Esmog fotoquímico

Desde hace unos días es noticia esa famosa boina de contaminación que se extiende por Madrid. Se trata de un grave problema que las autoridades tratan de paliar como pueden. Pero, ¿qué es exactamente esa contaminación y de dónde proviene? Intentaremos responder a estas cuestiones.

         La causa de esa contaminación no es otra que el llamado esmog fotoquímico. La palabra esmog es un anglicismo que proviene de “smoke” (humo) y “fog” (niebla), debido al aspecto que tiene dicha contaminación. Para que se produzca deben darse tres condiciones: alta densidad de tráfico e industria, condiciones meteorológicas y orográficas que permitan el cierre del sistema y elevado grado de insolación.

         La principal causa del esmog fotoquímico es el tráfico, básicamente lo que sale por el tubo de escape. Recordemos (y si no lo recuerdan, se lo digo) que a el motor de combustión interna necesita un combustible (la gasolina o del diésel) y también un comburente (el oxígeno del aire), para que ambos mezclados produzcan la combustión que pone en marcha los pistones que mueven el coche. 

         La combustión es una reacción de oxidación, donde los hidrocarburos presentes en la gasolina o diésel se “queman” hasta formar monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). Pero como hemos usado aire como comburente, que aparte de oxígeno también contiene nitrógeno (N₂), este último también se “quema”, formando dióxido de nitrógeno (NO₂). Por otra parte, no todo el combustible se quema, de modo que quedan rastros de hidrocarburos inquemados. Toda esa mezcla no puede salir a la atmósfera porque es extremadamente contaminante. Por ello todos los coches disponen de un convertidor catalítico, cuya función es oxidar el CO y los hidrocarburos inquemados a CO₂, y reducir el NO₂ a N₂. De modo que lo que sale por el tubo de escape es CO₂, N₂ y H₂O. Siendo los dos últimos inocuos, y el primero es inocuo para nosotros, aunque no tanto para el medio ambiente.

         El problema es que el convertidor catalítico no es 100% eficiente, con lo cual siempre va a haber restos de hidrocarburos inquemados, CO y NO₂ en el tubo de escape. La concentración de estos contaminantes es muy baja y nada preocupante, pero en una gran ciudad como Madrid, con tantos coches, todos estos contaminantes pueden acumularse y suponer un problema.

         Pero para que tal cosa se dé, debe haber unas condiciones meteorológicas y orográficas que lo permitan. Es decir, los contaminantes tienen que quedar atrapados, de modo que se acumulen y su concentración aumente. Esto ocurre cuando se da una inversión térmica.

         Habitualmente, al subir de altitud, el aire se va enfriando gradualmente. En una inversión térmica se da la situación opuesta; es decir, una capa de aire frío queda por debajo de otra capa de aire más caliente. Las causas de este fenómeno son varias y muy extensas de explicar, con lo cual no voy a tratarlas. Pero la consecuencia fundamental de este fenómeno es que todos los contaminantes no pueden salir de esta capa de aire frío que se forma, con lo cual se van acumulando.

         Pero no basta con esto. Ahora interviene la tercera condición, que es la insolación; es decir, debe haber una exposición al sol, por ello este fenómeno tiene el nombre de fotoquímico. Porque se producen una serie de reacciones catalizadas por la luz solar, que en sí son bastante complejas, pero básicamente lo que ocurre es que el NO₂ se degrada a NO, produciendo ozono (O₃), y también se forman muchos radicales como el O^·, el HOO^· y el HO^·, que actúan como intermediarios para que los hidrocarburos inquemados y CO se oxiden a compuestos como aldehídos, nitrato de peroxiacilo (PAN) etc, altamente contaminantes.

         De esta manera, se forma la neblina contaminante que conocemos como esmog fotoquímico. Sus principales efectos son la pérdida de visibilidad, las plantas tienen dificultad para realizar la fotosíntesis. Y además, a nivel humano, provoca diversos problemas respiratorios y debilita el sistema inmunitario.

         Multitud de ciudades se han enfrentado a este problema. Dado que la principal causa es el tráfico, una de las mejores medidas es tratar de reducirlo. Como por ejemplo permitiendo un día acceder al centro sólo a coches con matrículas pares, al día siguiente sólo a coches con matrículas impares, y así consecutivamente. Limitar la velocidad para evitar una mayor emisión de contaminantes. E incluso una medida mucho más eficaz, que es ofrecer transporte público gratuito.

         Sea como fuere, la resolución de este problema está en manos de los usuarios de vehículo privado. Tal vez sea hora de aprender que nuestras acciones tienen consecuencias, aunque no lo parezca. 

Círculo

Los viajes en el tiempo no están inventados, no están inventados… aún. Pero en el año 2034 sí que lo estarán. Un grupo de investigadores de una prestigiosa universidad logró construir una máquina que lo permitía. Actuaba creando un agujero de gusano artificial y temporal entre dos puntos del tejido espacio-tiempo. Es decir, que además de viajar en el tiempo, también permitía viajar en el espacio. Lograron enviar animales como perros o gatos algunas horas hacia el futuro, confirmando que dichos viajes no resultaban nocivos para los seres vivos.

         El rectorado de la universidad era muy reacio a publicar estos resultados. Tenía demasiado miedo a la inquietud que podría provocar la revelación al público general de estos hechos, que sin duda eran revolucionarios. De modo que los investigadores actuaron con prudencia y evitaron mencionar nada del asunto. No obstante, no dejaban de preguntarse cómo se resolverían las paradojas temporales. En especial la paradoja del abuelo. Si yo retrocedo en el tiempo y mato a mi abuelo, no podré nacer, entonces mi abuelo no habrá muerto. Era una cuestión que intrigaba mucho, sobre todo al doctor Wilson, que lideró dicho proyecto, y además él mismo diseñó las ecuaciones para que éste pudiera ser posible.

         Wilson era una persona muy solitaria, totalmente volcada en el trabajo. Su ambición era lo único que movía su vida, y en ese momento no podía pensar en otra cosa que no fueran las paradojas temporales. Sentía una necesidad interna de comprobarlo de primera mano, y tomó una arriesgada decisión: matar a su abuelo.

         Con la excusa de realizar algunos ajustes técnicos a la máquina, logró entrar en el laboratorio, y puso en marcha su plan. Fijó la fecha del 29 de agosto de 1952 y se convirtió en la primera persona en viajar en el tiempo. El viaje apenas lo notó. Nada más activar los circuitos temporales, se vio de repente en medio de un campo. Dejando la máquina bien oculta, puso rumbo al pueblo natal de su abuelo, que no estaba muy lejos. Aquel pueblo era muy pequeño, de no más de 200 habitantes con lo que encontrar a su abuelo no fue difícil.

         Mientras caminaba por la calle principal, le vio viniendo de dirección opuesta. En ese momento, Wilson se quedó paralizado, no era apenas consciente de lo que veía. Su abuelo comenzó a mirarlo de forma extraña, al ser él un forastero. Pero entonces, se escuchó un ruido en una casa cercana, lo que provocó que el abuelo se girara hacia atrás para observar lo que había ocurrido. Y Wilson aprovechó para reponerse, sacar su pistola, apuntar y acabar con la vida de su abuelo.

         Lo había hecho, su abuelo yacía sin vida en el suelo. La gente empezó a asustarse, y Wilson huyó del lugar del crimen a toda prisa. Cuando logró ponerse a salvo, comenzó a pensar acerca de lo que había pasado. Él seguía vivo, ¿cómo podía ser posible? No encontró respuesta. Lo único que pudo hacer es regresar a su tiempo. De modo que se dirigió a la máquina y puso rumbo a casa, justo después de haberse ido, para no levantar muchas sospechas.

         En cuanto llegó a su laboratorio, algo extraño pasaba, no parecía su laboratorio, los objetos y equipos parecían distintos. Lo primero que pensó es que habría llegado a otro laboratorio distinto. Pero no, pudo comprobar que era el suyo, o el que al menos, estaba donde debía estar el suyo, aunque no era su laboratorio. Wilson estaba desconcertado, salió a fuera y observó la placa que había a la entrada, donde debía poner “Wilson Ph. D.” en realidad ponía “Mason Ph. D.”. Mason era uno de sus colegas, algo muy raro pasaba.

         Mientras se dirigía a la salida, se cruzó precisamente con Mason, pero ni siquiera le saludó, no parecía conocerle. Entonces Wilson comprendió la verdad. Al matar a su abuelo, había creado una nueva realidad alternativa en donde él no había nacido, era el Wilson de esa realidad el que no había nacido, no él. Él seguía existiendo porque en su realidad su abuelo no fue asesinado. De modo que estaba allí atrapado, en un lugar en el que técnicamente no existía. Había resuelto la paradoja temporal del abuelo, pero debía regresar a casa, donde tenía una vida. De modo que la solución más viable era regresar a 1952 y evitar matar a su abuelo.

         Fue corriendo hacia su laboratorio, se subió a la máquina y regresó a 1952, a un lugar un poco alejado de donde llegó la primera vez. Después se dirigió inmediatamente al pueblo, y se encontró consigo mismo buscando a su abuelo, que quedó estupefacto ante tal encuentro. Wilson le explicó todo lo que había pasado, e intentó convencerle de que no lo hiciera. Pero el otro Wilson era muy obstinado, y quería comprobarlo de primera mano. No había otro remedio, Wilson trató de quitarle la pistola a su alter ego, y el forcejeo recibió un disparo suyo. Cayó al suelo y quedó muerto. El otro Wilson era ahora libre para realizar su experimento, y lo hizo todo de la misma manera que su anterior yo. Mató a su abuelo, regresó al futuro, y comprendió lo de las realidades alternativas.

Era momento de recuperar su vida, pero sabía lo que pasó con su otro yo. De modo que diseñó un plan. Se escondió en una casa abandonada, enfrente del lugar donde mató a su abuelo. Se encontraba mirando a través de la ventana. El plan era disparar en el pie a su otro yo, para evitar la muerte de su abuelo. Después ya podría recogerle y curarle. En cuanto les vio a los dos frente a frente, sacó la pistola y apuntó. Pero al avanzar un paso adelante para tener mejor visión, pisó un tablón en mal estado, y se cayó por el agujero que dejó, perdiendo la vida en aquella caída. De esa manera, su otro yo pudo tranquilamente matar a su abuelo.

Así se cerró el círculo, y como consecuencia resultó que el abuelo del Wilson fue asesinado por una persona que nunca existió. 

Benditas unidades

Metros, julios, vatios, segundos, amperios, kilogramos… entre otras muchas más son las malditas rameras que cada día nos hacen la vida imposible, sobre todo a los estudiantes. Y es que, ¿quién no ha tenido problemas en el colegio o el instituto con estas pequeñas enviadas del demonio? Los profesores no nos paraban de repetir: “Poned SIEMPRE las unidades”. Es una costumbre muy típica de estudiante de secundaria o bachiller dar el resultado en número, pero sin poner unidades.

         Lo cierto es que según ha enseñado la experiencia, las unidades son como unos monstruos de increíble poder. Si no los controlas, te atacarán y acabarán por destruirte, pero si logras controlarlos, tendrás un gran poder que supondrá para ti una enorme ventaja sobre los que no lo tengan. Por ello, debemos cambiar un poco el chip, y ver las unidades desde otro punto de vista.

         Dentro de lo que cabe, hemos tenido suerte con el sistema de unidades que nos ha tocado: el Sistema Internacional (SI). Este sistema otorga un valor arbitrario a la unidad de cada magnitud, y después, con los sucesivos prefijos como centi-, kilo-, mili-, micro-, nano-, etc, se nombran los distintos múltiplos de esa unidad en un sistema decimal, con lo que su manejo es muy sencillo. Cifras que podrían ser muy altas o muy bajas, se manejan más fácilmente poniendo esos múltiplos. 

         Por ejemplo, la unidad del SI estándar para medir el espacio es el metro, pero si quisiéramos expresar la distancia que hay entre los átomos de las moléculas de agua, tendríamos que expresarlo en nanómetros: 0,0957 nm. Imagínese hacerlo en metros, estaríamos hablando de 9,57x10^-11 m, o sea 0,0000000000957 m. Una cifra difícil de manejar, y más aún si hay que hacer operaciones matemáticas con ella. Por tanto, manejando bien las unidades y sabiendo las equivalencias entre los múltiplos, facilitaremos en gran medida los cálculos.

         Cosa distinta ocurre en algunos países anglosajones, donde por pura cabezonería no adoptan el SI, y deben seguir manejándose con pulgadas, yardas, galones, pintas, etc. Que cuando se trasladan a magnitudes más complejas que el espacio o el volumen, como la presión o la densidad, se complican bastante. En verdad, para usarlo en ciencia, es un sistema poco lógico, y por tanto hemos de estar agradecidos de poder usar el SI.

         Conocer bien las unidades, también puede ayudarnos en otros aspectos, como al no conocer las fórmulas. Pues las unidades de las distintas magnitudes a veces están relacionadas entre sí, y si se conoce esa relación, muchas veces no es necesario aprender toda la batería de fórmulas físicas que se requiera, o también incluso nos pueden sacar de algún aprieto si se nos olvidase accidentalmente la fórmula. Por ejemplo: debo calcular una fuerza, pero no conozco la fórmula necesaria. En cambio, sé que la fuerza se expresa en Newtons (N), que equivalen a kg·m/s². Los kg son unidades de masa, mientras que los m/s² son unidades de aceleración. Pues voilà. La fórmula es: masa multiplicada por la aceleración.

         Por otra parte, muchas veces ocurre que creemos saber la fórmula, pero en realidad es incorrecta. En esos casos también nos ayudan las unidades. Porque en toda fórmula, las unidades de cada variable también se operan entre sí, y al final, la unidad resultante tiene que ser igual a la unidad que debería tener la solución, si no, es que hemos cometido algún error. Por ejemplo: si quisiéramos calcular la fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre una persona, habría que usar la siguiente fórmula:

Donde F es la fuerza gravitatoria, G es la constante de gravitación universal, M es la masa de la Tierra, m es la masa de la persona, y r es la distancia entre ambos. Sus unidades son, respectivamente, N, m³/kg²·s², kg, kg y m. Veamos cómo se operan:

Ahora simplifiquemos los términos:

Y recordemos que kg·m/s² eran unidades de Newtons. De igual modo, si esta operación hubiera salido mal, no sólo sabríamos que está mal, sino también qué término falta, analizando las unidades resultantes. Si hubiésemos metido la pata no poniendo la masa de la Tierra, las unidades resultantes serían m/s². Y se ve claramente que para que sean Newtons, falta un término de masa, después ya sería cuestión de localizar ese término e incluirlo.

En definitiva, demos de desterrar esta mala imagen que tienen las unidades, y empezar a usarlas en nuestro favor. Y nuestras vidas serán más sencillas. 

No es la cantidad, es la concentración

¡Saludos lectores! Lamento mi ausencia, en verdad no tengo excusa para justificarla. No obstante, ahora que tengo un tema interesante que tratar, creo que es de justicia compartirlo con ustedes.

El otro día, mientras hablaba con mi madre, me contó lo que le pasó una vez. Mientras preparaba comida, le echó demasiada sal y encontró un truco para que estuviera menos salado: echar más agua. Y le dije que en verdad lo que había pasado es que había la misma cantidad de sal, lo que había cambiado es el volumen total, por lo que la salinidad disminuye. Mi madre no me creyó, y siguió sosteniendo que la cantidad de sal había bajado.

No es tan difícil de comprender, la salinidad es la concentración de sal, que se mide en diversas unidades, como por ejemplo gramos por litro. Lo que significa esto es que se divide la masa total de sal entre el volumen total de agua, con una fórmula como ésta:

Matemáticamente hablando, hay dos maneras de bajar la salinidad, o se disminuye la cantidad de sal, o se aumenta el volumen de agua. Y volviendo al ejemplo de la comida, dado que es muy difícil extraer la sal, la solución más viable es añadir agua. De ese modo, manteniendo intacta la cantidad de sal, disminuimos la salinidad.

Y este concepto tan sencillo de entender me ayuda a enlazar con otro tema que no es tan bien comprendido por la población general. Siempre se ha hablado de la peligrosidad de los compuestos químicos. Por poner un ejemplo, envases que contengan bisfenol A. muchas personas se horrorizarían al pensar en tomar comida de un envase semejante, cuando influyen diversos factores, pero el más importante de todos es, sin duda, la dosis; es decir, qué cantidad de ese tóxico se introduce en nuestro cuerpo, y en qué volumen está diluido. Pues ocurre como en el caso de la sal. Si está muy diluido, no habrá efectos, y estos efectos aumentarán a medida que mayor sea la concentración.

Lo que quiero decir con todo esto es que un compuesto químico no es tóxico per se, sino en función de la dosis. Y que tomar la misma cantidad puede tener efectos distintos en distintos volúmenes. Por ese motivo, todos los compuestos químicos potencialmente nocivos, tienen una concentración límite que deben tener en los diversos productos de consumo. No obstante, si el límite de un compuesto es 5 mg/g, por ejemplo, no quiere decir que con 5,1 mg/g ya sea tóxico. De hecho, el margen legal que se deja es muy amplio.

También esto se puedo aplicar a gases, por ejemplo, a las emanaciones de las chimeneas de las industrias. Una fábrica, por ejemplo, está echando al aire una cantidad de tóxicos, pero si se diluye convenientemente todo ese vertido, tal y como se especifica legalmente, la concentración de tóxicos bajaría por debajo del umbral admisible, y no sería peligroso respirar ese aire. El problema, como muchas veces ocurre, es que si hablamos de sustancias muy tóxicas, el nivel de dilución a aplicar es tan grande, que resulta un problema de diseño, y hay que recurrir a otros métodos de purificación antes de emanar esos gases.   

Con lo cual, podemos estar tranquilos y no horrorizarnos si vemos que algún producto contiene bisfenol A, por ejemplo. Hay que dejar de tener miedo a las compuestos químicos, pues absolutamente todo, están formado por ellos, y gracias a ellos nuestras vidas pueden ser más fáciles.