Miércoles, 01 Abril 2009 06:29

Luz, electrones, fotones y contaminación

Escrito por Página12
Valora este artículo
(0 votos)
–Usted trabaja con fotoquímica y contaminación atmosférica. ¿Por qué no me cuenta un poco de qué se trata esto?
–Le cuento un poco la historia. Hice primero una tesis en La Plata sobre la fotoquímica de reacciones entre gases (moléculas como en la atmósfera, pero en un recipiente cerrado). La fotoquímica es, en realidad, el estudio de las reacciones químicas que tienen que ver con la luz: yo fui pasando por distintas etapas hasta que finalmente me dediqué a la fotoquímica de sólidos, o sistemas organizados.
 
–¿Y qué es lo que está haciendo ahora?
–Dos cosas. Por un lado, el estudio de reacciones que ocurren con luz en medios organizados u ordenados y, por el otro, estudiamos las reacciones químicas que ocurren en la atmósfera mediante trabajos de campo: medimos la concentración de contaminantes y tratamos de hacer modelos para predecir cómo va a seguir la cosa y cómo se puede mejorar. Eso me lleva, prácticamente, a mis orígenes: partí de las relaciones entre gases y volví a las relaciones entre gases. Son dos proyectos completamente diferentes. Las actividades nuestras en química atmosférica son bastante conocidas. Pero no es nuestra línea principal de investigación.
 
–¿Y de qué prefiere hablar?
–De lo que tiene menos prensa...
 
–Hablemos entonces de la luz y de los sólidos...
–El ejemplo paradigmático de la acción de la luz sobre sistemas organizados es la fotosíntesis: en ella tenemos luz que se irradia sobre las hojas, que contienen clorofila y otros pigmentos que se organizan para absorber la luz y la canalizan al centro de reacción. Luego, a través de la acción de ese centro, la luz se transforma en hidratos de carbono, etcétera, etcétera. Si bien esta es la acción paradigmática, no es la que nosotros estudiamos. Tomamos algunos elementos de esa fotosíntesis para crear sistemas artificiales que nos permitan aprovechar la luz solar para producir ciertas sustancias. Por ejemplo: hay un tratamiento de cáncer, que es la terapia fotodinámica, que se basa en la introducción de un colorante en el organismo y la irradiación en la zona donde está el cáncer. El colorante en general se introduce en forma sistémica y luego se lo focaliza en la zona en la que está el cáncer, de tal manera que cuando el colorante que se acumuló allí absorbe luz, se excita. El colorante es muy reactivo, de tal manera que se destruyen las células efectivamente.
 
–¿Es una terapia que se usa?
–En muchos países sí; acá no tengo referencia de que se esté usando fuera de la experimentación. Ahora se están utilizando mucho sistemas de nanopartículas, que o bien son ellas mismas reactivas frente a la luz, o bien se les incorporan colorantes para que sean reactivas. Eso tiene bastante éxito en el ámbito experimental. Para que sea más eficiente el proceso, debe haber muchas moléculas de colorante juntas. Pero eso tiene un problema: la energía que absorben estando todas juntas, se disipa en forma de calor por las reacciones que se establecen entre ellas. Las plantas han resuelto el problema organizándolas de tal manera que la concentración es muy grande, pero las interacciones entre las moléculas están evitadas al máximo. Un poquito eso es lo que queremos hacer; a veces por medios muy simples: tomamos un sólido, lo metemos en una solución de colorante y nos queda el sólido con colorante, por ejemplo. Otra manera es tomar un vidrio, poner sobre el vidrio un polímero cargado eléctricamente, arriba le ponemos un colorante con la carga opuesta, luego otra capa de polímero cargado y así sucesivamente.
 
–Un sandwich de polímero y colorante.
–Algo así. La técnica se llama autoensamblado capa por capa. Mucha gente intenta poner la molécula de colorante en el lugar específico, lo cual es muy valioso. Pero nosotros no hacemos eso: tratamos de buscar sistemas en los cuales las moléculas caigan donde tienen que caer. Esas son las dos vías que estamos explorando, como para poner la mayor cantidad posible de colorante en un sólido, ya sea para alguna terapia fotodinámica o para que una célula fotovoltaica funcione absorbiendo energía en distintas regiones del espectro. Eso se puede lograr teniendo distintos colorantes, que absorban la mayor cantidad de regiones del espectro. Esa es la estrategia que usan las plantas también.
 
–Vamos un poco a la intimidad de la acción de la luz. Tenemos una molécula que recibe un fotón, es decir, una partícula de luz. ¿Qué pasa con ese fotón?
–Las moléculas están conformadas por átomos, que a su vez tienen núcleos y electrones. Las moléculas en sí tienen orbitales, como los átomos: regiones difusas donde se encuentran los electrones. Los más externos son los que están involucrados en las reacciones químicas: cuando la molécula absorbe luz, se excitan y pasan a un orbital superior.
 
–¿Y allí qué es lo que pasa? ¿Cómo se transforma ese fotón en un salto a la capa superior?
–El fotón es un campo electromagnético en movimiento. La luz tiene un campo eléctrico y un campo magnético. En este caso nos interesa el campo eléctrico, que es oscilante. Ese campo interactúa con los electrones, si la energía le alcanza, el fotón se absorbe. A través, entonces, de la interacción entre el campo eléctrico y el electrón se logra una molécula con un electrón en un estado superior. ¿Por qué esto es conveniente? Es más energética, y si es más energética permite que se den ciertas reacciones que de otro modo no se darían o se darían demasiado lentamente. Esto abre el camino hacia el almacenamiento de energía. Es lo que hacen las plantas: transformar luz en energía y usar esa energía para generar compuestos que de otra manera no podrían generarse. El fotón activa una molécula de clorofila, que desencadena una cascada de reacciones, cuyos reactivos son el dióxido de carbono y el agua, y sus productos son la glucosa y otros hidratos de carbono.
 
–Y la idea es...
–La idea es excitar tantas moléculas como sea posible con la mayor amplitud espectral de luz posible y usar estos sistemas como bloques de construcción para otras cosas. Ahora bien: uno puede tener una célula fotoeléctrica, que cuando absorbe luz produce una separación de cargas, que salen por fuera, cierran el circuito y se genera una corriente. Esto requiere luz de una energía determinada, que es la energía a la cual la absorbe el material. Si uno quiere que el material absorba a un rango diferente de longitudes de onda, en una zona distinta del espectro, lo que se hace es ponerle un colorante que absorbiendo fotones se excita, entrega un electrón a ese electrodo y ese electrón es el que da la vuelta por fuera. Nuestras particulitas serían bloques de construcción para esto. Hay otro ejemplo: la fotocatálisis.
 
–Que es...
–... un proceso por el cual un material semiconductor (como el dióxido de titanio) absorbe un fotón, suelta un electrón y genera una vacancia. Ese electrón puede ir a incorporarse a otra molécula, y la molécula semiconductora puede recibir algún electrón proveniente de otro lado. La capacidad de esos huecos de recibir electrones es tan grande que pueden oxidar (sacar electrones de) un montón de moléculas y destruirlas, haciendo el proceso inverso de la fotosíntesis. Agarran el material y lo convierten en dióxido de carbono y agua, lo cual es muy interesante para procesos de descontaminación.
 
–Bueno, y ya que habló de contaminación, ¿por qué no me cuenta un poco de la otra línea de investigación?
–Hace como diez o quince años empezamos a trabajar, en colaboración con la Fundación Siglo XXI. Yo caí allí por nostalgia, porque venía de las relaciones fotoquímicas con los gases. Hemos aprendido, desde entonces, cuáles son los contaminantes más importantes. Lo que nos preguntamos, también, es por qué no estamos tan mal como Ciudad de México, o como Santiago de Chile.
 
–Pero eso puede no deberse a una razón química, sino a una razón meteorológica..., acá no estamos rodeados de montañas.
–Sí y no. Uno parte de una serie de contaminantes primarios (monóxido de carbono, monóxido de nitrógeno, hidrocarburos) que si tienen tiempo, con luz solar, se transforman en dióxido de nitrógeno y ozono, que son oxidantes. Estos son los causantes del smog, que se conoce en México o en Santiago. No es cuestión de la meteorología: la meteorología ayuda a dispersar los contaminantes y a hacer que no tengan tiempo para reaccionar, o que reaccionen lejos en otras condiciones. Meteorología es lo que pasó en abril del año pasado, donde a partir de los incendios que se produjeron en Tigre todo Buenos Aires se llenó de una humareda inmensa por diez días.
 
–Lo que yo decía es que la raíz química evidentemente está, pero que la causa por la cual no somos ni Santiago ni D.F. es que estamos en una ciudad abierta.
–Es así. Con una pequeña objeción. Uno piensa que el viento solamente barre. Pero si el viento barre, arrastra. Y lo que se produce aquí lo manda allá. El viento dispersa. Y no sólo el viento. Eso de que el viento barre es una verdad a medias, porque lo que hace también es dispersar.

 Por Leonardo Moledo
Visto 1107 vecesModificado por última vez en Miércoles, 01 Abril 2009 13:38

Deja un comentario

Asegúrate de llenar la información requerida marcada con (*). No está permitido el Código HTML. Tu dirección de correo NO será publicada.