Parecen montañas nevadas y tiene que ver, ya que se trata de hielo (agua
estructurada) sobre cristales de fluoruro de bario a temperatura
ambiente
El agua forma nanohilos sobre una superficie hidrofóbica de un amino
ácido L-valina |
¿Podemos hacer que llueva a gusto de todos y crear hielo a una
temperatura superior a 0ºC? El Grupo de Sistemas Moleculares del Centro
de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología, CIN2 (CSIC-ICN), está
respondiendo a estos interrogantes con vistas a encontrar una aplicación
para afrontar algunos efectos del cambio climático.
Es bien sabido que el agua -a pesar de su abundancia en el planeta- es
un bien escaso. Sobre todo últimamente, que se ha puesto en evidencia la
necesidad de tender hacia estrategias de gestión racional y que se han
hecho grandes esfuerzos para hacer estudios desde una perspectiva
global. En algunos casos, sin embargo, volver a fijarse en lo que hacen
las moléculas concretas de agua -y sus átomos- puede abrir líneas
complementarias de investigación, necesarias, cuando se buscan
soluciones.
En esta dirección va encaminada la investigación del grupo que dirige
Jordi Fraxedas, en el CIN2, que centra su atención en la actividad de
las moléculas de agua cuando se exponen a diferentes materiales encima
de diminutas superficies. Parece que en estas dimensiones su
comportamiento es bastante diferente del de niveles superiores, y que
esto puede tener implicaciones en campos muy diversos del medio ambiente
(sequía, contaminación, lluvia ácida, etc.).
La importancia de obtener hielo a 25 grados C
El Grupo de Sistemas Moleculares del CIN2 estudia las propiedades
físicas del agua encima de superficies en dimensiones nanométricas, unas
dimensiones tan pequeñas que escapan la capacidad del ojo y la de los
microscopios convencionales. Investigando qué pasa a nivel atómico y
molecular cuando ponemos el agua sobre superficies que contengan
elementos o compuestos presentes en la atmósfera (como aerosoles
marinos, contaminantes o materiales que induzcan la lluvia) podremos
entender los fenómenos más relevantes a nivel fundamental y, quizás,
encontrar aplicaciones en un cierto plazo de tiempo.
Uno de los aspectos que está estudiando detalladamente este grupo del
CIN2 es la formación de hielo a temperatura ambiente o cómo obtener agua
sólida a 25ºC ! Los investigadores han visto que encima de cristales de
fluoruro de bario (BaF2) el agua se adhiere (se adsorbe) formando dos
capas paralelas de estructura hexagonal, muy similar a la del hielo que
se encuentra en la Tierra. Esta estructura facilita la nucleación, es
decir, que se agregan las moléculas de agua en forma de pequeños
cristales alrededor de una partícula inicial. Es el mismo proceso que,
en ambientes cargados de vapor de agua, induce la lluvia por
condensación. Por tanto, éste sería un buen candidato para provocar
lluvia según las necesidades y de una manera eficiente. "Escogimos el
fluoruro de bario", dicen los investigadores, "porque una de sus caras
cristalográficas tiene una estructura hexagonal muy parecida a la del
hielo y se pueden conseguir cristales muy puros".
¿Cómo se observa la superficie del agua?
Trabajar escala nanométrica -un nanómetro es la millonésima parte de un
milímetro- requiere unas condiciones de trabajo especiales tanto en la
manipulación de materiales como por las técnicas y los aparatos de
observación. Habitualmente, la investigación sobre superficies utiliza
un microscopio que se llama de fuerzas atómicas en el que la muestra no
se observa ópticamente, sino que se visualizan algunas propiedades
físicas del material. Con una punta pequeñísima se va recorriendo toda
la superficie, como si se recorriese el perfil, y lo que se visualiza
son las minúsculas fuerzas de interacción entre átomos o moléculas de la
punta y la superficie del material.
Al estudiar un líquido, como en este caso, se plantea el problema
añadido de la capilaridad, que hace que la superficie de agua, en
contacto con un sólido (la punta), suba hacia este y perturbe los
resultados de lo que observamos. Por esta razón, este grupo del CIN2 ha
modificado en cierta medida el microscopio de fuerzas atómicas para
evitar el contacto con la superficie. Con la punta a una distancia de
unos pocos nanómetros, se crea un campo de fuerzas de atracción
electrostática que permite "observar" la muestra sin alterarla. Otra
innovación técnica ha sido la creación de las condiciones necesarias
para poder estudiar las muestras en condiciones ambientales
-habitualmente se hacen en el vacío- para que la investigación se
aproxime a lo que pasa en la realidad.
El fluoruro de bario sería un buen candidato para provocar lluvia según
las necesidades y de una manera eficiente.
Hacia una técnica eficiente de provocar lluvia
Puesto que nunca llueve a gusto de todos, la posibilidad de hacer llover
cómo y cuando queramos podría ser el deseo de muchos. De hecho, se trata
un viejo sueño que, desde mediados del siglo XX, se ha traducido en
numerosos experimentos para hacer realidad la creación de nubes y de
precipitaciones (lluvia y nieve) en diferentes partes del planeta. Tanto
es así, que la técnica de dispersar sustancias en el aire que sirven
para la condensación o la nucleación de hielo ha recibido el nombre de
siembra de nubes (en inglés cloud seeding). Las sustancias químicas más
utilizadas han sido el ioduro de plata (Agl, con una estructura
cristalina similar a la del hielo) y el hielo seco (CO2 en estado
sólido), que por sus características -la estructura y la temperatura,
respectivamente- favorecen la precipitación. Hoy en día, esta práctica
se sigue realizando en bastantes países, aunque no se ha demostrado
claramente que ninguna de las modalidades sea realmente efectiva.
Las investigaciones del grupo del CIN2 podrían aportar mejoras sensibles
respecto a las anteriores y hacer que la condensación fuera mucho más
efectiva y reproducible a un coste razonable. La intención no es
utilizar el fluoruro de bario para generar lluvia sino entender el
fenómeno de la condensación inducida por la estructura del sustrato,
para encontrar otros materiales más eficientes y que no afecten el medio
ambiente.
Los materiales que se utilizan son de origen mineral y su número es
limitado. Por ello, habría que diseñar y sintetizar nuevos materiales
con superficies capaces de adsorber y liberar agua de manera controlada.
Un ejemplo es la creación de superficies amfifílicas, es decir, que
pueden ser hidrófilas -afines al agua-o hidrófobas -repulsoras-, en
función de parámetros externos (humedad relativa, temperatura, presión
atmosférica, etc.). Es claro, pues, que para hacer realidad estas
posibilidades habrá que recurrir a la ingeniería de materiales y, en
particular, la de superficies. Fraxedas concluye, sin embargo, que en
última instancia habrá que conseguir la implicación de las instituciones
y empresas del país dedicadas al sector del agua. Aparte de favorecer
una cultura del agua, de promover infraestructuras eficientes y de
definir los planteamientos urbanísticos, "los diferentes agentes del
sector deberían arriesgarse a invertir en investigación básica porque de
aquí surgirán nuevas ideas, nuevos materiales y procesos mejorados".
Fuente: R+D CSIC
Oficina de Transferencia de Tecnología (OTT) para dar a conocer la
investigación de los centros del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC). Está elaborada por la Unidad de Comunicación y
Transferencia de Tecnología, Delegación del CSIC en Catalunya.
http://www.ott.csic.es/rdcsic/rdcsicesp/rdho01esp.htm
www.cci-calidad.com |