La reacción explosiva que se produce cuando se vierten gotas de algún metal alcalino, como el sodio o el potasio, sobre agua líquida es una de las más llamativas que los profesores de química enseñan a sus alumnos. Investigadores checos y alemanes han grabado con todo detalle el proceso y han detectado que se generan unas puntas metálicas sobre la superficie de contacto, lo que facilita la reacción. Las simulaciones por ordenador también revelan que una liberación inicial de electrones parece ser el gatillo que dispara la explosión.
Dejar caer gotas de sodio, potasio u otros metales alcalinos (los del grupo 1 de la tabla periódica) sobre un recipiente con agua a menudo se usa para impresionar a los alumnos en las clases de química del colegio o el instituto. A los estudiantes se les enseña que la explosión resultante se produce por una liberación de calor, la formación de vapor y la ignición del gas de hidrógeno que también se origina durante el proceso.
Aunque esto es verdad, el verdadero desencadenante del fenómeno, y la razón por la generación del vapor de agua y el gas hidrógeno no desactiva al principio la reacción, antes de que ocurra la explosión, hasta ahora no se había comprendido bien.
La clave la ha encontrado un equipo de investigadores checos y alemanes, dirigidos por el profesor Pavel Jungwirth desde la Academia de Ciencias de la República Checa en Praga. Su estrategia ha sido utilizar cámaras de vídeo de alta velocidad y efectuar simulaciones por ordenador para estudiar los átomos y las moléculas que intervienen en la reacción del sodio y el potasio con el agua.
Los resultados, que publica esta semana la revista Nature Chemistry, indican que la reacción explosiva se activa por una liberación casi inmediata de electrones desde el elemento metálico, justo cuando contacta con el agua. En ese momento quedan atrás átomos metálicos cargados positivamente, que se repelen fuertemente entre sí.
Esto conduce, en cuestión de milisegundos, a la visualización de un flash púrpura azulado y la formación de multitud de puntas de metal en la zona de contacto. De esta forma aumenta considerablemente la superficie sobre la que se puede producir la reacción agua-metal, lo que explica su rápida propagación y el comportamiento explosivo.
“El sistema alcanza rápidamente un límite de inestabilidad, que al superarse, produce en la gota de metal alcalino una explosión de Coulomb (mecanismo de acoplamiento electrónico de los campos eléctromagnéticos en el movimiento de los átomos)”, señalan los autores en su estudio.
Referencia bibliográfica:
Philip E. Mason, Frank Uhlig, Václav Vaněk, Tillmann Buttersack, Sigurd Bauerecker, Pavel Jungwirth. “Coulomb explosion during the early stages of the reaction of alkali metals with water”. Nature Chemistry, 26 de enero de 2015.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido la mitad de este galardón al bioquímico estadounidense David Baker por diseñar desde cero nuevas proteínas mediante su programa RoseTTAFold. La otra mitad la comparten el británico Demis Hassabis y el también estadounidense John M. Jumper, ambos de la empresa DeepMind de Google, que lograron predecir las estructura proteicas con IA.
Un estudio internacional con participación del CSIC ha demostrado que reemplazar un solo átomo en posiciones estratégicas de la secuencia genética puede revertir su dirección de rotación. Según los autores, el hallazgo podría convertirse en una importante diana terapéutica al desempeñar un papel importante en diversos procesos biológicos.
