{"id":84307,"date":"2009-04-01T00:00:00","date_gmt":"2009-04-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2009\/04\/01\/electricidad-en-el-aire-en-el-agua-y-en-todas-partes\/"},"modified":"2016-05-04T18:50:12","modified_gmt":"2016-05-04T21:50:12","slug":"electricidad-en-el-aire-en-el-agua-y-en-todas-partes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/electricidad-en-el-aire-en-el-agua-y-en-todas-partes\/","title":{"rendered":"Electricidad en el aire, en el agua y en todas partes"},"content":{"rendered":"

\"DSC_0714\"EDUARDO CESAR<\/span>Hace doce a\u00f1os, el qu\u00edmico Fernando Galembeck encontr\u00f3 cargas el\u00e9ctricas esparcidas en la superficie y en el interior de part\u00edculas y pel\u00edculas de l\u00e1tex naturales y sint\u00e9ticos. Las cargas no deber\u00edan hallarse ah\u00ed, pero estaban, contrariando la supuesta verdad que reza que materiales pl\u00e1sticos tales como aqu\u00e9llos, utilizados en la fabricaci\u00f3n de muebles y computadoras, ser\u00edan el\u00e9ctricamente neutros. Reuniendo resultados similares, Galembeck y su equipo en el Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) desarrollaron un conjunto de conocimientos con hip\u00f3tesis, descubrimientos y demostraciones -un modelo cient\u00edfico-sobre la asiduidad y las interacciones de las cargas el\u00e9ctricas positivas o negativas que habitan en cuerpos supuestamente neutros.<\/p>\n

Los conceptos que emergen en la Unicamp y en otras universidades en Estados Unidos, ampl\u00edan las posibilidades de estudio de la interacci\u00f3n de materiales entre s\u00ed y con el medio ambiente -ya que el aire y la mera humedad del aire tambi\u00e9n pueden transportar cargas el\u00e9ctricas- explicando la formaci\u00f3n de los rel\u00e1mpagos, por ejemplo. Tambi\u00e9n inspiran la construcci\u00f3n de nuevos equipamientos. En 2007, los descubrimientos del f\u00edsico estadounidense Lawrence Schein, ex investigador de Xerox e IBM, sobre part\u00edculas con cargas el\u00e9ctricas, motivaron la creaci\u00f3n de una empresa en Taiw\u00e1n para desarrollar una tecnolog\u00eda de impresi\u00f3n color l\u00e1ser -las impresoras color actualmente son hasta tres veces m\u00e1s caras que las blanco y negro.<\/p>\n

Aparte de las impresoras l\u00e1ser, la electricidad est\u00e1tica -o electrost\u00e1tica- es parte del funcionamiento de m\u00e1quinas copiadoras y de un tipo de pintura que protege heladeras y cocinas contra los efectos de las variaciones constantes de temperatura. Las descargas electrost\u00e1ticas pueden destruir chips de computadoras, interferir en transmisiones televisivas u originar incendios y explosiones en f\u00e1bricas, globos dirigibles o cohetes, tal sucedi\u00f3 con el veh\u00edculo de lanzamiento del sat\u00e9lite brasile\u00f1o en 2003. O causar sustos tales como la descarga que podemos sufrir al asir un picaporte en un d\u00eda seco. Al inducir el paso de la electricidad de un rayo por el hilo de una cometa de papel, Benjamin Franklin no s\u00f3lo entr\u00f3 en la historia como inventor (m\u00e1s tarde ingresar\u00eda tambi\u00e9n como presidente de Pennsylvania y uno de los padres fundadores de Estados Unidos), sino que tambi\u00e9n present\u00f3 al mundo una forma de energ\u00eda que ahora cobra mayor importancia.<\/p>\n

Dos\u00a0 siglos m\u00e1s tarde, por caminos paralelos, algunos cient\u00edficos como Galembeck y el qu\u00edmico George Whitesides, quien coordina un grupo de investigaci\u00f3n en la Universidad de Harvard, Estados Unidos, est\u00e1n arribando a la misma conclusi\u00f3n: no existe nada el\u00e9ctricamente neutro. En 2007, Whitesides era uno de los autores de un art\u00edculo publicado en la revista Journal of American Chemical Society, que invitaba a revisar el principio de la electroneutralidad, ense\u00f1ado en los colegios y facultades a los estudiantes de qu\u00edmica, f\u00edsica e ingenier\u00eda. En 2008, en otro estudio, Whitesides refrendaba tambi\u00e9n la siguiente declaraci\u00f3n: “Cualquier material que tenga iones [part\u00edculas con carga el\u00e9ctrica predominantemente positivas o negativas] en su superficie o en su interior, puede comportarse como un electreto i\u00f3nico” [los electretos son materiales con un campo el\u00e9ctrico permanente en su superficie, que funcionan para la electrost\u00e1tica tal como los imanes para el electromagnetismo]. “Cuando este material entra en contacto con otro, los iones pueden circular de uno al otro”.<\/p>\n

Nuevas ideas
\n<\/strong>“Somos el\u00e9ctricos, todo es el\u00e9ctrico”, sintetiza Galembeck. En el laboratorio, para demostrar c\u00f3mo las cargas el\u00e9ctricas circulan de manera imperceptible, \u00e9l apoya el dedo en una placa de silicona con una carga el\u00e9ctrica que genera un potencial, medido por un volt\u00edmetro, de 267 voltios. “No mor\u00ed electrocutado porque las cargas est\u00e1n paradas”, recuerda. “Pero me hubiera electrocutado si lo apoyase en este electrodo aqu\u00ed, que mide la electricidad de la placa generando un potencial el\u00e9ctrico de la misma intensidad”. Las cargas el\u00e9ctricas est\u00e1n detenidas, explicando as\u00ed por qu\u00e9 no sufrimos descargas a cada momento al tocar objetos antes considerados como neutros, aunque no siempre se hallan paradas: pueden traspasar hacia el interior de los materiales o atraer cargas opuestas, tal como \u00e9l y su equipo demostraron examinando casi 50 materiales diferentes bajo un microscopio de fuerza at\u00f3mica modificado, que identifica la variaci\u00f3n de la carga el\u00e9ctrica a lo largo de la superficie.<\/p>\n

En poco tiempo, los resultados condujeron a nuevas ideas e hip\u00f3tesis para fen\u00f3menos poco explicados. Quien sufre un infarto, por ejemplo, no puede utilizar nada en el coraz\u00f3n o en las arterias construido con polietileno o con polipropileno: esos materiales pueden originar co\u00e1gulos y bloquear el paso de la sangre. “Tal vez sea que esos pol\u00edmeros, normalmente negativos, atraigan part\u00edculas con carga positiva que circulen por la sangre”, propone Galembeck. “Si \u00e9sa fuera la causa, y si conseguimos controlar la carga el\u00e9ctrica, tal vez puedan desarrollarse materiales nuevos y mejores, para muchas finalidades”.
\nDoce a\u00f1os de an\u00e1lisis de compuestos org\u00e1nicos tales como pol\u00edmeros (l\u00e1tex) y celulosa o inorg\u00e1nicos tales como los minerales indicaron que la distribuci\u00f3n espacial de cargas fijas siempre resulta muy irregular. “Las cargas el\u00e9ctricas salpican la superficie de los materiales, formando manchas como las de un yaguaret\u00e9”, compara Galembeck. “Antes, pens\u00e1bamos que todos los materiales eran uniformes como la piel de un puma”. Bajo el microscopio, la superficie de esos materiales aparece como los paisajes amarillentos de la superficie de Marte enviados por la sonda Phoenix en 2008, con regiones m\u00e1s claras, que corresponden a las cargas positivas, mezcladas con otras m\u00e1s obscuras, con cargas negativas. El \u00f3xido de titanio depositado sobre la mica es una rareza entre las formas irregulares: es casi todo oscuro, con raras manchas claras.<\/p>\n

Un material pl\u00e1stico denominado poliestireno metacrilato de hidroxietila (PS-Hema) es otra excepci\u00f3n, esta vez por causa de una estructura de part\u00edculas en forma de colmena. Examinando ese material, Andr\u00e9 Herzog, Andr\u00e9 Galembeck, Carlos Costa y Camila Rezende, qu\u00edmicos del equipo de Galembeck, observaron colmenas dentro de esas colmenas con variaciones de carga el\u00e9ctrica hasta en \u00e1reas de 1 micr\u00f3n por 1 micr\u00f3n (1 mil\u00e9sima de mil\u00edmetro). “El hecho de que un \u00e1rea sea negativa no significa que toda la muestra sea negativa”, dice Camila. El microscopio revela detalles de los denominados mapas el\u00e9ctricos, mientras que un macroscopio, instalado en una caja de aluminio con un sensor en forma de lapicera -todo creaci\u00f3n de los propios investigadores- suministra la identidad el\u00e9ctrica de los materiales. En potencial de equilibrio, luego que las cargas el\u00e9ctricas se acomodan, el polipropileno exhibe 7 voltios negativos, el poliestireno 5 voltios negativos.<\/p>\n

Excesos
\n<\/strong>Los estudios realizados hasta ahora en la Unicamp indican que en el l\u00e1tex sint\u00e9tico las cargas negativas resultan del exceso de iones clorato (Cl–<\/sup>) o sulfato (-SO4<\/sub>–<\/sup>, en ese caso s\u00f3lo con una carga negativa, en lugar de dos, porque est\u00e1 ligado a una mol\u00e9cula a la cual se ligan otras conformando una larga cadena que es la caracter\u00edstica de los l\u00e1tex) y fosfato (PO4<\/sub>–<\/sup>, con una sola carga negativa por la misma raz\u00f3n que el sulfato), mientras que las positivas expresan el exceso de iones potasio (K+<\/sup>) o sodio (Na+<\/sup>). Seg\u00fan Galembeck, los iones positivos son restos de las sustancias que inician la formaci\u00f3n del l\u00e1tex, que permanecen aislados, sin fijarse en las part\u00edculas de l\u00e1tex. Aunque el caucho natural, de acuerdo con la tesis doctoral de la qu\u00edmica M\u00e1rcia Maria Rippel, graduada en 2005, puede presentar regiones con un exceso de cargas positivas, como resultado de la abundancia local de calcio, sodio y potasio (Ca2<\/sub>+<\/sup>, Na+<\/sup> y K+<\/sup>), o negativas, con prote\u00ednas y fosfol\u00edpidos (que son sustancias similares a la lecitina de leche y de soja).<\/p>\n

La supuesta neutralidad el\u00e9ctrica del aire y del agua tambi\u00e9n cay\u00f3. De acuerdo con un estudio de revisi\u00f3n escrito por Camila, R\u00fabia Gouveia, Marcelo Silva y Galembeck, los iones positivos y negativos pueden formarse en el aire, como resultado de la emisi\u00f3n radiactiva emanada de minerales como el rad\u00f3n, del Sol o del espacio, como as\u00ed tambi\u00e9n del campo el\u00e9ctrico que existe entre la superficie de la Tierra (negativa) y la ionosfera (positiva). Siguiendo este razonamiento, el agua deja de ser un conglomerado de mol\u00e9culas neutras de H2<\/sub>O y se transforma en una mezcla de H2<\/sub>O y de iones positivos hidronios (H3<\/sub>O+<\/sup>) y negativos oxhidrilo (OH–<\/sup>). El l\u00edquido m\u00e1s abundante del planeta se convierte as\u00ed en un acumulador de electricidad. Una de las consecuencias es que el agua se torna, tambi\u00e9n, cohesiva.
\n“Con algunos iones, el agua puede adherir cualquier cosa con cualquier otra cosa”, expresa Galembeck.<\/p>\n

Leonardo Valadares, qu\u00edmico de su equipo, coordin\u00f3 un experimento que demostr\u00f3 algunas de esas posibilidades. Materiales que normalmente no se mezclan -s\u00edlice, un pol\u00edmero, un mineral rico en calcio y di\u00f3xido de titanio- se presentaron mezclados luego de ser diluidos en agua, secados y examinados bajo un microscopio electr\u00f3nico, de acuerdo con un estudio publicado en 2008 en la Journal of Physical Chemistry. El grupo de la Unicamp analiza las posibilidades de interacci\u00f3n de los iones positivos y negativos del agua con otros materiales, mientras que el de Whitesides se concentra en el oxhidrilo. Ambos grupos exploran las posibilidades de construcci\u00f3n de dispositivos con base en esos conceptos: Whitesides mostr\u00f3 c\u00f3mo construir nuevos electretos (captadores de cargas el\u00e9ctricas) con poliestireno en la Journal of American Chemistry Society en febrero de 2007; ahora, en febrero de este a\u00f1o, los equipos de la Unicamp y de la universidad inglesa de Sheffield describen en la revista interdisciplinaria Langmuir, part\u00edculas formadas por s\u00edlice y poliestireno fuertemente adheridos, formados en presencia de agua.<\/p>\n

\"\"UNICAMP<\/span><\/p>\n

Agua el\u00e9ctrica
\n<\/strong>El agua revel\u00f3 tambi\u00e9n otra propiedad: adem\u00e1s de ser portadora de cargas el\u00e9ctricas de otros materiales, puede ser una fuente de cargas el\u00e9ctricas. En la Universidad de Washington en Seattle, Estados Unidos, Gerald Pollock y Kate Ovchinnikova examinaron la capacidad de ser moment\u00e1neamente el\u00e9ctrica del agua, en un art\u00edculo publicado en noviembre de 2008 en la revista Langmuir, una de las principales revistas cient\u00edficas internacionales en fisicoqu\u00edmica, bajo un t\u00edtulo interrogativo: “\u00bfCan water store charge?” (\u00bfPuede el agua almacenar cargas el\u00e9ctricas?). Ellos verificaron que la corriente el\u00e9ctrica en el agua persist\u00eda durante diez minutos luego de que los polos negativos y positivos de la corriente el\u00e9ctrica -los electrodos- fuesen desconectados. Los investigadores concluyeron que el agua “parece tener” la capacidad para almacenar y distribuir cargas el\u00e9ctricas. La cautela de los autores es algo que parece excesivo, ya que ellos dicen haber recogido con un equipamiento, la mayor\u00eda de la carga el\u00e9ctrica separada en el agua.<\/p>\n

El hecho de considerar el agua como una fuente de electricidad ayuda a comprender de fen\u00f3menos atmosf\u00e9ricos tales como la formaci\u00f3n de rel\u00e1mpagos, que son disparados por cargas el\u00e9ctricas liberadas por las propias nubes. “Si consigui\u00e9semos controlar esa electricidad est\u00e1tica a punto tal de evitar los rel\u00e1mpagos…”, imagina Galembeck. “Todo lo que conseguimos hasta ahora es intentar atraer los rayos hacia los pararrayos”. En las propias nubes sucede una acumulaci\u00f3n y separaci\u00f3n de cargas el\u00e9ctricas, m\u00e1s f\u00e1cil de entender observando el l\u00edquido m\u00e1s abundante en el planeta como si fuera una sopa raleada de iones -los positivos normalmente en altitudes m\u00e1s elevadas que los negativos.<\/p>\n

“Existe un campo el\u00e9ctrico en la atm\u00f3sfera”, dice \u00e9l, buscando explicaciones para la separaci\u00f3n de las cargas el\u00e9ctricas en las nubes. “La ionosfera [una de las capas m\u00e1s altas de la atm\u00f3sfera] es predominantemente positiva y la Tierra, negativa”. Uno de los experimentos de su grupo demostr\u00f3 que el agua de la atm\u00f3sfera cumple un rol muy importante en la electrificaci\u00f3n de los materiales, por transferir iones: el simple hecho de que una hoja de papel cambie de un \u00e1mbito de humedad mayor para otro de humedad m\u00e1s baja es suficiente para cambiar su estado de electrificaci\u00f3n. “Los cuerpos pueden interactuar con el espacio que los circunda, ganando o cediendo cargas el\u00e9ctricas”, observa Galembeck.<\/p>\n

Tambi\u00e9n surgen explicaciones para el hecho de que polvos normalmente inocuos como el az\u00facar o la harina de trigo exploten por causa de una electrificaci\u00f3n descontrolada -uno de los mayores accidentes industriales en Estados Unidos, en 2003, se dio en una f\u00e1brica de materiales quir\u00fargicos, causando 16 muertes, debido al polvo de polietileno acumulado en los ductos del aire acondicionado, que se electrific\u00f3 y explot\u00f3. Los polvos pueden explotar con mayor facilidad que otros materiales porque presentan una mayor \u00e1rea para interactuar con los iones del agua de la atm\u00f3sfera. No conocemos tanto, sin embargo, porque las lagunas del conocimiento a\u00fan son enormes. “Este pl\u00e1stico”, dice Galembeck se\u00f1alando la placa de f\u00f3rmica que reviste el armario junto al que se encuentra sentado \u00bfabsorbe m\u00e1s oxhidrilos o hidronios de la humedad del aire?\u00bfQu\u00e9 suceder\u00e1, al interactuar con un i\u00f3n u otro? Estoy partiendo del supuesto de que no se absorbe en la misma proporci\u00f3n. Absorbe agua, claro, pero debe haber una partici\u00f3n, una separaci\u00f3n de los iones”.<\/p>\n

Las preguntas m\u00e1s b\u00e1sicas contin\u00faan sin respuestas satisfactorias: \u00bfpor qu\u00e9 aparecen las cargas?, \u00bfpor qu\u00e9 un cuerpo se electriza?, \u00bfqu\u00e9 es lo que hace que una carga normalmente est\u00e1tica se movilice? “Los portadores de carga no son solamente los electrones”, sospecha Camila. En opini\u00f3n de Galembeck, la electrost\u00e1tica gener\u00f3 empresas y el millonario negocio de las fotocopiadoras e impresoras, aunque su progreso ha dependido de nuevos conceptos e ideas. “Necesitamos salir de la situaci\u00f3n actual, que es la peor posible: no sabemos a qu\u00e9 atribuir lo que sabemos”. En un art\u00edculo publicado en 2007 en la revista Science, con la autoridad de quien ha trabajado en empresas innovadoras, Schein ampli\u00f3 m\u00e1s all\u00e1 de los c\u00edrculos acad\u00e9micos el deseo de otras respuestas: “Necesitamos entender c\u00f3mo es que surgen las cargas y c\u00f3mo se comportan las fuerzas electromagn\u00e9ticas”.<\/p>\n

Nubes
\n<\/strong>Luego de a\u00f1os de trabajo silencioso en busca de explicaciones para los resultados, aparte de la ley que planteara, Galembeck puede ahora celebrar una estrategia de trabajo que dio en el blanco: investigar en temas cient\u00edficos actuales, pero tambi\u00e9n apostar por caminos menos conocidos. “No cont\u00e9 con ning\u00fan est\u00edmulo ni presupuesto espec\u00edfico para los estudios sobre electrost\u00e1tica, pero si tuve autonom\u00eda”, cuenta \u00e9l. “Aproveche informaci\u00f3n y sobrantes de equipamientos de otros proyectos”. Con los resultados experimentales, art\u00edculos e ideas nuevas disponibles, ahora cuenta con los medios para explicar situaciones que lo intrigaban desde hace mucho tiempo. “\u00bfPor qu\u00e9 la forma de las nubes de lluvia y las de los incendios son tan diferentes? Tal vez por causa de la separaci\u00f3n de los iones”.<\/p>\n

\u00c9l no vacila en dejar de lado las nubes para explicar un experimento que el profesor de f\u00edsica Walter Lewin suele mostrar a los estudiantes del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT) (la experiencia puede verse en YouTube). De dos canillas caen gotas de agua que pasan a trav\u00e9s de un cilindro met\u00e1lico y caen en latas separadas. De cada lata sale un alambre terminado en una esfera. Las esferas de las puntas de los alambres casi se tocan. Luego de algunos segundos que el agua comienza a gotear, las esferas disparan una chispa el\u00e9ctrica. \u00bfC\u00f3mo explicarlo? Seg\u00fan la clase del profesor Lewin, disponible en Internet, el agua que se acumula en el fondo de las latas es un agua electrificada, con capacidad para provocar una descarga el\u00e9ctrica en el aire. Ese fen\u00f3meno, tan sencillo y conocido desde los tiempos de Kelvin, podr\u00eda constituir una fuente de energ\u00eda el\u00e9ctrica, pero no es as\u00ed, porque no se halla bien interpretado. \u00bfC\u00f3mo surge esa electricidad?” Galembeck plantea una nueva explicaci\u00f3n: “El agua, al gotear, se evapora parcialmente, reteniendo mayor cantidad de iones positivos o negativos”. \u00bfAlguien m\u00e1s arriesga una explicaci\u00f3n?<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Modelo indica que no existen los materiales neutros","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[5968],"class_list":["post-84307","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84307","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=84307"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84307\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=84307"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=84307"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=84307"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=84307"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}