La utilitat de les microones en el camp químic
1989/11/01 Hernandez Ruiz de Olano, Ricardo Iturria: Elhuyar aldizkaria
Expressions sobre microones
Les microones són nocives. Aquest proverbi és molt conegut, ja que en diverses ocasions hem sentit parlar dels efectes nocius de les microones. Encara que aquesta manera de pensar està molt estesa, no és correcta, o almenys està per demostrar; se sol dir que causen danys genètics en l'ADN, provoquen ceguesa, etc. Per a analitzar els possibles efectes sobre l'ADN es van formar dos grups d'investigadors, un en la Universitat d'Uppsala a Suècia i un altre en el King’s College de Londres. Tots dos van investigar l'absorció microones de l'ADN en un rang de freqüències de 1000 a 10000 megahertzs i no van trobar indicis d'absorció. El resultat d'aquestes recerques és que les microones no causen danys genètics. S'ha demostrat que algunes malalties que es van crear (o almenys es creaven) per microones no són realment causades per elles.
No obstant això, les microones són molt desconegudes, per la qual cosa no es pot dir que siguin absolutament beneficioses o perjudicials. Per això cal investigar més a fons.
Teories sobre el comportament de microones
Tots hem vist que en les cafeteries el cambrer introdueix el “croissant” en un petit forn i després d'un minut extreu calor. Aquest petit forn és normalment un microones, el més còmode per a ells per la seva rapidesa i neteja.
Nosaltres sabem que si els aliments entren en ella, els microones s'escalfen, però no sabem en què consisteix aquest efecte.
Fins ara els científics han cregut que els microones només escalfaven aigua i que l'escalfament dels aliments era degut a l'escalfament de l'aigua; el component principal dels aliments és l'aigua. La base d'aquesta creença és que les microones acceleren el moviment de rotació de l'aigua. L'acceleració del moviment augmenta l'energia de rotació i quan les molècules amb una energia cinètica molt elevada xoquen amb les altres, descarreguen aquesta energia sobrant augmentant l'energia tèrmica de l'entorn. Mitjançant aquest raonament s'explica l'augment de la temperatura ambiental.
Algunes reaccions químiques de gran interès químic no contenen molècules d'aigua en els seus components. Això explica per què els químics han estat tan lents per a començar a utilitzar microones.
La primera utilització de microones en els laboratoris químics va consistir en l'assecat de certs compostos, que provocaven l'evaporació de l'aigua i l'obtenció d'un compost purificat.
Richard Gedye, professor de la Universitat Laurentian d'Ontario, va començar en 1988 a investigar la utilitat de microones per a accelerar les reaccions químiques.
Gedy i el seu equip d'investigadors van emprar envasos hermètics de tefló per a realitzar reaccions orgàniques.
Els resultats que es van obtenir després d'entrar i encendre's en el forn van ser molt positius, ja que el rendiment era molt alt encara que a l'interior del forn només hi havia un minut.
En algunes reaccions, aquest mètode d'escalfament permetia aconseguir velocitats de reacció molt superiors a les de l'escalfament convencional.
La reacció més accelerada va ser la reacció d'obtenció del cianofenil benzo èter. Normalment triga 12 hores a aconseguir el 65% del màxim rendiment possible, i aquest equip d'investigadors, utilitzant microones per a escalfar, va aconseguir el mateix resultat en 35 segons.
Polaritat
Per què s'acceleren les reaccions? Per a respondre a aquesta pregunta es van realitzar altres experiments. Van prendre uns dissolvents i van mesurar el canvi en el microones després d'un minut. Van observar que la temperatura de l'aigua, alcohols i dissolvents similars augmentava dràsticament, però que en altres dissolvents com la parafina la temperatura no pujava molt.
Aquest grup d'investigadors va concloure que el poder calorífic de les microones estava en la polaritat del líquid. Però abans d'explicar aquest efecte hem d'explicar què és la polaritat.
Suposem que tenim dos àtoms de clor, per exemple. Si aquests dos àtoms formen un enllaç, serà totalment covalent (són els mateixos àtoms). Pensem que tenim un àtom de sodi i un àtom de clor. La relació entre tots dos àtoms és purament iònica, ja que presenten electronegativitat molt diferent. Els casos intermedis no són covalents perfectes, ni iònics perfectes, sinó covalents polars. En aquests enllaços la distribució de la càrrega elèctrica no és homogènia, ja que al voltant de l'àtom més electronegatiu la densitat de la càrrega elèctrica és major que en l'altre. Això constitueix un dipol elèctric.
Per a formar el compost polar no n'hi ha prou amb tenir enllaços covalents polars. És necessari no eliminar els efectes de tots els dipols elèctrics. Per exemple, el clorur de carboni (IV) té una fórmula química del tipus Cl4C. Tots els enllaços són covalents polars, però l'estructura espacial d'aquest compost és tetraedre, i els efectes de tots els dipols es destrueixen entre si. El mateix ocorre amb el CO?, que és quatre i els dipols dirigits als àtoms d'oxigen es destrueixen entre si.
Influència de les microones
Si en un mig tenim un compost polar, tenim un dipol que pot ser orientat per un camp elèctric. Gedy i el seu equip expliquen en els seus treballs que el poder calorífic de les microones és el mateix efecte. Gedy afirma que els dipols de les molècules polars de líquid s'orienten per l'acció del camp elèctric que comporten les radiacions electromagnètiques (microones), i que quan les molècules es relaxa per a tornar al seu estat inicial, els seus moviments s'extreuen del seu estat estable produint calor.
Des que es van publicar les obres de Gedy s'han realitzat nombroses recerques utilitzant microones. En la universitat de St. Louis un grup d'investigadors va utilitzar un microones per a sintetitzar medicaments de curta vida. Aquests medicaments són radiomedicamentos i tenen gran importància en la curació actual, ja que serveixen per a estudiar l'evolució de certes malalties o permeten detectar la incidència de certs medicaments. Un component dels radiomedicamentos és una substància radioactiva, per la qual cosa la seva vida és molt curta. Per això és tan important sintetitzar aquesta substància en el moment que es necessita. El grup anteriorment esmentat va obtenir un major rendiment de la utilització de microones i un menor temps.
L'acceleració de les velocitats de reacció es basa en dos efectes. Utilització de dissolvents polars, amb el consegüent augment de la temperatura. D'altra banda, s'utilitzen envasos hermètics. Per tant, quan el dissolvent aconsegueix la seva temperatura d'ebullició no s'evapora com quan s'utilitzen altres mètodes d'escalfament. En conseqüència, el mitjà de reacció es mantindrà a major temperatura, amb major velocitat de reacció.
Altres usos
Les microones no han de limitar-se únicament a l'escalfament de substàncies orgàniques. Es poden utilitzar per a altres coses amb bones conseqüències. En la universitat d'Oxford, Mike Mingo utilitzava microones per a assecar òxids orgànics. És sorprenent perquè els òxids metàl·lics sense aigua no contenen molècules polars. Aquests òxids formen una xarxa cristal·lina formada per cations metàl·lics i òxids aniònics disposats simètricament. Per tant, no hauria d'haver-hi dipol.
Existeixen òxids metàl·lics que absorbeixen microones i que no absorbeixen. L'explicació d'aquesta contradicció és molt senzilla i consisteix en l'absència d'estequiometria. Algunes xarxes cristal·lines no són perfectes i llavors el nombre d'anions o cations és major, la qual cosa provoca distorsions en la xarxa; la distribució de la càrrega elèctrica no és homogènia, la qual cosa provoca polaritat. Les microones poden sintonitzar amb aquesta polaritat i el material s'escalfa. L'augment de la temperatura augmenta la polaritat i facilita l'absorció de les microones.
Aquesta fusió d'òxids metàl·lics pot ser molt important en la superconductivitat, ja que pot realitzar-se en temps molt curts utilitzant microones.
També s'estan duent a terme estudis per a conèixer les potencialitats de les microones i poder utilitzar els seus avantatges. En el laboratori Harwell s'està investigant un nou mètode que utilitza microones per a eliminar residus radioactius des de 1970. Aquest procediment, la microbitrificación, allibera definitivament els residus radioactius. És un procediment de dues etapes. En la primera s'elimina l'aigua i els nitrats de tots els productes generats en les fissions nuclears es converteixen en òxids. En la segona, les microones fonen els òxids i els hersten en un cristall inert de borosilicato.
Com s'ha vist en aquest article, les microones poden ser molt útils en un futur pròxim, ja que encara no s'ha fet més que començar la seva recerca seriosa. No creiem que sigui la panacea de tots els mals, però sí que poden ser molt útils si s'utilitzen amb moderació.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
