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Silvana TapiaLuisa AchaerandioJuan Carlos GilIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasGastón GiribetAlberto Apariciretraso del programa coffee breakprórroga del horario coffee breakjuan carlos y silvana sobre metalesdensidad del mercurio según gilhierro flota en mercurio líquidohector socas corrige densidadenlace metálico más denso que aguapuentes de hidrógeno en moléculas agualitio sodio menos densos aguapotasio metales menos densos aguasodio potasio oxidación rápida hidrógenoquímica inorgánica condiciones seguridadJuan Carlos GilSilvana TapiaHéctor SocasDanteCENIOFeynmanEPRPodolskyLittle Red DotsArquímedesAluminioChunlei WuUniversidad de RochesterAdvanced Functional MaterialsEstados UnidosIgnacio CrespoJohn LaplaceCFD5 milímetrosTian Xu XuNueva Yorkgénero Solenopsis
Metales que flotan
Con
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Héctor Socas interrumpe la conversación sobre bacterias y microorganismos para avanzar rápidamente debido a la falta de tiempo y al apretado horario del programa.
…claro, si alguien tiene una bacteria que puede causar una neumonía o tiene un virus de la gripe, aunque haya menos, encontrarnos con eso siempre va a ser más peligroso que chocarse con una bacteria de una planta que no va a colonizar nunca un tejido animal. Claro, claro. Bueno, venga vamos pasando porque vamos con mucho retraso. No sé si nos dará tiempo ni siquiera con prórroga de todo lo que tenemos para hoy. Juan Carlos, que además sé que vas con un poquito de prisa también, tú igual que Silvana, ¿nos puede hablar de esto de metales que flotan en el agua? Tenía entendido así un poco el mercurio como un metal poco denso, pero tú hablas en plural: El mercurio es densísimo, Héctor. El hierro flota en mercurio, o sea que sea líquido es otra cosa. Ah, cierto, cierto, sí, sí, sí, he mezclado cosas. No sé si era 16, bárbaro. ¿Qué metales son menos densos que el agua? No te iba a decir ninguno, no me lo sé en memoria, no creo, en general el enlace metálico es más denso que el agua, aunque el agua ya ha hablado bastante de ella y está muy aprieta, pero no sé Son puentes de hidrógeno básicamente lo que pega a las moléculas de agua Claro, y dos por molécula Lo he comprobado por no liarla y el litio, sodio y el potasio son los únicos metales puros que son menos denso que el agua, por poco en el caso del sodio y el potasio Pero el litio pone 0,53 gramos por centímetro cúbico Tiene sentido, son de muy bajo número atómico Pero vamos, que si los pones en agua, esto explota porque se oxidan rápidamente Exacto Se oxidan rápidamente, generan hidrógeno y es tan exotérmico que el hidrógeno explota Es muy divertido echar sodio en agua La química en orgánica es muy divertida La química no orgánica es muy divertida, pero bajo condiciones de seguridad Metales Que flotan, he llamado a mi segmento de hoy, que es un nombre un poquito exagerado, ¿vale? De hecho, os voy a hablar de algo que está más cerca quizá de la ingeniería que de la ciencia fundamental en la línea de otros temas que he traído a Coffee Break, como…
Palabras #1
Héctor Socas anuncia que, además del tema 'infierno de Dante', el programa abordará una variedad de otros temas científicos.
Habla: Héctor SocasSignificado #2 · Palabras #2últimos acontecimientos en el cenioproblema del restaurante de feynmanbacterias en la nieblametales que flotanagujeros negros supermasivosequivalencia er igual a epr…Infrecuente es que cada semana haya un episodio de Coffee Break, Señal y Ruido, nuestra tertulia sobre la actualidad de la ciencia. Y hoy, en versión extendida, seguramente tendremos formato con prórroga. Además de Dante, hoy hablaremos de muchas otras cosas: por ejemplo, los últimos acontecimientos en el CENIO, el problema del restaurante de Feynman, bacterias en la niebla, metales que flotan, palomas, agujeros negros supermasivos, la equivalencia ER igual a EPR o la irrelevancia de Podolsky, los Little Red Dots y la tacoclina solar. Todo eso dentro de un minuto. Antes me permito recordarles que tenemos una página web que es señalirruido.com y que ahí pueden encontrar toda la información sobre este programa, todas las referencias de los papers que tratamos cada semana y también la información para encontrarnos, para…
Héctor Socas interrumpe la conversación sobre bacterias y microorganismos para avanzar rápidamente debido a la falta de tiempo y al apretado horario del programa.
Habla: Héctor SocasPalabras #1retraso del programa coffee breakprórroga del horario coffee breakjuan carlos y silvana sobre metalesdensidad del mercurio según gilhierro flota en mercurio líquidohector socas corrige densidadenlace metálico más denso que aguapuentes de hidrógeno en moléculas agualitio sodio menos densos aguapotasio metales menos densos aguasodio potasio oxidación rápida hidrógenoquímica inorgánica condiciones seguridad…claro, si alguien tiene una bacteria que puede causar una neumonía o tiene un virus de la gripe, aunque haya menos, encontrarnos con eso siempre va a ser más peligroso que chocarse con una bacteria de una planta que no va a colonizar nunca un tejido animal. Claro, claro. Bueno, venga vamos pasando porque vamos con mucho retraso. No sé si nos dará tiempo ni siquiera con prórroga de todo lo que tenemos para hoy. Juan Carlos, que además sé que vas con un poquito de prisa también, tú igual que Silvana, ¿nos puede hablar de esto de metales que flotan en el agua? Tenía entendido así un poco el mercurio como un metal poco denso, pero tú hablas en plural: El mercurio es densísimo, Héctor. El hierro flota en mercurio, o sea que sea líquido es otra cosa. Ah, cierto, cierto, sí, sí, sí, he mezclado cosas. No sé si era 16, bárbaro. ¿Qué metales son menos densos que el agua? No te iba a decir ninguno, no me lo sé en memoria, no creo, en general el enlace metálico es más denso que el agua, aunque el agua ya ha hablado bastante de ella y está muy aprieta, pero no sé Son puentes de hidrógeno básicamente lo que pega a las moléculas de agua Claro, y dos por molécula Lo he comprobado por no liarla y el litio, sodio y el potasio son los únicos metales puros que son menos denso que el agua, por poco en el caso del sodio y el potasio Pero el litio pone 0,53 gramos por centímetro cúbico Tiene sentido, son de muy bajo número atómico Pero vamos, que si los pones en agua, esto explota porque se oxidan rápidamente Exacto Se oxidan rápidamente, generan hidrógeno y es tan exotérmico que el hidrógeno explota Es muy divertido echar sodio en agua La química en orgánica es muy divertida La química no orgánica es muy divertida, pero bajo condiciones de seguridad Metales Que flotan, he llamado a mi segmento de hoy, que es un nombre un poquito exagerado, ¿vale? De hecho, os voy a hablar de algo que está más cerca quizá de la ingeniería que de la ciencia fundamental en la línea de otros temas que he traído a Coffee Break, como…
Juan Carlos Gil explica el principio de Arquímedes y cómo se relaciona con objetos flotantes como barcos, icebergs y globos aerostáticos, comparando la atmósfera con un océano de aire.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3principio de arquímedes y flotaciónbarco iceberg submarino globo aerostáticoatmósfera como océano gaseoso silvanadensidad media inferior al aguabarco de acero flota por geometríadensidad del acero ocho veces aguaencerrar volúmenes aire casco barcoglobos aerostáticos flotan como barcoshidrógeno para globos aerostáticoshelio desplaza aire en globos…temas que he traído a Coffee Break, como los discos que levitan aquellos o los jabones que resolvían laberintos, ¿no? Básicamente conocemos la física, pero alguien encuentra una forma inesperada e ingeniosa de explotarla. Explotar, eso que ocurre cuando un Cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado, ¿recordáis? Y ese empuje vence al peso, ¿no? Que nos enseñó Arquímedes y ese cuerpo puede ser cualquier cosa: un barco, un iceberg, un submarino o un globo aerostático. Porque al fin y al cabo un globo no deja de ser un submarino en un océano gaseoso, ¿no? La atmósfera es literalmente un mar de aire, como nos ha contado Silvana, llena de vida también, ¿no? Así que, bueno, que flotar, que se trata de desplazar más fluido del que corresponde a tu propio peso y conseguir tener una densidad media inferior a la del líquido o fluido en el que estás, pues típicamente agua. Claro, hacer esto el corcho, el hielo, pues lo tienen. fácil porque son ya menos densos que el agua, pero un barco está hecho de acero, que es como 8 veces más denso que el agua, así que el truco ya no está en este caso en el material, sino en la geometría se trata de encerrar volúmenes de en este caso aire dentro del casco del barco para que la densidad del conjunto acero más aire pues sea menor que la del agua y en el caso de los Globos pasa lo mismo; tenemos que llenar el globo de algo menos denso del fluido que queremos desplazar, que en este caso es aire con lo cual las opciones son muy limitadas: básicamente hidrógeno, helio o aire mismo pero caliente, que se hace menos denso y nos permite flotar, nos permite conseguir flotar en el aire. Se podría usar y se ha pensado muchas veces utilizar vacío, vacío parcial al menos, pero hacer un globo de vacío sin nada dentro. Pero claro, la propia atmósfera no perdona: intentaría aplastarnos y el refuerzo estructural que habría que poner al globo de…
Juan Carlos Gil describe un ejemplo adicional de organismos que utilizan la superhidrofobicidad: hormigas del fuego que forman balsas flotantes durante inundaciones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19hormigas del fuego solenopsissuperhidrofobicidad hormigas del fuegobalsas flotantes inundaciones hormiguitas…no lo conocéis, es fascinante: Arginoreta Acuática teje una campana de buceo, tal cual, con seda superhidrofóbica, la llena de aire y se la mete para abajo del agua porque es su hábitat; es donde vive y utiliza el aire acumulado ahí para respirar, nada menos. Y también está el ejemplo de las hormigas del fuego que lo menciona el artículo, el género Solenopsis que durante las inundaciones se unen formando entre ellas balsas flotantes de hasta decenas de miles de hormiguitas. Al agruparse atrapan el aire con sus cuerpos super hidrofóbicos, crean una estructura que puede mantenerse a flote incluso durante días. Van rotando alrededor de la estructura para no estar mucho rato debajo porque si no te mueres y el cadáver no actúa. Van rotándose en las posiciones inferiores; otra cosa fascinante, los bichitos son increíbles. Bueno, Inspirándose en estas estrategias entonces, los humanos hemos hecho biomimética; hemos explorado materiales super hidrofóbicos tratando de que floten pues como espumas, aerogeles, cosas porosas, láminas flexibles capaces de eso de atrapar el aire y de…
Juan Carlos Gil explica la pregunta que los autores de un artículo publicado en Advanced Functional Materials intentaron responder: cómo evitar que el aire atrapado escape de una estructura flotante superhidrofóbica cuando se inclina o recibe un impacto.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #4estructuras flotantes limitacionespaper 2019 diseño ingeniosoplacas de aluminio hidrofóbicasplacas aluminio tratamiento superhidrofóbicoflotabilidad notable sistema 2019inclinación escape aire placasimpactos pérdida flotabilidad estructuraartículo advanced functional materialssuperhidrofobicidad universidad rochesterchunlei wu superficies bioinspiradasaluminio superhidrofóbico flotabilidad robustaestructura flotante superhidrofóbica impactoavanzado materiales artículo gil…resistencia va a tener un aerogel? A poquita, tolerancia a impactos, dificultad para escalarse, vale, en el laboratorio, pero si quieres poner una ciudad en medio del mar, de nuevo el aerogel no va a ser la solución y una cosa fundamental de todas ellas es Que acaban perdiendo la flotabilidad cuando se sumergen del todo o cuando se inclinan demasiado, vale. De hecho, los autores del paper que os voy a contar ya propusieron una de estas estructuras en el año 2019, bastante ingeniosa: dos placas de aluminio en paralelo con un tratamiento super hidrofóbico. capaces de atrapar aire entre ellas que generaban eso, una flotabilidad notable. Este sistema que propusieron en 2019 funcionaba bastante bien, pero manifestaba, no tanto, pero de nuevo el problema de la inclinación. Si lo inclinas mucho o recibe impactos, el aire atrapado entre las placas podía escapar por los extremos y enseguida la estructura perdía gran parte de su flotabilidad. Y claro, el océano tiene la mala costumbre de no permanecer completamente horizontal, que en ingeniería lo que se busca es que sirva para algo. Es en este contexto en El que aparece el artículo titulado Tubos metálicos superhidrofóbicos flotantes irrecuperables gracias a su geometría. Publicado en Advanced Functional Materials, está online desde enero y aparece en la revista desde el 27 de abril. Lo firma Tian Xu Xu, el primer autor y colaboradores, un grupo de la Universidad de Rochester, en el estado de Nueva York, liderado por Chunlei Wu, que lleva mogollón de años trabajando en estas lides de superficies superhidrofóbicas y materiales, digamos, bio-inspirados. La pregunta. que querían responder los autores sería, ¿cómo evitar que el aire atrapado escape cuando una estructura flotante superhidrofóbica se inclina o recibe un impacto? y siguen, van a explorar de nuevo el mismo material que usaron en 2019, que es aluminio superhidrofóbico, que dominan muy bien porque el grupo está empeñado en conseguir flotabilidad robusta, pues eso, usando algo fácil de conseguir y muy habitual como el aluminio, pero que claro, no parece a priori muy prometedor un metal para flotar. Y lo que cambian respecto de su trabajo anterior es la geometría. Para resolver el problema de la pérdida de aire pasan de placas a tubos. Por cierto, no he contado cómo va lo de la superhidrofobicidad en el aluminio. Primero lo que hacen es rugosificar las…
Juan Carlos Gil explica las consecuencias de un diámetro excesivo en los tubos superhidrofóbicos descritos en un artículo de Advanced Functional Materials, indicando que esto provoca la pérdida de flotabilidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16diámetro excesivo tubos superhidrofóbicosmenisco de agua tapona el tubointerfaz colapsa agua invade tubopérdida de flotabilidad advanced functional materials…menisco, H max. Si esta altura máxima del menisco del agua es mayor que el diámetro del tubo, el menisco puede curvarse lo suficiente como para alcanzar la parte superior del tubo, taponarlo completamente, sellarlo y deja así el aire atrapado en el interior. Pero si el tubo, claro, es demasiado ancho, pues el menisco este de agua ya no consigue taponar todo el tubo; la interfaz colapsa, el agua invade el tubo, el aire escapa y la flotabilidad obviamente se pierde. Así que el mecanismo que os estoy tratando de contar es que el tubo flota porque el agua forma una especie de cuente curvo estable en la boca ligeramente dentro del tubo que tendría que curvarse demasiado para conseguir entrar y si los parámetros son los adecuados, pues no lo consigue. Como el líquido del que estamos hablando, agua, la gravedad es la que es y el tratamiento hidrofóbico son los dos que os he contado; los autores encuentran que hay un punto dulce en cuanto a diámetro interior, ese va a ser al final el parámetro clave de los…
Juan Carlos Gil continúa explicando el funcionamiento de los tubos superhidrofóbicos descritos en un artículo de Advanced Functional Materials, detallando cómo los autores emplearon la ecuación de John Laplace y simulaciones CFD para analizar su flotabilidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11ecuación de john laplacesimulaciones cfd de fluidosflotabilidad de tubitos de 5 milímetros…que os he descrito antes de la interfaz aire-agua. Así que si el empuje hidrostático, el desbalance hidrostático gana a Laplace, ocurre lo de antes, el menisco colapsa, el aire sale literalmente desplazado por el extremo superior y a pique que nos vamos. Los autores usan la ecuación de John Laplace, simulaciones numéricas de fluidos CFD y hacen un montón de experimentos de flotabilidad y muestran que un tubito normal como de los que estamos hablando, de estos 5 milímetros. Pierde aproximadamente la mitad del aire atrapado cuando se inclina solo 10 grados; 10 grados de inclinación, que vamos, que nada es un día tranquilo en el océano. Llamamos a eso, vale, así que se ponen a tope para encontrar la solución: hacen más teoría, más…
Juan Carlos Gil describe las pruebas de resistencia a las que se sometieron los tubos superhidrofóbicos para verificar su funcionamiento.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #15pruebas de tortura a tuboscorrosión en agua saladarecubrimiento super hidrofóbico exteriorflotabilidad tras lijado…de la ingeniería, que a veces la diferencia entre un diseño mediocre y uno brillante no es tecnología súper complejas ni mecanismos sofisticados; a veces pues una pared en el sitio adecuado o un pequeño agujerito colocado adecuadamente pues puede bastar. Y con este diseño, pues empiezan las pruebas de tortura. Inclinan los tubos hasta la vertical, los golpean contra el agua, los someten a corrientes, los someten a olas, los dejan semanas en agua salada, súper concentrada para que se corroan, les hacen agujeros y aún así en todas las condiciones siguen flotando; hasta les lijan por fuera para eliminar el recubrimiento super hidrofóbico exterior, siguen flotando, confirmando un poco el mecanismo que os he contado: que la gracia de este asunto está en el interior de los tubos. Hay una imagen fantástica en el artículo, el panel D de la figura 4 donde aparece un tubito al que le han hecho 15 agujeros de varios milímetros, ¿vale? Han eliminado el 10% del material del tubo y aún así el tubo se mantiene a flote y si lo sumerges…