Excelencias y miserias del ozono

La lluvia que de forma habitual cae en el otoño, se diferencia notablemente de la que se desencadena durante una tormenta de verano, sobre todo en lo tocante al olor a tierra mojada. Si nos encontráramos dando un garbeo por un descampado, en el transcurso de una ardiente tarde de julio, respirando el bochorno y con las nubes a punto de tormenta, conoceríamos por propia experiencia semejante aroma. Es causado por la presencia del ozono, propiciada por el ambiente cargado de electricidad característico del inicio de una tormenta.

El ozono es un gas cuya molécula está formada por tres átomos de oxígeno (O3), y constituye la tan traída y llevada capa de ozono, situada en la región de la atmósfera conocida como estratosfera, a una altura en promedio de 25 kilómetros. Dicha capa se formó en los albores del planeta Tierra a partir del oxígeno diatómico (O2) que desprendían desde el mar los primeros microorganismos. Concretamente, el ozono se origina de forma natural en la estratosfera cuando el oxígeno atómico (O) se combina con el oxígeno diatómico (O2). Su papel en la atmósfera es de capital importancia, ya que ayuda a preservar la vida terrestre del efecto pernicioso de los rayos ultravioleta (UV), que en la especie humana serían causa de una proliferación incontrolada de cánceres de piel, así como de la supresión parcial del sistema inmunitario y de una mayor frecuencia de cataratas de ojos.

No obstante, no ha de pensarse que el ozono sea un gas abundante ni mucho menos. Se estima que por cada millón de moléculas de aire sólo doce son de ozono. Si todo el ozono estratosférico se comprimiera lo máximo posible, llegaría a ocupar sobre la superficie del planeta un grosor de sólo 3 milímetros, es decir, el equivalente al grosor de una moneda.

En boca de todos está el agujero de la capa de ozono. Pero ¿entendemos cómo se lleva a cabo el proceso de destrucción de la misma? En realidad, el ozono se destruye cumpliendo su cometido, esto es, filtrando la radiación ultravioleta. En este caso, como consecuencia del encontronazo de la molécula con tan enérgica radiación, el O3 se divide en O y O2, proceso hasta cierto punto reversible, habida cuenta de que el O3 puede regenerarse en cuanto se den de nuevo las condiciones en que se formó la primera vez.

Sin embargo, el deterioro de la capa de ozono puede adquirir un cariz alarmante cuando actúan como intermediarias en este proceso una serie de sustancias gaseosas de presencia cada vez más notoria en la atmósfera, sobre todo en el transcurso de los últimos años. Nos referimos al dióxido de azufre (SO2), emitido principalmente durante las erupciones volcánicas; al monóxido de nitrógeno (NO), emitido por las toberas de los aviones supersónicos... y a los temibles CFCs, emitidos por la actividad humana.

Los CFCs están compuestos por distintas proporciones de cloro, flúor y carbono. Hasta los años setenta del pasado siglo eran empleados en el sistema de propulsión de los aerosoles, como por ejemplo la laca de pelo. A día de hoy, la normativa vigente prohíbe la emisión de estos gases a la atmósfera, y se han suplido en los aerosoles por el propano (C3H8), un gas totalmente inocuo para la capa de ozono.

Se da el caso de que los CFCs son compuestos muy estables, por cuanto no son inflamables ni tóxicos y no dan lugar a combinaciones químicas con otras sustancias. Esta es la razón por la que no encuentran obstáculo para difundirse en la atmósfera hasta alcanzar la región de la estratosfera. A unos 30 kilómetros de altura, y siempre que en el aire reinen bajas temperatura (este tipo de condiciones concurre de manera particular en el cielo del continente antártico, que es donde se localiza a nivel planetario el mayor boquete en la capa de ozono, abarcando este último una superficie de 27 millones de kilómetros cuadrados aproximadamente), la radiación ultravioleta hace que se libere el cloro de la molécula de CFC. El cloro atómico (Cl) es una especie química muy activa, y se combina de un modo implacable y destructivo con el ozono, transformándolo al final en moléculas de oxígeno diatómicas, sin posibilidad de regeneración a su estado inicial. Se estima que un solo átomo de cloro se puede cargar, hablando en plata, nada menos que 100.000 moléculas de ozono antes de que aquél se combine con otras sustancias. Por si esto no fuera bastante, los átomos de cloro muestran una longevidad prodigiosa, puesto que pueden permanecer activos en la atmósfera una media de 100 años. Tal es la razón de que aunque la emisión de CFCs se redujo de forma drástica en la década de 1980, muchos millones de átomos de cloro ya campaban a sus anchas en la estratosfera, y durante muchos años seguirán cumpliendo su labor destructiva del ozono sin que se pueda hacer gran cosa por remediarlo.

Al ozono, en vista de la polémica que le sigue, se le ha venerado como una molécula beneficiosa para la especie humana. Pero bien es verdad que lejos de su emplazamiento en la estratosfera, más en concreto, a nivel de la corteza terrestre, es un gas sumamente venenoso, corrosivo y con un olor fuerte y característico, que se suele asociar con el aroma a tierra húmeda. El ozono también se produce en las fotocopiadoras en funcionamiento, y hay que decir en su favor que se puede utilizar para esterilizar las aguas de consumo humano y que además sirve para degradar los detergentes, los fenoles clorados y los pesticidas, sustancias todas ellas que contribuyen a contaminar el curso de los ríos y los embalses.

En conclusión, la próxima vez que oigamos mencionar el ozono, pensaremos que se trata de un amigo que es mejor tenerlo muy lejos..., al menos verticalmente hablando.

A modo de ejercicio, ¿podrías indagar en libros o en internet acerca de las medidas que se están contemplando en la actualidad para la regeneración de la capa de ozono?

FUENTES CONSULTADAS

PICAZO, Mario, Los grillos son un termómetro: curso práctico de meteorología, Madrid, 2004, Martínez Roca, 35-40.

MAESTRE ZAPATA, Julián Esteban, De villa a ciudad: Anécdotas físicas y químicas en Ciudad Real, Ciudad Real, 2006, EdIciones Stª Mª de Alarcos, 150-152.

FERNÁNDEZ PANADERO, Javier, ¿Por qué el cielo es azul?, Madrid, 2004, Páginas de espuma, 41-42.

RUIZ GUTIÉRREZ, José Manuel, Ciencia y sociedad. Siglo XXI, Ciudad Real, 2007, CANTENET, 185-187.

Julián Esteban Maestre Zapata.

Plasma, el cuarto estado de agregación

Desde muy pequeñitos nos han enseñado que la materia se presenta en tres estados de agregación (sólido, líquido y gaseoso). Sin embargo, en la actualidad no se puede soslayar la importancia que, merced a sus aplicaciones tecnológicas, ha adquirido el llamado "cuarto estado de agregación": el plasma.

Pero antes de meternos en harina, es necesario aclarar una serie de conceptos para seguir adecuadamente el razonamiento posterior.

Actualmente se sabe que toda la materia del universo está constituida por combinaciones más o menos complejas de unos 118 elementos (que integran el conocido "Sistema Periódico de los Elementos"), entendiéndose por "elemento" aquella sustancia que no puede ser descompuesta mediante una reacción química en otras más simples.

La partícula más pequeña de un elemento que tiene todas las propiedades de éste, se denomina "átomo" (del latín atomun, que proviene a su vez del griego ἄτομον, esto es, indivisible). Aunque en principio se pensaba que el átomo era el último puntal de la materia, hoy se sabe que se puede descomponer en partículas más elementales: protones, neutrones y electrones.

En el modelo más sencillo del átomo (modelo de Rutherford), los protones y los neutrones se confinan en una región diminuta llamada "núcleo", en tanto que los electrones, como partículas más livianas y por tanto con más posibilidades de movimiento, abarcan una zona muchísimo más extensa en sus rápidos giros en torno al núcleo, que se denomina "corteza electrónica". Se suele recurrir a un símil para contrastar el tamaño del núcleo en relación al de la corteza electrónica: el núcleo es a la corteza electrónica lo que una pelota de tenis a un estadio de fútbol. Por convenio, los electrones están provistos de carga eléctrica negativa, en tanto que los protones tienen carga positiva. Los neutrones, como su propio nombre sugiere, carecen de carga eléctrica. Generalmente, en un átomo se compensan las cargas positivas con las negativas (igual número de protones con igual número de electrones) mediante interacciones electroestáticas de carácter atractivo; es lo que se conoce como "átomo neutro".

No obstante, existen átomos o grupos de átomos enlazados entre sí que no tienen compensación de cargas. Se conocen como "iones" (del griego ión, ἰών, que viene a significar algo así como "viajero"), y fue el físico inglés Michael Faraday (1791-1867) quien introdujo este cultismo para denominar a estas especies con carga eléctrica. A los iones con carga positiva (por pérdida de electrones de la corteza) se les llama "cationes", mientras que a los iones con carga negativa (por ganancia de electrones externos) se les conoce como "aniones".

Tras este largo preámbulo, empezamos a tratar las cuestiones atañentes al llamado cuarto estado de agregación de la materia. El plasma se define como un gas altamente ionizado en el que el número de electrones libres es aproximadamente igual al número de iones positivos, por lo que en su conjunto es eléctricamente neutro.

Sus propiedades le hacen un gas bastante peculiar: buen conductor de la corriente eléctrica, absorbe radiaciones que pasan por un gas ordinario sin sufrir alteración y puede moldearse, conformarse y moverse mediante la aplicación externa de campos eléctricos y magnéticos.

El ejemplo más inmediato de plasma lo encontramos en el mismo corazón del sol, donde las altas temperaturas alcanzadas en la fusión nuclear provocan que los electrones sean arrancados de sus cortezas atómicas.

Las aplicaciones tecnológicas del plasma son muy diversas, y por lo mismo cuenta con amplia presencia en el mundo cotidiano:

En el interior de los tubos flourescentes utilizados en iluminación, hay plasma que contiene átomos de argón (Ar) y mercurio (Hg).

Los letreros luminosos de distintos colores también contienen plasma constituido por átomos diferentes según las necesidades. Los colores rojos se deben a átomos de neón (Ne); los azules, a átomos de argón (Ar); los amarillos, a átomos de sodio (Na); y los rosas, a átomos de helio (He).

Igualmente el plasma encuentra aplicación en el alumbrado público, por medio de las lámparas de vapor. La luz verde azulada, casi blanca, proviene de átomos de mercurio (Hg), en tanto que la amarilla, como ya queda dicho, es debida a átomos de sodio (Na).

Y todo esto sin mencionar las aplicaciones que el plasma encuentra en la fabricación de receptores de televisión y monitores de ordenadores, con la ventaja , con respecto a las antiguas pantallas de rayos catódicos, de que prácticamente no conllevan riesgos para la vista y la calidad de visionado es ostensiblemente superior.

No obstante, también es posible encontrar ejemplos de plasma en la naturaleza: el fenómeno de las auroras boreales y las lluvias de electrones procedentes del espacio exterior. Una capa de la atmósfera, la ionosfera (comprendida entre los 80 y los 800 kilómetros de altura), está formada por plasma en su total integridad. Durante la noche, en ausencia de energía solar, las capas de plasma de la atmósfera se asientan y actúan como reflectores de ondas de radio, por lo que no es de extrañar que en los correspondientes receptores se puedan captar señales de AM provenientes de estaciones muy lejanas.

Actualmente, se baraja la posibibidad de aplicar la tecnología de plasma para el desarrollo de la generación de energía por medio de la fusión controlada de núcleos atómicos (mediante el método del confinamiento magnético). Pero se trata de un camino que aún ha de ser andado, aunque se vayan haciendo progresos.

Como ejercicio de aplicación, ¿podrías averiguar el nombre de los cambios que se producen entre los distintos estados de agregación de la materia, tanto los progresivos como los regresivos?

FUENTES CONSULTADAS:

HEWITT, Paul G., Física Conceptual, México, 2004, Addison Wesley, 281-283.

VV. AA., Diccionario de Física, Madrid, 1998, Oxford-Complutense, 406.

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo

http://etimologias.dechile.net/?ion

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_terrestre#Regiones_atmosf.C3.A9ricas

Julián Esteban Maestre Zapata.

La imagen más impopular de Albert Einstein

Con frecuencia, es fácil caer en el estereotipo de que los científicos son seres que viven al margen de la realidad, despojados de todo atributo humano. No obstante, no pueden evitar estar sujetos a los caracteres de la especie humana. Experimentan igualmente los efectos de las alegrías como los de las tristezas.

Hoy hablaremos de la faceta más íntima de Albert Einstein (1879-1955), el genio e icono de la Física por antonomasia.

En 1987 se publicó el primer tomo de los “Einstein Collected Papers”, integrado por un conjunto de 430 cartas que pertenecían a su primera esposa, Mileva Marić (1875-1948), donde salían a relucir facetas del genio que podrían despertar las iras de algunos colectivos feministas o cuando menos causar sorpresa, teniendo en cuenta la imagen idílica y entrañable que nos hemos formado de este científico.

Einstein conoció a Mileva en 1896, coincidiendo con el ingreso del primero en la Escuela Politécnica (“Polytechnicum”) de Zúrich, donde ella era la única mujer que seguía estudios en la sección de matemáticas. Enseguida simpatizaron, y el enamoramiento no tardó en presentarse. Se casaron en 1903 sin el beneplácito de los padres de Einstein, que no veían con buenos ojos que su hijo se casara con una intelectual extranjera mayor que él y encima no perteneciente al pueblo judío.

Si bien al principio Einstein encontró en Mileva un firme apoyo y una confidente (en definitiva, una compañera), la llegada de los hijos y las abstracciones del genio trajeron aparejadas las fricciones y los problemas de convivencia. Einstein declaró en alguna ocasión que en aquella época se agarraba a la ciencia como una vía de escape. Sin embargo, las continuadas confrontaciones alcanzaron su punto álgido, y acabaron separándose en 1914 y divorciándose en 1919.

Del 18 de julio de 1914 data este curioso documento, en el cual Einstein impone una serie de estrictas condiciones para continuar viviendo en el domicilio familiar:

Condiciones.

A. Debes asegurarte
1) que mi ropa, limpia y por lavar, se mantenga en buen orden y arreglada
2) que recibo mis tres comidas de manera regular en ‘mi habitación’
3) que mi habitación y despacho se mantienen siempre limpios, y, en particular, que mi mesa esté dispuesta ‘sólo para mí’

B. Renuncias a todas las relaciones personales conmigo en tanto no sea absolutamente necesario por razones sociales. Específicamente, debes renunciar
1) a que me siente en casa contigo
2) a que salga o viaje contigo

C. En tus relaciones conmigo debes aceptar explícitamente adherirte a los siguientes puntos:
1) No debes esperar de mí intimidad ni reprocharme en forma alguna.
2) Debes desistir inmediatamente de dirigirte a mí si lo pido.
3) Debes abandonar inmediatamente mi habitación o despacho sin protestar si te lo pido.

D. Aceptas no menospreciarme ni de palabra ni mucho menos delante de mis hijos.

Sin duda este pliego de condiciones contrasta notablemente con la imagen de pacifista que la historia nos ha legado en relación a Albert Einstein. Sin embargo, no se trata de emitir juicios apresurados. La convivencia entre dos personas de temperamento difícil con inquietudes intelectuales en ocasiones puede revestir caracteres impopulares, y nadie sabe los extremos a que la desesperación puede conducir a una persona.

Todo esto prueba que los científicos son humanos tanto para lo bueno como para lo malo, que se equivocan y en gran parte de las ocasiones son capaces de remontarse por encima de sus fracasos… Afortunadamente para el progreso de la humanidad.

El edificio de la ciencia es levantado por artífices humanos, y tal vez por eso sea tan atractivo.

Un poquito de búsqueda bibliográfica: ¿Serías capaz de encontrar en algún libro (o navegando por internet) el texto del documento depositado en la Biblioteca Nacional y Universitaria Judía de Jerusalén, acerca del Resumen de las dos teorías de la relatividad de Einstein?

FUENTES CONSULTADAS:

SÁNCHEZ RON, José Manuel, El jardín de Newton, Barcelona, 2001, Crítica, 205-236.

BALIBAR, Françoise, Einstein, el gozo de pensar, Barcelona, 1999, Ediciones B, 23-27.

Julián Esteban Maestre Zapata.