Nanoquimica

Un material termoelectrico produce electricidad a partir de una diferencia de temperatura. Uno de ellos es el telururo de bismuto y antimonio, conocido desde hace tiempo, pero una nueva version con nanoparticulas 40 por ciento mas eficiente fue inventada por investigadores del Boston College y el MIT.

Segun el informe el secreto de esta alta eficiencia esta en el uso de nanoparticulas. El pequeño tamaño de la particula reduce las perdidas parasitas por disipacion de calor, ya que dificulta el pasaje de los fonones en el material (Los fonones son paquetes o cuantos de energia de vibraciones termicas, tal como los fotones lo son de la luz).

Segun un informe de EETimes, se ha logrado fabricar un material superconductor en base a silanos (Analogos a los alcanos pero formados por Silicio e Hidrogeno). El material posee estas propiedades al someterse a alta presion en vez de baja temperatura. Segun los autores las investigaciones en este tipo de materiales pueden llegar a lograr la superconductividad a temperatura ambiente (cosa que aun no se ha logrado pero seria un logro de gran importancia)

Las aplicaciones de los superconductores son varias, van de desde magnetometros muy precisos hasta, sistemas de diagnostico por imagenes de RMN y se esperan grandes aplicaciones en la industria electrica para limitadores de corriente, almacenamiento de energia, transformadores, etc.

A quienes le gustan los inventos, y la electronica les recomendamos dos sitios muy interesantes:

Projects lab: Laboratorio de proyectos electronicos. Los proyectos parecen provenir principalmente de circuit cellar, una revista de electronica.

Flylogic: Ingenieria inversa. Desarman completamente un circuito integrado y analizan su funcionamiento. Mediante un microscopio y luz ultravioleta, o eliminando capas mediante ataques quimicos descubren por ejemplo fallas de chips criptograficos.

La empresa Perpetuum (Que nombre), fabrica un micro generador que recupera energia de las vibraciones presentes en la maquinaria industrial y las convierte en electricidad para alimentar pequeños dispositivos tales como sensores inalambricos. De esta manera se eliminan baterias o cables, lo cual tiene ventajas en el mantenimiento.

Las posibles aplicaciones incluyen camiones, aeronaves e industrias de procesos.

Muchos tecnologos tienen ideas para inventos pero de la idea a la practica hay un camino largo. Miles de ideas potencialmente utiles quedan olvidadas en cuadernos, o conversaciones entre amigos.

Por ello resulta interesante la noticia de un programa llamado “Submitted Ideas operation“, de la empresa General Electric.

Cualquier persona puede enviar una idea, y si es considerada util, la misma es discutida por expertos de la empresa. Una forma de hacerlo es gratuita (sin esperar compensacion), la otra es con compensacion pero la misma es limitada (hasta un maximo de 5000 dolares).

No es una forma de hacerse millonario pero puede servir para llevar a la practica esos inventos o ideas que de otra manera serian olvidados.

En youtube hay muchos videos de reacciones quimicas, generalmente los mas populares son explosiones o reacciones exotermicas. El blog wired-science ha elaborado una lista de los diez videos de quimica mas asombrosos

A pesar de su espectacularidad estos videos no son demasiado educativos. Para quien realmente se interesa por la quimica les recomendamos ver videos en sitios web de universidades, que poseen mas explicaciones y material suplementario.

Mas videos de quimica pueden encontrarse en kent chemistry, en la universidad de wisconsin, en la universidad de regensburg.

La empresa Nvidia, bastante conocida por producir tarjetas gráficas, ha provisto a Bull un conjunto de tarjetas GPU’s (Graphical processing units) para ser utilizadas en el proyecto NovaScale, a finalizarse en el 2009. Las GPU’s se utlizan en este caso no tanto para gráficos sino a manera de coprocesadores matemáticos para realizar cálculos y así aliviar la tarea de los microprocesadores convencionales. La NovaScale utilizará 1068 microprocesadores de tipo Nehalem de 8 unidades o “cores” cada uno.

Por otra parte la empresa Intel anunció un acuerdo con Cray para desarrollar una nueva generacion de supercomputadoras. El acuerdo no solo implica que Intel proveerá procesadores a Cray, sino que tambien ambas empresas colaborarán en tareas de investigación y desarrollo. Las nuevas supercomputadoras utilizarán unas tarjetas GPU denominadas “Larrabee” que son coprocesadores matematicos. Los procesadores seran “multi-core” y mas nuevos que el Nehalem. Las nuevas máquinas se espera estén disponibles en el 2010-2011.

Parecía que el descubrimiento de nuevos elementos quimicos era una cosa del pasado. Me refiero a elementos estables, no a esos que de tanto en tanto se anuncian que solo existen en el laboratorio y son tan inestables que solo existen durante fracciones de segundo infinitesimales.

Pero un nuevo resultado indicaría que hay al menos uno y posiblemente muchos mas elementos estables por descubrir. Según una publicación en ArXiv de A. Marinov y otros, aparentemente han descubierto un isótopo estable superpesado presente en el torio natural. El mismo tendría número atomico alrededor de 122 y numero másico 292. Su nombre tentativamente es unbibium. Su abundancia relativa es bastanta baja (del orden de 10^-12 veces la abundancia de torio) El mismo se cree es estable, con una vida media del orden de 10 ⁸ años.

El descubrimiento tiene el potencial de lanzar una nueva carrera por descubrir otros elementos similares, que hasta ahora solo se habían predicho en teoría (Se predice en física nuclear una “isla de estabilidad” donde elementos pesados de ciertos tamaños particulares son teóricamente estables, pero los mismos aún no se habían observado.

Aún el descubrimiento no esta totalmente confirmado. Existen hipótesis de que las mediciones realizadas puedan atribuirse a errores o interferencias y no a la presencia de un nuevo elemento. Es dificil predecir si estos elementos superpesados tendrán alguna utilidad tecnológica. Es probable que sean muy escasos y por ende muy costosos, por lo cual es esperable que sean solamente un objeto de investigación en el futuro inmediato.

En un artículo de Science Scientific American mencionan una nueva manera de trabajar de los científicos. La misma usa herramientas colaborativas que permiten compartir los resultados de manera rapida y publicando todos los detalles del proceso científico. Esto es completamente diferente al proceso tradicional donde solo se publican los resultados luego de someterse a revision de pares (Peer review).

Uno de los proyectos en cuestión es el denominado Openwetware del MIT.

Hasta ahora la práctica no esta muy difundida pero segun sus participantes es muy util.

Varios grupos de investigación se están dedicando al estudio de la carne in vitro. la tecnología apunta a cultivar células de músculo en fermentadores, que luego podrían ser usadas como carne artificial. Aparentemente aún se está lejos de lograrlo en forma económica. Quiza se elaboren productos completamente diferentes tal como el surimi, (pasta de pescado).

New harvest: Organización interesada en desarrollar carnes modificadas.

In vitro meat consortium: Organización interesada en el dearrollo de cultivos de músculo para su uso como alimentos.

El grupo PETA de defensa de los animales no solo está a favor de esta técnica sino que ofrecen 1 millón de dolares (al estilo X-Prize) para quien logre un proceso comercialmente viable antes del 2012.

Premio PETA de un millón de dolares.

La empresa IPPE vende equipos y plantas químicas usadas. En su sitio web poseen presentaciones power point con información sobre las plantas. Las presentaciones incluyen informacion variada tal como:

* Listas de equipos
* Flowsheet
* Fotos de equipos
* Datasheets de equipos
* Documentacion de operacion de la planta
* PI&D

No todas las plantas poseen todos los datos, y quizá algunas de las tecnologías sean un tanto obsoletas, o anti-económicas ya que por algo las plantas estan a la venta, pero de todos modos los materiales son muy didácticos y de gran utilidad para quienes se interesan por el diseño de procesos químicos.

Uno de los elementos más comunes en la planta química es la combinación de bombas centrífugas y las válvulas para control de caudal. Controlar el caudal abriendo y cerrando una válvula es obviamente ineficiente ya que gran parte de la energía suministrada por la bomba se pierde por fricción en la válvula.

Por ello la alternativa de bombas de velocidad variable resulta atractiva. Mediante un variador de velocidad se usa solo la potencia necesaria para mover el fluído. Esto conlleva algunas otras ventajas debidas a la eliminacion de valvulas: Una valvula de control menos require menos válvulas de aislamiento y accesorios auxiliares de piping.

Si bien en teoría suena bien, existen complicaciones y llevó tiempo llevar a la practica los prometidos ahorros de energía de los motores de velocidad variable.

Algunos problemas son el alto costo inicial, la mayor complejidad electrica del sistema y posibles vibraciones a ciertas velocidades donde el motor entra en resonancia con la estructura mecanica. A pesar de estos inconvenientes la posiblidad de ahorros del orden de 20-30% en electricidad y reducciones en el mantenimiento hacen que merezca la pena considerar este tipo de metodo.

Varios intentos de uso en Exxon Chemical fracasaron incialmente pero luego tuvieron éxito debido a avances en la confiabilidad de los equipos.

Otro caso de interés es uno la empresa Repsol-YPF , donde relatan los beneficios energéticos del sistema.

Uno de los articulos mas populares de este blog es uno donde se habla de la tabla periodica. Para facilitar la tarea de quien necesita una tabla periodica con masas atomicas para calculos de estequiometria hemos elaborado una tabla sencilla, que se encuentra disponible en forma gratuita
en este enlace. Esta en formato PDF para diferentes tamaños de papel y tambien en varios formatos graficos en color y blanco y negro. Si alguien quiere modificarla, por ejemplo para cambiar los colores o agregarle mas informacion puede descargar el archivo en formato SVG. La misma fue realizada usando el programa grafico inkscape.

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Se anuncio un nuevo material que cambia de color al ser sometido a un campo magnetico.

El mismo consiste de particulas de hierro de tamaño coloidal, recubiertas en plastico. El recubrimiento provee fuerzas electrostaticas de repulsion entre las particulas. Pero dado que el interior es magnetico, al someterla a un campo magnetico se generan fuerzas de atraccion que se pueden regular de manera muy precisa alterando asi el espaciado de las particulas. Esta distancia entre particulas afecta las propiedades opticas del material, por lo tanto se puede cambiar el color del mismo.

Segun los autores seria barato de fabricar y tendria aplicaciones en displays o el llamado “papel electronico”.

Referencia: Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.200701992)

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Los niños de hoy en dia pueden armar su propia planta quimica de juguete. La empresa BridgeStreet Toys fabrica un juego llamado “hydrodynamic building set”, que contiene partes para armar plantas en miniatura funcionales, incluyendo tanques, bombas, valvulas, estructuras de soporte, etc.

Los creadores, Carol y Paul Flack son ingenieros quimicos y se basaron en un sistema de la empresa Kenner llamado “Girder & Panel building set”, que se vendia a fines de la decada del 50. Este luego se dejo de fabricar y era muy buscado por coleccionistas.

El sistema permite familiarizarse con conceptos de ingenieria quimica como hidrostatica, flujo de fluidos, mezclado, etc. Tambien hay versiones mas orientadas a la ingenieria civil, con columnas y vigas.

Se vende en EEUU a $89 en su modelo deluxe con bomba electrica. Aqui hay un enlace al manual de instrucciones.

Para los interesados en armado de prototipos la pagina de Hobby Engineering posee abundante informacion sobre gran variedad de sistemas.

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El 2,5-dimetilfurano es una molecula que tiene una densidad de energia similar a la de la gasolina.

De acuerdo a recientes investigaciones la misma se puede producir cataliticamente a partir de carbohidratos derivados de la biomasa. Esto lo convertiria en un combustible para motores potencialmente mejor que el etanol.

Via neofronteras

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Adonde puede el publico en general encontrar informacion cientifica?
Este es un tema comun en nuestro blog. Hoy encontramos dos mas:

Scirus es un buscador cientifico, tipo Google scholar que filtra resultados con rigor cientifico.

Varias bases de datos cientificas de acceso libre, en la pagina del centro de informacion cientifica del Peru. En uno de los enlaces hay un sistema que permite conseguir gratis articulos de cualquier journal, previa inscripcion ( es para investigadores paises en desarrollo y hay un limite maximo de descargas).

El profesor Joel Adams y su alumno Tim Brom del Calvin College, USA, anunciaron que es posible construir una supercomputadora de grandes prestaciones por un precio muy bajo (menos de 2500 dolares).

Al dispositivo lo llamaron Microwulf y consiste en 4 procesadores multi core conectados por gigabit ethernet, todos elementos cuyo precio es cada vez mas bajo.

Para verificar la potencia de calculo maxima utilizaron el benchmark “high performance Linpack” el cual dio como resultado un maximo de 26 Gigaflops. (Cabe aclarar que la supercomputadora mas potente hoy en dia alcanza 280 Teraflops, un numero aproximadamente 10.000 veces mas grande).

O sea que en potencia de calculo no es el sistema mas potente del mundo. Sin embargo si se miden las GFlops por dolar o por KW, los numeros son $94.10/Gflop, y 17.14 watts/Gflop lo que la convierte segun sus autores en la maquina mas eficiente hoy en dia.

Notas:
1 Gflop es 10^9 operaciones de punto flotante por segundo.
1 Tflop es 10^12 operaciones de punto flotante por segundo.

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Para quienes aprecian las estructuras gigantescas, tanques, tuberias y grandes fabricas abandonadas, hoy tenemos via blog BoingBoing, la pagina de un fotografo en Europa que ha retratado plantas industriales cerradas, en desuso o en proceso de demolicion. Las imagenes abarcan desde plantas de acido sulfurico, hornos de fundicion, etc.

La investigacion quimica avanza a un ritmo muy acelerado y esto se ve reflejado en el numero de revistas cientificas. Recientemente se anunciaron tres nuevas publicaciones.

ACS nano: Revista interdisciplinaria de nanociencia y nanotecnologia de la ACS (American Chemical Society).

ChemSusChem de Wiley VCH y las sociedades de quimica italiana y alemana. Enfocado en la quimica y el manejo sostenible de los recursos naturales. Algunos topicos incluidos son nuevos materiales, energia, biocombustibles.

Nature chemistry: Sera lanzado en 2009 por el nature publishing group.

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Investigadores de la universidad de Illinois anunciaron un nuevo metodo para mejorar la eficiencia de las celdas solares. El mismo consiste en agregar nanoparticulas fluorescentes. Las mismas son de un tamañ0 de 1 nm o 2.85 nm. El incremento en la eficiencia producidas por estas ultimas serian de 67 porciento en el ultravioleta, y 10 porciento en el visible. En el parte de prensa no esta muy claro en base a que se mide este aumento de la eficiencia.

Segun los autores este metodo produciria menor disipacion de energia en forma de calor y mayor vida util de las celdas. Asimismo seria facil de incorporar a procesos de produccion existentes.

Imagen de wikimedia commons Copyright © 2005 David Monniaux licensed under the Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5

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La investigacion de estructuras de las moleculas organicas tales como enzimas y proteinas requiere cristales de alta pureza para su analisis por difraccion de rayos X.

Obtener de cristales de alta pureza es dificil ya que la conveccion causada por la gravedad produce defectos. Una solucion a esto ha sido hacer crecer los cristales en microgravedad, lo cual se ha logrado con gran exito en la estacion espacial internacional.

Un metodo alternativo es usar campos magneticos fuertes. Las fuerzas magneticas se oponen a la gravedad y permiten el crecimiento de cristales de gran calidad. En el
High Field Magnet Laboratory de Radboud University y colegas de Tohoku University, Japon, demostraron que este metodo funciona para generar un cristal puro de la proteina lisozima.

Dado que es mas rapido y barato que ir al espacio, este metodo promete ser un gran avance para las investigaciones de estructura molecular.
Referencia: Applied Physics Letters (vol 90, p 264105).

Que sucede en Chile en materia de tecnología e innovación?
El blog Chilebeta responde a esta pregunta. Sus autores cuentan con experiencia en periodismo, esto le da una calidad que no siempre se ve en la blogosfera. Tiene articulos sobre ferias de ciencia, innovacion, incubadoras de empresas etc.

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Los precios de mercado de los productos quimicos son necesarios para hacer estudios de mercado y proyectos de ingenieria quimica. Esta informacion a veces es dificil de conseguir para estudiantes.

Para facilitar la tarea existe esta pagina web de ICIS donde dan precios de un gran numero de productos quimicos que si bien pueden estar un poco desactualizados sirven como referencia para realizar monografias, proyectos, etc.

Aqui hay otra fuente de precios estimativos y enlaces utlies sobre el tema (Precios en libras esterlinas).

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El famoso premio X-prize se creó para incentivar a pequeñas empresas aeroespaciales para desarrollar una nave espacial reusable de bajo costo. Hay algo similar en el campo de la quimica?

Pareceria que sí.

La empresa Barrick Gold posee un yacimiento en Argentina con gran contenido de plata, la misma esta aparentemente encapsulada en una capa impermeable de silice que dificulta la extraccion por metodos convencionales.
La reduccion de tamañ0 de particula sería de gran ayuda pero los es energéticamente muy costosa dado que el mineral es muy duro y abrasivo.

Por ello solicitan propuestas de tecnologias extractivas mas efectivas y ofrecen un premio de 10 millones de dolares.

Cabe aclarar que la extraccion de metales preciosos esta sujeta a problemas medioambientales y sociales, asi que la tecnologia propuesta aparte de funcionar debería poseer un buen desempeño en cuanto a la seguridad, control de la contaminacion , etc.

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Es comun encontrar errores de menor o mayor magnitud en articulos cientificos si uno es experto en el area. Esto es en parte natural dada la naturaleza incierta de las investigaciones y podria considerarse un fenomeno de menor importancia, pero segun un ensayo muy polemico escrito por John P. A. Ioannidis, la mayoria de las afirmaciones realizadas en los articulos cientificos son falsas.

El mismo se basa en estadisticas sobre los estudios de medicina que muchas veces son refutados y cita varias causas como mal analisis de los resultados. Como medida de la probabilidad de certeza de un resultado cientifico define una cantidad llamada PPV (Positive predictive value) y estudia como esta cantidad es afectada por diversos factores.

Las conclusiones de este analisis se resumen en varios criterios a seguir para estimar que tipo de estudios son mas confiables. Una de las mas interesantes y contraintuitivas es:

Corollary 6: The hotter a scientific field (with more scientific teams involved), the less likely the research findings are to be true.

Cuanto mas “caliente” es un area de investigacion es menos probable que los descubrimientos sean ciertos.

La explicacion es que en un area donde hay muchos equipos en competicion hay un gran incentivo para publicar los resultados positivos mas impresionantes. Hay incentivo para publicar resultados negativos si refutan un resultado positivo previamente publicado. A veces hay una secuencia de resultados opuestos que se refutan mutuamente, sobre todo en el area de genetica molecular.

Da varias recomendaciones para mejorar la situacion. Una conclusion inmediata es que no se puede dar excesivo credito a un solo estudio en particular, lo que importa es la totalidad de la evidencia acumulada. El tema da para la discusion, por ejemplo sobre los estandares eticos en ciencia y la cultura de “publicar o perecer” y su efecto en la calidad de la investigacion.

El articulo esta disponible en forma gratuita en la revista PLoS medicine.
Referencia:

Why Most Published Research Findings Are False Ioannidis JPA PLoS Medicine Vol. 2, No. 8, e124 doi:10.1371/journal.pmed.0020124