Búsqueda · 20 momentos en 9 episodios
Luisa AchaerandioIgnacio CrespoJuan Carlos GilJosé EdelsteinFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribettransporte de protones ácido fosfóricomecanismo detallado molecularsistema representativo químico físicosdímero ácido fosfórico dihidrógeno fosfatosimplificación del transporte de protonesquímica cuántica en ácido fosfóricoproblema intratable manejableestructura puentes de hidrógeno fósforoespectroscopía en gas moléculas fósforoestudios espectroscopía carbono nitrógeno oxígenoácido fosfórico difícil en fase gasdescomposición del ácido fosfórico al calentarsenano-electro-spray para estudiar fosfóricosdímetros y iones en nano gotitasÁcido fosfóricoNano-electro-sprayDímerosIonesJuan Carlos GilInstituto Fritz HaberFase gasTemperatura criogénicaHéctor SocasChompsADNARNFósforoÁcidos NucleicosMembranas CelularesCanariasAméricaATPADPLeipzigInstituto
Nano-electro-spray para estudiar fosfóricos
Con
0:000:301:001:302:002:303:003:31
Juan Carlos Gil explica las dificultades experimentales para estudiar el ácido fosfórico y sus compuestos en fase gaseosa debido a su tendencia a descomponerse al calentarse.
…va a tocar cierto trabajo de edición. Pues sí, esto es una faena. Cuando me digas, sigo. Vale, yo donde noté un corte es cuando estabas haciendo la broma de que América no está en Berlín y más o menos por ahí me caí yo. No sé si tienes claro por dónde seguir. Vale, pues repito en particular la pregunta científica que me gusta que quede explícita. Vale, pues dale cuando quieras. Y la pregunta científica que querían responder estos autores, que me gusta explicitarla, es: cuál sería el mecanismo detallado a escala molecular que permite este transporte de protones tan eficiente en el ácido fosfórico. Pero estudiar el ácido fosfórico, ya os he comentado que si ya el agua es una fiesta, pues el H3PO4 no te quiero contar, así que hacen algo muy de químico-físicos, bueno y también de físicos en general, que es buscar el sistema representativo más pequeñito y más fácil de estudiar, que sea eso representativo del todo en alguna forma, ¿vale? Reducimos el problema a la cosa representativa más pequeña y lo que han hecho en este caso es centrarse en el sospechoso de la pistola humeante que os comentaba antes, ese dímero ácido fosfórico de hidrógeno fosfato. Así que, primer gotcha, la simplificación va a ser enorme, porque no estamos estudiando el líquido, el ácido fosfórico completo, sino dos moléculas aisladas, pero a cambio convierte un problema intratable en uno manejable, tanto experimentalmente como mediante cálculos de química cuántica, que os comentaré luego. Si queremos saber cómo pasa un protón de una moleculita a Otra, lo primero que tenemos que tener cierta idea es cómo es esa estructura de puentes de hidrógeno y aquí tenemos una, la primera, dificultad práctica bastante gorda porque todos sabéis mogollón de estudios de espectroscopía en gas de moléculas que tienen carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, las más habituales, pero seguro que de fósforo habéis oído hablar pocas ¿Y por ¿Qué? Pues porque el fosfórico y sus relacionados es bastante puñetero experimentalmente en fase gas, porque en cuanto intentas vaporizarlo calentándolo se descompone en estos amigos que os contaba antes y en otros, ¿vale? Así que los autores recorren una técnica bastante simpática que se llama nano-electro-spray; lo que hacen es partir de ácido fosfórico líquido y generan nano gotitas minúsculas cargadas que llevan dentro estos dímeros, en parte iones, y se los llevan a fase gas. Gotitas minúsculas cargadas. No sé si os trae algo a la mente, pero a mí. enseguida me acordé del experimento de Millikan ¿os acordáis? Es que cuando yo lo vi de pequeño, es fascinante cómo producía gotitas de aceite y claro en una había un electrón, en otra 17, en otra 43.000 electrones y viendo el campo magnético, creo que era…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil expresa su interés por el fósforo, un elemento que le fascina debido a sus múltiples alótropos, aunque reconoce que este tema podría no ser de interés general.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #2fósforo elemento favorito juan carlos gilalótropos del fósforo nombres distintosfósforo blanco tetraedros reactivocerillas antiguas fósforo blanco reactivofósforo rojo para la capa externafricción transforma fósforo rojofósforo blanco genera emisióncerillas fósforos en canariasfósforo en ácidos nucleicosgrupos fosfato en adn arnfosfolípidos en membranas celularestesis de juan carlos gil…tiene porque tú sueles traer temas que tienen doblez tienen algo que parece una cosa pero luego cuando lo despliegas aquello es como los cuentos estos de pequeños que lo abres y sale un castillo allí y tú dices ¿dónde estaba este castillo aquí metido dentro? Me ha llamado la atención pero reconozco que puede no ser de interés general. ¿Por qué lo traigo? Porque el fósforo es probablemente mi elemento favorito. Pero a ver, como sea interés general tenemos que hacerlo gratuito, entonces no vayamos a liarla ahora. El fósforo, cuando lo estudié me encantó porque tiene un montón de alótropos que los llaman con distintos nombres. Está el fósforo blanco, que son tetraedros de cuatro átomos de fósforo y que es extraordinariamente reactivo. Y luego tenemos el fósforo negro, el fósforo rojo e incluso el fósforo violeta, cada uno con sus estructuras y propiedades de su padre y de su madre. Los antiguos fósforos, las cerillas, antes se llamaban fósforos porque eran de fósforo blanco, eran tremendamente reactivos, aquello no había que lo controlase. En la actualidad. Tendemos a usar fósforo rojo, por lo menos en la capa externa, que cuando se fricciona contra lo que sea para encender la cerilla. La presión hace que una pequeña cantidad se convierta en fósforo blanco, que es el que sufre la emisión, o sea que eso está chulo. Una anécdota irrelevante: en Canarias se sigue llamando fósforos a las cerillas y supongo que en América también, en algunos sitios, porque tenemos muchas variaciones en el idioma español. Pero El fósforo no es solo cerillas, sino que es uno de los seis elementos esenciales de la vida, ¿no? ¿Os acordáis? Chomps, ahí está la P en la quinta o sexta posición y en la vida aparece en general fundamentalmente en forma de grupos fosfato, donde en los esqueletos de los ácidos nucleicos, tanto ADN como ARN, cuyos grupos fosfato en disolución, que es como suele actuar obviamente los ácidos nucleicos, están ionizados y eso hace que las moléculas de ácido nucleico en vivo sean polielectrolitos. Y he hecho esta frase tan larga porque es lo que estudié yo en la tesis y me lo sé y lo quiero decir. Son polielectrolitos, moléculas gigantes que están ultracargadas. Tenemos los fosfolípidos, claro, en las membranas celulares que llevan ahí el fósfo en el nombre por el fósforo. el ATP, adenosine trifosfato, es la moneda de cambio energético, una de las monedas de cambio energético en la célula y el ADP, el adenosine difosfato y bueno luego está la fosforilación de proteínas que es uno de los varios pero uno de los grandes mecanismos…
Juan Carlos Gil explica la importancia del ácido fosfórico en diversos campos, desde la química prebiótica hasta aplicaciones tecnológicas como baterías y pilas de combustible, destacando su excepcional capacidad para conducir protones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12ácido fosfórico en química prebióticaconducción de protones ácido fosfóricotransferencia de energía atp adpgradientes electroquímicos membrana celular…fosfórico le quitas un protón se queda dihidrógeno fosfato, H2PO4 menos. Si le quitas otro, hidrógeno fosfato, HPO4 con dos cargas negativas. y hasta un tercero, si le enfrentas a cosas suficientemente electropositivas, pues se te quedaría el fosfato, PO4-. El ácido fosfórico aparece en química prebiótica, tiene importancia en procesos atmosféricos y además tiene aplicaciones tecnológicas en baterías y en pilas de combustible precisamente asociado a lo que os voy a contar. Y es que tiene una propiedad muy llamativa, ya te os digo que está relacionada con la historia de hoy, y es que conduce protones excepcionalmente bien, de hecho es el líquido que mejor conduce protones de entre todos los que conocemos y esto de mover protones no es una chorrada sin más, es que es fundamental para la vida. Se utiliza la comunicación celular en transferencia de energía, se hablaba de ATP y ADP y para el mantenimiento de los gradientes electroquímicos a ambos lados de la membrana, lo que suele atravesar los... Sabéis que hay canales de sodio, canales de potasio, todo eso, el motor de eso es la transferencia de protones. ¿Cómo demonios, el ácido fosfórico conviene? Es verdad, tú has mencionado el aniversario del LHC, pero esto suena al de Star Trek, que si el motor de sodio y el motor de no sé qué se basan en la transferencia de protones, o sea, eso puede ser perfectamente…
Juan Carlos Gil continúa explicando los antecedentes del trabajo que va a comentar sobre el transporte de protones en ácido fosfórico, sugiriendo que el dihidrógeno fosfato podría ser responsable de un mecanismo y que incluso un dímero formado por una molécula de fosfórico y otra de aluminio podría intervenir.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #18ácido fosfórico transferencia de protonesanión especie desprotonada químicaaniones inusuales hidrógeno fosfatofosfato mecanismo transferencia aniónicotransporte de protones ácido fosfóricodihidrógeno fosfato mecanismo transferenciaácido fosfórico y dihidrógeno fosfatotransferencia de protones mecanismo aniónicomoléculas intercambian su identidadjuan carlos gil explica transferenciaácido fosfórico en bateríaspilas de combustible permiten protonesmecanismo detallado para optimizarestabilidad del compuesto fósforomolécula tetraédrica p4fósforo estabilizado por oxígenoácido fosfórico aditivo alimentariocontrol de ph con ácido fosfórico…le llega un cubo por fin, pasa de tener 0 a 1, pero la persona que tenía delante se ha quedado con 0. Es decir, lo que se transmite ahora es la ausencia de cubo que se mueve; esta ausencia, este hueco de cubo se mueve en sentido contrario al de los cubos. Pues de nuevo, en el ácido fosfórico puede ocurrir algo parecido y el hueco ahora sería la especie desprotonada, que en química llamamos anión, ¿vale? Y este mecanismo de transferencia de protones aniónico podría ser especialmente relevante en el ácido fosfórico porque, como os he contado, tiene una capacidad de producir distintos aniones inusitadas de hidrógeno fosfato, hidrógeno fosfato, hasta llegar al fosfato. Esto ya lo apuntaba un trabajo previo en el que Achacaba, o que hacía que ponía la pistola humeante en las manos del hidrógeno fosfato. Se cree que puede ser responsable de este mecanismo. Bueno, pues también se propuso, estoy intentando dar unas pinceladas a los antecedentes del trabajo que os voy a comentar, que no solo eso, no solo el dihidrógeno fosfato, sino que podría intervenir en este mecanismo de transferencia de protones en el fosfórico y amigos relacionados, un dímero, un dímero formado por una molécula completa de fosfórico y una molécula al. que le falta un protón, un dihidrógeno fosfato que para los que tengan sensibilidad química os podéis, llama la atención que son el ácido y la base conjugada, o sea son de un solo compuesto el ácido y su base conjugada se alinearían, se asociarían para hacer un mecanismo de transferencia de protones de tal forma que cuando esa transferencia tenga lugar ocurre algo bastante simpático y es que el ácido fosfórico se convierte en dihidrógeno fosfato y el dihidrógeno fosfato se convierte en fosfórico. Es decir, las moléculas intercambian su identidad. El defecto de protón pasa de una molécula a la otra, de una especie química a la otra. y esto que se conta así un poco a mata caballo, bueno pues al menos sobre el papel, al menos tal como lo he descrito yo, pues parece el mecanismo perfecto, el mecanismo paradigmático para una posible vía de transferencia de protones mediante un mecanismo aniónico, ¿vale? Y es aquí. Eso tendría interés, por ejemplo, en baterías ¿no? Pero completo. O sea, no entendemos el mecanismo, pero usamos fosfórico a saco porque en baterías y en pilas de combustible, pues porque trazo, permite protones muy bien. Pero claro, para optimizarlas nos gustaría saber el mecanismo detallado y en eso incide este arte. Pero es suficientemente estable ese compuesto, que me preocupa, tú empezabas diciendo el fósforo, pues precisamente que es muy inflamable ¿no? Pero eso es química, Héctor, a veces haces ese tipo De cosas, una cosa es el P4, cuatro átomos de fósforo formando una molécula tetraédrica con unas tensiones en los enlaces internos espectaculares y otra es el fosfórico, en el que el fósforo tiene ese número de oxidación 7 y está perfectamente contento con todos sus orbitales rellenos por electrones que le sobran a los oxígenos. En química cambias un poquito y te resulta otra cosa radicalmente distinta. El ácido fosfórico es perfectamente sano; de hecho, creo que se utiliza, aquí lo digo con boca pequeña, luego lo busco, se utiliza como aditivo alimentario. No sé lo que hace; supongo que formará un tampón para control de pH, pero esto me lo acabo de inventar y no estoy seguro. El trabajo del que os quiero hablar se llama Espectroscopía vibracional criogénica del dímero desprotonado del ácido fosfórico. Bueno, ya suenan todas las palabras porque creo que las he mencionado la mayoría. Se ha publicado en adierto en The Journal of…
Juan Carlos Gil explica las dificultades experimentales para estudiar el ácido fosfórico y sus compuestos en fase gaseosa debido a su tendencia a descomponerse al calentarse.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1transporte de protones ácido fosfóricomecanismo detallado molecularsistema representativo químico físicosdímero ácido fosfórico dihidrógeno fosfatosimplificación del transporte de protonesquímica cuántica en ácido fosfóricoproblema intratable manejableestructura puentes de hidrógeno fósforoespectroscopía en gas moléculas fósforoestudios espectroscopía carbono nitrógeno oxígenoácido fosfórico difícil en fase gasdescomposición del ácido fosfórico al calentarsenano-electro-spray para estudiar fosfóricosdímetros y iones en nano gotitas…va a tocar cierto trabajo de edición. Pues sí, esto es una faena. Cuando me digas, sigo. Vale, yo donde noté un corte es cuando estabas haciendo la broma de que América no está en Berlín y más o menos por ahí me caí yo. No sé si tienes claro por dónde seguir. Vale, pues repito en particular la pregunta científica que me gusta que quede explícita. Vale, pues dale cuando quieras. Y la pregunta científica que querían responder estos autores, que me gusta explicitarla, es: cuál sería el mecanismo detallado a escala molecular que permite este transporte de protones tan eficiente en el ácido fosfórico. Pero estudiar el ácido fosfórico, ya os he comentado que si ya el agua es una fiesta, pues el H3PO4 no te quiero contar, así que hacen algo muy de químico-físicos, bueno y también de físicos en general, que es buscar el sistema representativo más pequeñito y más fácil de estudiar, que sea eso representativo del todo en alguna forma, ¿vale? Reducimos el problema a la cosa representativa más pequeña y lo que han hecho en este caso es centrarse en el sospechoso de la pistola humeante que os comentaba antes, ese dímero ácido fosfórico de hidrógeno fosfato. Así que, primer gotcha, la simplificación va a ser enorme, porque no estamos estudiando el líquido, el ácido fosfórico completo, sino dos moléculas aisladas, pero a cambio convierte un problema intratable en uno manejable, tanto experimentalmente como mediante cálculos de química cuántica, que os comentaré luego. Si queremos saber cómo pasa un protón de una moleculita a Otra, lo primero que tenemos que tener cierta idea es cómo es esa estructura de puentes de hidrógeno y aquí tenemos una, la primera, dificultad práctica bastante gorda porque todos sabéis mogollón de estudios de espectroscopía en gas de moléculas que tienen carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, las más habituales, pero seguro que de fósforo habéis oído hablar pocas ¿Y por ¿Qué? Pues porque el fosfórico y sus relacionados es bastante puñetero experimentalmente en fase gas, porque en cuanto intentas vaporizarlo calentándolo se descompone en estos amigos que os contaba antes y en otros, ¿vale? Así que los autores recorren una técnica bastante simpática que se llama nano-electro-spray; lo que hacen es partir de ácido fosfórico líquido y generan nano gotitas minúsculas cargadas que llevan dentro estos dímeros, en parte iones, y se los llevan a fase gas. Gotitas minúsculas cargadas. No sé si os trae algo a la mente, pero a mí. enseguida me acordé del experimento de Millikan ¿os acordáis? Es que cuando yo lo vi de pequeño, es fascinante cómo producía gotitas de aceite y claro en una había un electrón, en otra 17, en otra 43.000 electrones y viendo el campo magnético, creo que era…
Juan Carlos Gil describe técnicas experimentales utilizadas en el Instituto Fritz Haber para estudiar complejos de ácido fosfórico, incluyendo espectroscopía infrarroja en nanogotas de helio a temperaturas extremadamente bajas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4espectroscopía infrarroja instituto fritz habernanogotas de helio superfluidocomplejos ácido fosfórico absorben0 4 kelvin temperatura experimentoespectroscopía fotodisociación infrarrojacomplejos ácido fosfórico leipzigetiqueta de deuterio d2trampa a 13 kelvinespectroscopías de acción miden vibracionesmoléculas dispersas impiden medición directaevaporación helio detecta bandas vibratoriassustitución hidrógenos por deuterio ácido fosfórico…la relación masa-carga de lo que viaja dentro, pues la que les interesa y sobre esa pequeña micro gotita hacen la espectroscopía. Vamos, como siempre yo alucino con las capacidades de experimentación en el laboratorio de hoy en día. Bueno, pues no solo Eso, hacen dos; después de sacar las gotitas hacen dos técnicas experimentales distintas que vienen a ser dos formas de escuchar voces distintas del mismo sistema. En el Instituto Fritz Haber, que os decía, hacen espectroscopía infrarroja de acción en nanogotas de helio. Lo que hacen es introducir estos iones que se han formado en gotitas a su vez de helio superfluido a 0,4 Kelvin y entonces es cuando lo irradian con infrarrojo y detectan indirectamente cuando los complejos de ácido fosfórico absorben porque el helio se evapora; o sea, que ello se pone a vibrar, el helio se evapora y entonces están barriendo en frecuencia. Aquí ha ocurrido algo. Mientras que en el otro instituto, en Leipzig, utilizan otra técnica que se llama espectroscopía de fotodisociación infrarroja con etiqueta de deuterio. En este caso en una trampa a 13 Kelvin y lo que hacen es, otra cosa súper sofisticada, y es que asocian de forma débil, de forma Van der Waals, una molécula de deuterio D2 al aldímero este de fosfórico de hidrógeno fosfato y esta molécula pegadita va a actuar como mensajero, va a actuar como chivato, de tal forma que cuando el complejo absorba el fotón infrarrojo y se ponga a vibrar, pues va a liberar, va a pegar una coz a la moleculita de deuterio y ese desprendimiento es lo que va a generar la señal en los detectores. Estas dos técnicas, por tanto, en rigor, son espectroscopías de acción, porque no medimos directamente la luz absorbida, estamos hablando de poquísimas moléculas dispersas, no daría para medir la variación en la intensidad de la luz absorbida, ¿vale? sino que detectamos las bandas de vibración mediante estos métodos indirectos, la evaporación del helio o el release, la suelta de las moléculas de deuterio, dedos. Más aún, en cada uno de los dos montajes lo van a hacer con las moléculas normales, dimeronormal, y también con su versión deuterada, que no tiene nada que ver con los D2 de antes, sino que sustituyen los hidrógenos del ácido fosfórico por deuterio. ¿Para qué? Porque aunque químicamente la situación va a cambiar muy poquito, el cambio de un hidrógeno por un deuterio químicamente es difícil de caracterizar; sin embargo, la masa del deuterio es el doble que la del hidrógeno, tiene un neutrón más y, por tanto, las…
Juan Carlos Gil señala que el estudio se ha centrado en un dímero aislado en fase gaseosa a temperaturas criogénicas, lo que limita su capacidad para explicar la excepcional conductividad del ácido fosfórico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #6dímero aislado en fase gasconductividad del ácido fosfóricomecanismo de la extraordinaria conducción…que esta había indicios de que aparecía en otros sistemas relacionados con los fosfatos, así que los autores sugieren que podría ser una estructura relativamente común o recurrente en la química del ácido fosfórico. Y la tercera, quería volver de nuevo a Poner un punto de pausa sobre el alcance del resultado, porque hemos estudiado el dímero aislado en fase gas y a temperatura criogénica, o sea, le hemos aislado hasta el extremo y por tanto no estamos explicando para nada el mecanismo de la extraordinaria conducción del ácido fosfórico si hemos identificado una posible pieza de forma muy plausible. La forma de continuar es evidente; hay que estudiar agregados desprotonados mayores, añadir más moléculas, más capacidad de cálculo. ¿Quién sabe si la IA va a resolver esto? Y bueno, aunque no hemos identificado la autopista de protones, sí que tenemos una…