto de materia orgánica a medio descomponer– y fue hallada en una zona remota de Congo-Brazaville, en África.

La ciénaga cubre un área del tamaño de Inglaterra y se calcula que contiene miles de millones de toneladas de turba, algo que los científicos consideran un enorme tesoro natural.
Analizar este material orgánico rico en carbono, dicen los investigadores, puede ofrecer información sobre alrededor de 10.000 años de cambio medioambiental en esta región poco estudiada.

"Es notable que haya partes del planeta que aún son territorios inexplorados", dijo Simon Lewis, de la Universidad de Leeds, en Reino Unido, miembro del equipo que descubrió la turbera.

Turbera en el Congo

Los científicos pasaron tres semanas abriéndose camino entre el agua de la ciénaga.

"Muy poca gente se aventura en estos pantanos ya que son lugares en los que es muy difícil moverse y trabajar".

La búsqueda, sin embargo, comenzó desde el cielo: las imágenes satelitales fueron la primera pista de la enorme turbera tropical.

Una expedición, que partió desde el pueblo de Itanga en abril pasado, confirmó su presencia.

Pies mojados

El equipo de exploradores de la Universidad de Leeds, la Sociedad para Conservación de la Naturaleza en Congo y la universidad congoleña Marien Ngouabi, tuvo que hacer frente a cocodrilos enanos, gorilas y elefantes en su camino.

Pero, según cuentan, el mayor desafío fueron los pies empapados.

"Sólo puedes caminar por estas áreas durante un par de meses en el año, justo al final de la temporada seca, así que debes planificarlo bien. Aun así es húmedo todos los días", relató Lewis.

Científicos en la turbera

La capa de turba se extiende 7m hacia abajo.

"Estuvimos dentro del pantano por tres semanas, y el único momento en que teníamos los pies secos era cuando dormíamos en nuestras tiendas de campaña. Para armar las tiendas, teníamos que construir una plataforma porque el suelo está permanentemente empapado".

Los científicos estiman que la ciénaga cubre entre 100.000 y 200.000 kilómetros cuadrados, y la capa de turba llega a ser de 7m de profundidad.

La formación de la turba es parte del proceso por el que la vegetación se transforma en carbón mineral como resultado de la putrefacción y carbonificación en el agua ácida de pantanos, marismas y humedales.

Los investigadores creen que la turbera descubierta contiene miles de millones de toneladas de este material.

"Las turberas se forman porque la materia vegetal que está en el suelo no está descompuesta del todo", explicó Lewis.

"Requiere ciertas condiciones de lentitud para la descomposición, por eso la mayoría de las turberas están en áreas frías".

"Es raro encontrarlas en los cálidos y húmedos trópicos, por eso este es un hallazgo inusual".

Lea el artículo completo en:

BBC Ciencia

22 de abril de 2014

Grafeno + Agua Salada = Electricidad

El grafeno es una sustancia formada por carbón puro, compuesta por átomos dispuestos en un patrón regula hexagonal similar al grafito, pero con un grosor de un átomo de espesor y un peso de 0,77 miligramos por metro cuadrado. Puede saber más sobre el grafeno aquí.


Las aplicaciones del grafeno parecen ser ilimitadas, desde ordenadores a cubiertas de edificios, vendajes o componentes electrónicos. Recientemente se ha descubierto que si fluye sobre el grafeno agua salada, el resultado es electricidad.

Los últimos avances científicos en el campo de la energía hidroeléctrica, han ido en la línea de empujar los fluidos iónicos a través de un gradiente de presión. El problema es que los gradientes de presión son complicados de generar, por lo que el proceso no es factible para generar grandes cantidades de electricidad. Pero por el contrario, si se arrastra agua salada sobre grafeno se obtiene electricidad, sin la necesidad de emplear un gradiente de presión.

Al empujar el agua sobre el grafeno, su carga se desequilibra. Los electrones de grafeno son desabsorbidos en un punto y absorbidos en otro, generando electricidad por sí mismo.

La velocidad con la que el agua salada se arrastra sobre el grafeno tiene un impacto directo sobre la generación de la electricidad. Cuanto más rápida se desliza el agua más electricidad se obtiene. Por otra parte si se aumenta el flujo del agua, también se incrementa la energía producida.

Actualmente el proceso se genera a nivel nanométrico, pero el sistema podría ser ampliado para su uso a nivel doméstico o industrial.

Vía | Nature

Fuente:

Xakata Ciencia

Lea en los Archivos de CXonocer Ciencia:

Grafeno: el nuevo material más ligero del mundo

Grafeno: el material del futuro

Grafeno: de la mina de un lápiz a las grandes transnacionales


15 de enero de 2014

Grafeno: De la mina de un lápiz a las grandes multinacionales



"Una hamaca hecha de grafeno de un metro cuadrado, aún teniendo un espesor de un solo átomo, podría aguantar el peso de un niño recién nacido o de un gato sin romperse". Discurso de entrega del premio Nobel de Física 2010 a A. Geim y K. Novoselov. Derecha: imagen tomada con microscopio de efecto túnel (STM) de átomos de grafeno. ESISNA

Los descubrimientos científicos son importantes cuando nos enseñan como es el mundo que nos rodea, o cuando dan lugar a una tecnología de uso cotidiano. En algunos campos de investigación, como en el de los nuevos materiales, el paso desde la ciencia a la tecnología, o lo que es lo mismo, desde el laboratorio al mercado, es muy rápido. Así, en pocos años, las pantallas planas hechas de cristales líquidos han pasado de tener un precio imposible a estar en la mayoría de los hogares. Lo mismo podríamos decir de las películas finas de óxidos que cubren las pantallas táctiles de los teléfonos móviles, de los recubrimientos protectores de nuestras gafas de sol, o de las aleaciones duras y ligeras de las que están fabricadas las bicicletas.

Una de las tendencias tecnológicas más importantes es la de reducir el tamaño o la dimensión de los nuevos materiales que se fabrican, de forma que siendo más y más pequeños sean cada vez más potentes. En esta carrera hacia la miniaturización nos encontramos con un límite físico: el del átomo. Aunque el electrón y el núcleo atómico son partículas más pequeñas no pueden utilizarse para crear estructuras tecnológicas. Es así como el átomo se convierte en el ladrillo más pequeño que puede utilizarse en la fabricación de nuevos materiales de dimensiones nanométricas.

Esta reducción del tamaño trae asociada una importante consecuencia: la aparición de los llamados efectos cuánticos, que cambian completamente las propiedades del material. Cuando el espesor es reducido a pocas capas atómicas, éstos dejan de funcionar como cabría esperar y presentan comportamientos anómalos, que pueden aprovecharse para mejorar o cambiar sus propiedades. Es decir, al hacer los materiales más pequeños, también los hacemos diferentes.

Lea el artículo completo en:

El Mundo Ciencia

15 de septiembre de 2013

La Energía Química y la Combustión

Energía química

La humanidad ha utilizado desde su existencia reacciones químicas para producir energía. Desde las más rudimentarias, de combustión de madera o carbón, hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de los modernos aviones o naves espaciales.

Las reacciones químicas, pues, van acompañadas de un desprendimiento, o en otros casos de una absorción, de energía.

¿Cuánta energía puede producir una reacción química? ¿De dónde procede esa energía? ¿Cómo puede medirse y calcularse?

Energía química almacenada
 
La energía es una propiedad inherente a la materia. La materia posee energía almacenada que se debe, por una parte, a la posición o a la altura de un cuerpo (energía cinética) y, por otra, a la naturaleza o las sustancias de que esté hecho el cuerpo al que se hace referencia, ya que a cada elemento o compuesto le corresponde cierta cantidad de energía química almacenada a la que se le denomina contenido energético.

Cuando se lleva a cabo un fenómeno químico, éste va acompañado por una manifestación de energía, ya sea que haya absorción o desprendimiento de ella, debido a la energía química que almacenan las sustancias
Lo anterior significa que, cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera, pues la energía se mantiene constante, es decir, no se crea ni se destruye.

Por ejemplo, al reaccionar metano (gas combustible) con el oxígeno (gas comburente), hay desprendimiento de energía como producto, porque el contenido energético del metano y del oxígeno es mayor al que posee el dióxido de carbono y el agua, que son las sustancias que se forman durante la reacción:

energiaquimica001

Por lo tanto, si, al reaccionar, una o varias sustancias producen otras con mayor contenido energético, habrá absorción de energía por parte de los reactivos, como lo muestra la siguiente reacción de fotosíntesis:

energiaquimica002


Las sustancias de gran contenido energético se utilizan como combustible, ya que al reaccionar con el oxígeno se genera una gran cantidad de energía en forma de luz y calor.

Alimentos
 
Los alimentos también almacenan energía química y mediante éstos los organismos obtienen la energía necesaria para vivir, es decir, para formar y renovar tejidos, mantener su temperatura, realizar trabajo muscular, etcétera.

Los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos (grasas), las proteínas y las vitaminas, a los cuales se les denomina biogenésicos (por ser de origen orgánico); otros nutrimentos de origen inorgánico son el agua y los minerales como el sodio, el fósforo, el azufre, el cloro, el cobalto, el manganeso y el zinc.

Los organismos utilizan los alimentos para obtener de ellos energía y nutrimentos; estos últimos son descompuestos para ser utilizados en el crecimiento y restauración celular. A este proceso de transformación se le denomina metabolismo.

La energía que se puede metabolizar a partir de los carbohidratos es de 4 kcal por gramo; de los lípidos, de 9 kcal por gramo y, de las proteínas, de 4 kcal por gramo. Se recomienda que en una dieta adecuada se ingieran alimentos que proporcionen aproximadamente 3.000 kcal por día (según la actividad física que se desempeñe), que contengan, de manera balanceada, todos los nutrimentos. Por ejemplo: 75 g de proteínas, 80 g de lípidos y de 400 a 500 g de carbohidratos. Además, se debe considerar que el agua es muy importante como nutrimento y que los seres humanos necesitan de 2 a 2,5 litros  por día, aunque los alimentos también proporcionan una cantidad proporcional de ella que se conoce como agua metabólica.
Es necesario recordar que los organismos obtienen energía a través de un mecanismo autotrófico o heterotrófico.

El mecanismo autotrófico es propio de las plantas, algas y cianobacterias que, a partir de dióxido de carbono y energía luminosa del Sol, producen oxígeno y glucosa. De esta última se forman moléculas más complejas.

El mecanismo heterotrófico es propio de organismos como los de los animales; éstos ingieren el alimento previamente elaborado (carbohidratos, lípidos, etcétera), sus células lo oxidan mediante la respiración y con ello producen CO2, vapor de agua y otras sustancias de desecho.

Eficiencia de un motor de combustión interna
 
Las reacciones químicas de combustión de compuestos de carbono con oxígeno para liberar energía son bien conocidas por todos. Ocurren, por ejemplo, al quemar madera o gas en el horno o bien cuando la bencina de un auto proporciona la energía necesaria para su funcionamiento. Estas reacciones son demasiado violentas y poco controladas para que los organismos vivientes las puedan usar dentro de una célula.

Para que un motor funcione, éste requiere de combustible que, al reaccionar, desprende energía. En el caso del motor de combustión interna, la energía del combustible se transforma en potencia y movimiento, de tal forma que la fuerza producida sirve para hacer funcionar un autobús, una hélice y un generador, entre otras cosas.

El motor de cuatro tiempos es el motor de combustión interna más conocido, y su funcionamiento se lleva a cabo en cuatro etapas, las cuales son:

Primer tiempo (admisión): tiene lugar la penetración de una mezcla de combustible y aire a la válvula de admisión, al bajar el pistón.

Segundo tiempo (compresión): el pistón sube y comprime la mezcla al reducir el volumen.

Tercer tiempo (explosión): al encender la bujía, ésta provoca la explosión de la mezcla; en este momento el pistón es empujado y baja.

Cuarto tiempo (expulsión): los gases producidos por la explosión son expulsados a través de la válvula de expulsión; en este momento el pistón baja.

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Representación esquemática del funcionamiento de un motor de cuatro tiempos.

La combustión

La combustión es una oxidación violenta, la cual, a su vez, desprende energía en forma de calor y luz. Los principales productos de ella son: el CO2, el vapor de agua y la energía.

Ejemplos de este proceso son la combustión del gas de la estufa, de la leña, y del carbón. En todos estos fenómenos se presenta una oxidación y, por lo tanto, también tiene lugar una reducción, ya que cuando se produce la combustión de una de estas sustancias, el oxígeno se reduce ganando electrones y el elemento que se oxida los pierde.

En el organismo de los seres vivos existen procesos de "combustión orgánica", los cuales se denominan así por la similitud que guardan con los productos obtenidos. Sin embargo, no son propiamente combustiones, pues no son, oxidaciones violentas.

Un ejemplo de éstas es la degradación de la glucosa que, durante la respiración celular, produce CO2, H2O y energía, de acuerdo con la siguiente reacción:

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En esta ecuación se observa que cada átomo de oxígeno "gana" 2 electrones (se reduce) y el carbono "pierde" 4 electrones (se oxida).

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La oxidación del gas butano es una combustión inorgánica, ya que no se efectúa en los seres vivos. Su reacción es la siguiente:

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Energía química en el organismo

Las células requieren energía para llevar a cabo la mayoría de los procesos biológicos. La energía proviene de los alimentos que ingerimos.

El oxígeno presente en el aire que respiramos se combina con los átomos de carbono e hidrógeno presentes en las moléculas de los alimentos liberando energía y formando después de numerosos pasos dióxido de carbono y agua.

La fuente original de alimentos son las plantas verdes. Estas son capaces de utilizar la energía solar, dióxido de carbono del aire y agua para crear moléculas orgánicas complejas formadas mayormente por carbono, hidrógeno y oxígeno y ricas en energía.

Estas moléculas son de tres tipos básicos: carbohidratos, lípidos y proteínas. Cualquiera de estos grupos puede combinarse con oxígeno y generar la energía necesaria para la vida.

Los animales no pueden generar carbohidratos, lípidos o proteínas a partir de las simples moléculas de dióxido de carbono, agua y usando la energía solar. En cambio, se alimentan de plantas que ya han hecho este trabajo o de otros animales que ya se han devorado plantas.

Bioquímica de la respiración celular

La conversión de los nutrientes en energía ocurre durante los llamados procesos de catabolismo. La moneda fundamental de energía dentro de las células es una molécula denominada ATP. La estructura de esta molécula es tal que contiene uniones químicas capaces de liberar mucha energía al partirse.

energiaquimica007

Dos ejemplos fundamentales de catabolismo son:
 
1. Fermentación.
2. Respiración.

La fermentación es un proceso de generación de energía que no depende de la presencia de oxígeno. Los productos finales del proceso son moléculas orgánicas pequeñas como el etanol. Este es el proceso mediante el cual se generan las bebidas alcohólicas.

La respiración es un proceso que sí requiere de oxígeno y que genera mayores cantidades de energía mediante una oxidación completa liberando dióxido de carbono y agua. La energía proviene en definitiva de los alimentos que comemos. Estos son sometidos a diversos procesos enzimáticos que los convierten en moléculas más pequeñas que forman la base de los mecanismos generadores de energía.

Tomado de:

Profesor en Línea

11 de septiembre de 2013

Clasificación de los seres vivos (por fuente de energía, fuente de carbono y por necesidad de oxígeno)

1. INTRODUCCIÓN


Existen diversas clasificaciones para organizar la materia “viva”. Una de las más básicas y fundamentales consiste en clasificar los organismos en función de su fuente de energía, de su fuente de carbono y de su necesidad o no de oxígeno. A continuación analizaremos cada una de ellas y al final del artículo, a modo de resumen, podrán encontrar una tabla esquemática que resume muy brevemente cada una de las clasificaciones.

2. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS (FUENTE ENERGÉTICA)

  • Fotótrofos: organismos cuya fuente energética es la LUZ.
  • Quimiótrofos: organismos cuya fuente energética se deriva de COMPUESTOS QUÍMICOS.

3. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS (OBTENCIÓN DE CARBONO)

  • Autótrofos: organismos cuya fuente de carbono la obtienen del CO2 del ambiente.
  • Heterótrofos: organismos cuya fuente de carbono la obtienen de otros COMPUESTOS ORGÁNICOS.

4. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS (NECESIDAD DE OXÍGENO)

  • Aerobios estrictos: organismos que dependen del oxígeno, pero que no pueden sobrevivir a altas concentraciones de este.
  • Anaerobios estrictos: organismos que no pueden sobrevivir o desarrollarse en presencia de oxígeno.
  • Anaerobios facultativos: organismos que pueden desarrollarse y sobrevivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno.

5. ANEXO

 

Tabla 1. Clasificación de los seres vivos en función de su fuente energética, de carbono y de su necesidad de oxígeno

Fuente:

Saber Práctico

10 de septiembre de 2013

Esta es la estructura general de los aminoácidos...

1. INTRODUCCIÓN

Los aminoácidos son moléculas orgánicas compuestas por un carbono alfa () unido a un grupo amino (NH2), un grupo carboxilo (COOH), un átomo de hidrógeno (H) y una cadena lateral (R’).

A pH fisiológico (pH ≈ 7,4) el grupo amino se protona y el grupo carboxilo se desprotona dando lugar a las especies químicas (NH3+) y (COO-) respectivamente.

En el punto 2 se muestra el esquema básico de un aminoácido y su estructura tridimensional.

2. ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS AMINOÁCIDOS

 

3. REFERENCIAS

  • Cox, M. y Nelson, D. (2007). Principios de bioquímica (Quinta edición). Barcelona: Ediciones Omega.
  • Biorom.uma.es (2005). Estructura tridimensional de la glicina. Consultado el día 20 de agosto de 2013. Disponible [AQUÍ].
  • Tomado de: Saber es Práctico

22 de agosto de 2013

¿Cómo irrita los ojos el gas lacrimógeno?

Molécula de gas CS

Molécula de gas CS

La forma más común de gas lacrimógeno usado por la policía de antidisturbios es el clorobenzilideno malononitrilo, conocido como gas CS en honor a los científicos que lo descubrieron, Ben Corson y Roger Stoughton.

Cuando entra en contacto con la piel húmeda, como la de los ojos, nariz, garganta e incluso la piel sudada, se disuelve y reacciona con los grupos funcionales sulfhidrilo presentes en muchas de las enzimas del cuerpo.

En particular, el gas CS afecta los canales iónicos -proteínas que actúan como compuertas frente a los estímulos- presentes en los nervios sensoriales de la nariz y el rostro.

La estimulación excesiva de esos nervios provoca una producción repentina de lágrimas y mocos, así como dolor urticante.

Fuente:

BBC Ciencia

11 de abril de 2013

Revelan método que utiliza moléculas de ADN para moldear el grafeno



(CC) snickclunk


En un artículo publicado en el número del 9 de abril de Nature Communications, un equipo de ingenieros químicos y moleculares del MIT y de la Universidad de Harvard describen un método para crear moldes a escala nanométrica para darle formas al grafeno utilizando moléculas de ADN.

Tras construir nanoestructuras de ADN de variadas y precisas formas, estas moléculas se pueden utilizar como moldes para crear chips electrónicos hechos de grafeno, pues como recordaremos, el material que consiste en un arreglo hexagonal y bidimensional de átomos de carbono tiene increíbles propiedades eléctricas.

Aunque suene increíble, crear nanoestructuras complejas de ADN no es algo tan complejo, de hecho, uno de los autores del estudio, Peng Yin, ha creado más de 100 distintas formas a  escala nanométrica, como por ejemplo todo el alfabeto y varios emoticones. Todas las letras y figuras de la siguente imagen fueron creadas por Yin utilizando una técnica que apoda: ‘Origami de ADN‘. (Click para agrandar la imagen).


Link: Folded DNA templates allow researchers to precisely cut out graphene shapes which could be used in electronic circuits (Phys.org)

Fuente:

FayerWayer

17 de enero de 2013

La competencia global por el grafeno, el material del futuro

 EL GRAFENO
  • El grafeno es una forma de carbono en forma de lámina y de un sólo átomo de grosor.
  • Los átomos se distribuyen en una estructura de dos dimensiones con la forma de un panal de abeja.
  • El descubrimiento del grafeno fue anunciado en 2004 por la revista Science.
  • Es cien veces más resistente que el acero y conduce la electricidad mejor que el cobre.
  • En un futuro podría sustituir al silicio en electrónica.
  • Tan sólo un 1% de grafeno en una composición plástica podría hacerla conductiva

Grafeno

El grafeno podría desatar una nueva revolución industrial.


La fiebre investigadora en torno del grafeno demuestra que el mundo vive una auténtica competencia global por este material con múltiples usos, que podría conducir a una nueva revolución industrial.

Los últimos datos demuestran que desde 2007 se ha producido un notorio aumento en el número de patentes registradas en relación con distintos aspectos del grafeno, con un agudo repunte en el último año.

China lidera la carrera al ser el país con más patentes, mientras el gigante surcoreano de la electrónica, Samsung, es la empresa con más registros a su nombre.

Los datos pertenecen a un informe publicado por la firma consultora de patentes CambridgeIP, con sede en Reino Unido.

Más duro que el diamante

El grafeno fue identificado en 2004 y consiste en una única capa de átomos de carbono que lo convierten en el material más fino jamás creado.

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Los primeros trabajos realizados sobre este material, llevados a cabo por los dos científicos rusos de la Universidad de Manchester, Andrei Geim y Konstantin Novosolev, les valieron un premio Nobel de Física en 2010 y dos títulos de caballero concedidos por la corona británica.

Las particulares propiedades del grafeno abren todo un mundo de posibilidades y aplicaciones, desde el campo de la informática hasta el sector energético o la medicina.

Es más duro que el diamante, con mayor conductividad eléctrica que el cobre y tan flexible como el caucho, por lo que no es de extrañar que sea el objeto de una batalla global por explotar sus propiedades y desarrollar técnicas para su comercialización.

En un principio, este material podría hacer su debut en nuestras vidas con su uso en pantallas táctiles, luces en las paredes y baterías mejoradas.

China a la cabeza

Pero un primer paso para que el grafeno sea rentable son las patentes, ya que es un material que todavía no ha dado el salto desde el laboratorio.

Según CambridgeIP, a fines de 2012 se contabilizaron 7.351 patentes de grafeno y de aplicaciones vinculadas con él. Un número considerable para un material descubierto hace casi una década.


grafeno

China es el país del mundo con más patentes del nuevo material.

Las instituciones chinas poseen la mayoría (2.200), seguidas por Estados Unidos (1.754), lo que hace evidente la determinación de ambas potencias por capitalizar el futuro valor de este material de múltiples aplicaciones.

Curiosamente Reino Unido, país pionero en la investigación del grafeno con sus trabajos de 2004, apenas cuenta con 54 patentes, lo que ha llevado al ministro de Ciencia, David Willetts, a identificar este material como "prioridad de investigación nacional".

A nivel corporativo Samsung lleva la delantera, con un total de 407 patentes, seguida de la estadounidense IBM con 134.

El director de CambridgeIP, Quentin Tannock, le comentó a la BBC: "Existe un increíble interés en todo el mundo, y desde 2007 en adelante vemos un repunte masivo en patentes, particulamente en Estados Unidos, Asia y Europa".

El director del área de investigación del grafeno en la Universidad Nacional de Singapur también le confirmó a la BBC que el material es ahora objeto de una competencia internacional.

"Es extremadamente competitivo no sólo desde el punto de vista de la ciencia (...) sino también desde el punto de vista económico, porque muchas empresas están empezando a operar y vender grafeno y cosas vinculadas al grafeno", explicó el profesor Antonio Castro Neto.

Mas allá del horizonte


Grafeno

Reino Unido construirá un centro de investigación del grafeno en Manchester. 

Sin embargo, uno de los pioneros en estudiar este material, el profesor Geim, afirmó que muchas empresas occidentales carecen de la capacidad para impulsar estas investigaciones.

"La industria está preocupada no en lo que se puede hacer, sino en lo que hace la competencia; temen perder la competencia", apuntó.

"Hay un gran distanciamiento entre el mundo académico y la industria que ha aumentado durante las últimas décadas tras el fin de la Guerra Fría".

"Esto es lo que ha pasado en los últimos 30 o 40 años. Matamos a famosos laboratorios como Bell Labs [de las empresas AT&T and Bel]; las compañías se han empequeñecido, por lo que no pueden permitirse más institutos de investigación. Si algo pasa en Corea es porque Samsung tiene un instituto". 

"No pueden ver más allá de un horizonte de diez años y el grafeno está más allá de ese horizonte", subrayó.

Sin embargo, los esfuerzos europeos podrían verse fortalecidos a fines de este mes cuando la Comisión Europea anuncie a los ganadores del premio de US$1.330 millones para diez años para investigaciones científicas. Uno de los seis elegidos es un consorcio de investigación del grafeno.

Fuente: 

BBC Ciencia

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3 de enero de 2013

Aerografito, el material más ligero del mundo


El aerografito es el material más ligero del mundo (de hecho, está compuesto por un 99,9% de aire), y ha sido creado por científicos de la Universidad Técnica Hamburg-Harburg y de la Universidad de Kiel. Un metro cúbico pesa sólo 0,2 miligramos, siendo cuatro veces más ligero que el poseedor del récord hasta ahora, seis veces más que el aire y hasta 5.000 veces menos denso que el agua.

Está compuesto por una red de tubos de carbono de 15 nanometros de diámetro entretejidos entre sí a escala nanométrica. 

Matthias Mecklenburg, uno de los creadores del material, ha señalado que la densidad del aerografito de sólo 0,18 mg/cm3 es tan baja que un cubo que tuviera una base de un metro cuadrado y que midiera 5 metros de alto pesaría solo un kilogramo.


 Naturalmente, su reducido peso acarrea no pocos problemas a la hora de manipularlo: cualquier pequeño movimiento en el laboratorio es suficiente para crear minúsculas corrientes que hacen que el aerografito salga volando.

El aerografito (de color negro intenso) es un material estable, conductor de electricidad, dúctil y opaco. Dada sus propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas, se espera que en el futuro pueda ser utilizado para crear baterías de ion de litio mucho más ligeras que las actuales, ropa impermeable e incluso escudos de protección para satélites.

Vía | rtve

Fuente:

Xakata Ciencia


27 de diciembre de 2012

Haciendo grafeno con una grabadora DVD

Un grupo de investigadores han descubierto la manera de producir grafeno utilizando una unidad de DVD. Este descubrimiento ayuda a despejar el camino para la producción en masa de la sustancia, que se descubrió en los años 1980.


The Super Supercapacitor | Brian Golden Davis from Focus Forward Films on Vimeo.

Más información (en inglés) en:

Hacker Day  


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El grafeno puede ser un excelente absorvente de la luz

Grafino: El hermano desconocido del grafeno
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