Bacteris per a reparar el formigó
Amb la incorporació de bacteris al formigó, es podria aconseguir que aquests reparin el material a mesura que es va degradant
© Fototeca.cat / Gabriel Serra
El formigó, la mescla de ciment amb sorra, grava i aigua, és un dels materials de construcció més versàtils que ha desenvolupat la humanitat. Una de les seves propietats més apreciades és la durabilitat, de la qual donen testimoni alguns edificis romans que segueixen dempeus 2.000 anys després de ser construïts. Malgrat les seves excel·lents propietats de resistència enfront de les condicions ambientals adverses, el formigó presenta problemes que cal anar solucionant periòdicament per a allargar el temps de vida útil de les construccions fetes amb aquest material. Les tensions causades per les càrregues que ha de suportar una estructura de formigó van creant gradualment fissures microscòpiques, que permeten l’entrada d’aigua, sals o gel al si del material i que amb el temps acaben convertint-se en esquerdes, que deixen sovint exposades a l’acció d’agents corrosius les barres de ferro usades per a reforçar l’estructura. Aquest procés comporta, evidentment, el risc que l’estructura de formigó reforçada amb una ànima metàl·lica perdi bona part de la resistència en els esforços, amb el consegüent risc d’esfondrament si no se’n fa un manteniment periòdic, que en molts casos és extremament costós o pràcticament impossible en zones de l’edifici de difícil accés.
El formigó és, però, capaç de reparar-se a si mateix, ja que sempre conté una petita proporció de ciment que no ha acabat de reaccionar, de manera que l’aigua i el diòxid de carboni que entren per les fissures hi poden reaccionar per a donar carbonat de calci i silicat càlcic hidratat, que segellen la fissura, evitant-ne l’extensió. Per desgràcia, aquest procés normalment és massa lent per ser eficient.
Per a estalviar els elevats costos de manteniment, fa temps que s’investiga per a trobar mètodes que permetin que el formigó s’autorepari de manera suficientment ràpida, per a evitar que la seva degradació posi en perill l’estabilitat de l’estructura. Les solucions que s’han proposat fins al moment es basen a incloure en el formigó petites càpsules de vidre que contenen adhesius basats en el metacrilat de metil, de manera que si es trenquen aquestes càpsules quan estan sotmeses a un esforç mecànic, a causa de la formació d’una fissura, l’adhesiu que contenen sigui capaç de segellar el desperfecte, evitant l’entrada d’aigua i de sals. De moment, però, aquesta aproximació al problema no ha donat resultats gaire satisfactoris, ja que, d’una banda, és difícil fer càpsules de vidre que sobrevisquin intactes al procés de barreja del ciment amb la sorra i grava que té lloc en una formigonera, i, de l’altra, els adhesius que s’han provat fins ara han resultat ser massa viscosos per a tapar les fissures de manera eficient.
Una possible solució a tots aquests problemes, totalment revolucionària, podria ser la que es va presentar aquest any 2016: incorporar bacteris al formigó perquè el vagin reparant a mesura que es va degradant. Aquest mètode nou, que es troba ja en una fase propera a la comercialització, es basa a incorporar al formigó grànuls d’argila que contenen lactat càlcic i espores de bacteris tolerants als medis alcalins, com ara Bacillus pseudofirmus. Aquests bacteris, que són capaços de suportar els valors de pH elevats que hi ha al formigó, tenen la particularitat que són capaços de formar carbonat càlcic. Les seves espores, incloses en els grànuls d’argila que s’incorporen al formigó, poden romandre en estat latent durant dècades. Quan es forma una fissura que fractura els grànuls d’argila, les espores entren en contacte amb la humitat i l’oxigen ambiental i germinen. En aquestes condicions els bacteris activats s’alimenten del lactat càlcic i formen com a subproducte el carbonat càlcic, que va segellant la fissura. En les proves realitzades en una edificació en contacte amb l’aigua en un llac a Holanda, aquest mètode es va mostrar eficaç en la reparació de fissures de fins a 0,8 mm d’amplada, que van ser reparades satisfactòriament en menys de tres setmanes, mantenint d’aquesta manera el recobriment de formigó impermeable a l’aigua i la protecció de l’ànima metàl·lica de l’estructura de la corrosió.
Detecció de la primera molècula quiral a l’espai interestel·lar
Tots els organismes coneguts que habiten al planeta Terra formen les seves proteïnes de manera pràcticament exclusiva a partir dels enantiòmers levogirs dels aminoàcids. Darrere aquesta observació s’amaga una de les preguntes obertes més apassionants de la ciència moderna: per quin motiu la vida va afavorir els enantiòmers levogirs sobre els dextrogirs per a desenvolupar-se? Una de les hipòtesis que s’ha formulat per a donar resposta a aquesta qüestió és que en la matèria interestel·lar, a partir de la qual es van formar els planetes, ja hi havia un lleuger excés de molècules amb una quiralitat determinada i que aquesta petita diferència sembla que es va amplificar en processos autocatalítics de formació de les primeres biomolècules que van donar lloc a la vida. Com a suport de la hipòtesi de l’excés enantiomèric al medi interestel·lar, se solen esmentar els resultats de l’anàlisi química del meteorit Murchinson, que va caure a Austràlia l’any 1969. Aquests resultats mostren que el meteorit, format aproximadament a la mateixa època en què es va formar el nostre Sol, conté una quantitat apreciable d’aminoàcids amb un lleuger excés d’enantiòmers levogirs.
L’intent dels astroquímics i astrobiòlegs d’establir en quin moment precís de la formació de la galàxia es va trencar l’equilibri entre enantiòmers de molècules quirals havia topat, fins ara, amb una dificultat molt més gran: de moment, cap de les prop de dues-centes molècules identificades al medi interestel·lar era quiral, motiu pel qual no era possible esbrinar si el trencament de la quiralitat era anterior a la formació de molècules d’interès biològic o no.
Per això, la detecció aquest juny de la primera molècula quiral que es troba a l’espai, l’òxid de propilè, al núvol interestel·lar Sagitari B2 Nord, va ser rebuda amb molt d’interès en el món de l’astroquímica. Encara que la presència d’òxid de propilè a Sagitari B2 Nord es va confirmar sense cap possibilitat de dubte a partir de l’observació de tres ratlles d’absorció de radiofreqüència característiques d’aquest compost, aquesta informació no permet distingir entre els dos enantiòmers i, per tant, de moment, no dóna cap pista sobre un possible excés enantiomèric.
Per a resoldre aquesta qüestió de gran interès per a les teories sobre l’origen de la vida, el grup d’astrònoms responsables de la descoberta estan planificant un estudi més extensiu que inclogui observacions sensibles a la llum polaritzada circularment, que permetran observar diferències entre els dos enantiòmers i esbrinar si n’hi ha un que predomini per sobre de l’altre.
Observació directa d’una reacció química
Un dels aspectes més apassionants de la química és l’observació en temps real dels canvis que s’originen en una substància a mesura que es va produint una reacció química: vistosos canvis de color, despreniment de gasos, escalfaments sobtats, explosions violentes, etc.
Malgrat que els químics saben des de fa molt temps que aquests canvis es deuen a la formació i trencament d’enllaços entre àtoms, disposar d’informació detallada del que està succeint en el terreny microscòpic és una tasca d’una gran complexitat i sovint basada en la interpretació d’evidències indirectes obtingudes combinant diverses tècniques espectroscòpiques (RMN, IR, UV, etc.).
Per aquest motiu, un dels articles més comentats aquest any en el camp de la química va ser un treball en què es combinaven diferents tècniques de microscòpia per a aconseguir induir una molècula aïllada a reaccionar i, posteriorment, observar directament els processos de formació i trencament d’enllaços que succeïen en el trànsit de reactius a productes.
En l’estudi esmentat, els investigadors del centre de recerca d’IBM a Zuric i de la Universitat de Santiago de Compostel·la van estudiar una versió de la ciclació de Bergman, una reorganització molecular descoberta per Robert G. Bergman l’any 1972, en la qual un endií es transforma en un intermedi biradical que incorpora dos àtoms d’hidrogen per acabar formant un producte cíclic.
L’ús del microscopi de forces atòmiques (imatges acolorides) permet visualitzar en detall la formació i el trencament d’enllaços al llarg d’una reacció química induïda aplicant-hi dos polsos de voltatge mitjançant un microscopi d’efecte túnel
© Nature Chemistry / IBM Research / CiQUS
En una primera etapa els investigadors responsables de l’estudi van induir el trencament de dos enllaços C-Br en el 9,10dibromoantracè aplicant a una molècula d’aquest compost dos polsos de voltatge consecutius mitjançant un microscopi d’efecte túnel (STM). El resultat va ser la formació d’un intermediari biradical que es va veure estabilitzat per la superfície salina sobre la qual s’havia dipositat prèviament la molècula, cosa que va permetre observar-lo mitjançant un microscopi de forces atòmiques (AFM). L’aplicació d’un tercer pols de voltatge amb el microscopi STM va fer reaccionar el biradical i el va convertir en un endií cíclic. El procés total va ser una reacció d’obertura d’anell retro-Bergman amb una etapa inicial monoradical que no forma part de la reacció de Bergman. L’ús conjunt del microscopi STM per a induir la reacció en la molècula en combinació amb el microscopi AFM per a veure’n la densitat electrònica va permetre obtenir una seqüència d’imatges en la qual es podia apreciar de manera directa la formació i el trencament d’enllaços que permeten passar d’un intermediari a un altre al llarg de la reacció, fet que va confirmar el mecanisme proposat per a aquest tipus de reaccions.
Nous elements a la taula periòdica
La Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC) va fer oficials aquest any el nom i els símbols de quatre elements nous que completen la setena filera de la taula periòdica. Tots quatre són elements sintètics, és a dir, són elements químics que no han estat trobats en la naturalesa sinó que han estat sintetitzats al laboratori per reaccions nuclears o acceleració de partícules. Els noms oficials dels elements 113, 115, 117 i 118 són el nihoni (Nh), el moscovi (Mc), el tennessi (Ts) i l’oganessó (Og), respectivament. Seguint la tradició, els descobridors dels nous elements, que van ser oficialment reconeguts per la IUPAC al final de l’any 2015, van tenir el privilegi de proposar els noms i símbols dels nous elements. El nihoni fa referència al Japó (Nihon és una de les dues maneres de referir-se al Japó en japonès), país on hi ha el centre de recerca RIKEN, on va ser descobert l’element 113. Els elements 115 i 117, descoberts en col·laboració per científics nord-americans i russos, reben els seus noms, moscovi i tennessi, en reconeixement a les regions de Moscou i Tennessee, on es troben els laboratoris implicats en la seva descoberta. Finalment, l’oganessó rep el seu nom en honor del físic nuclear rus Yuri T. Oganessian, director del laboratori Flerov de Reaccions Nuclears a Rússia.