Empezó a correr el temporizador y Tony Mack, un estudiante de educación media, empezó su primer experimento de química. Mientras pesaba químicos bajo la supervisión de un estudiante de la licenciatura, su padre, James, un químico en la Universidad de Cincinnati, ordenaba contenedores de vidrio junto a él, absorto en su propio experimento.
Ambos contendían para preparar una mezcla de moléculas de estilbeno utilizadas para hacer tintes, pero estaban empleando métodos distintos. Para James Mack, los ingredientes hervían en una solución revuelta en un matraz. Sin embargo, para Tony, unas pelotas las aplastaban al voltearlas y golpearlas cuando las sacudía vigorosamente una máquina llamada molino de bolas. Tony cruzó la meta mientras que a Mack todavía le faltaban dos horas, y lo hizo con cerca de 30 por ciento más de estilbeno.
“Estaba tan contento porque me ganó”, dijo Mack riendo.
Realizada en el laboratorio de Mack en el 2014, la carrera tenía el objetivo de probar un punto: que se podrían conseguir mejores resultados con la molienda o trituración de químicos juntos, sin un solvente, a los métodos establecidos, y ser seguro y lo suficientemente simple como para que un chico de octavo grado lo llevara a cabo.
La técnica, basada en la llamada mecanoquímica, o química impulsada por fuerzas mecánicas, es radicalmente diferente de la forma tradicional de disolver, calentar y revolver químicos en una solución. Remover los solventes podría ayudar a hacer que muchos procesos químicos utilizados en la industria sean más amigables con el ambiente.
“Es típico que los químicos no estén tan preocupados por los solventes como deberían”, dijo David Constable, el director del Instituto de Química Verde de la Sociedad Estadounidense de Química. Muchos solventes de uso común, como el cloroformo, la acetona y el hexano, son dañinos y volátiles, representan un riesgo para las personas que los inhalan, así como para el ambiente. Los solventes también constituyen la gran mayoría del desecho químico y consumen la mayor parte de la energía utilizada en una reacción química.
Sin embargo, los solventes han sido la norma durante siglos, así es que muchos químicos tienden a dudar de la viabilidad de la mecanoquímica. “Aprendemos que, sencillamente, la solución es la forma de hacer las cosas”, comentó Mack, “y nunca pensamos en las alternativas”.
El movimiento de la química ecológica ha motivado que algunos químicos abandonen los antiguos métodos de las soluciones en pro de la mecanoquímica.
“La química ecológica es un reconocimiento de que la química podría hacerlo mejor con el diseño”, comentó Paul Anastas, un profesor de química en la Universidad de Yale que desarrolló el revolucionario programa de química ecológica del Departamento de Protección del Ambiente, en 1991.
Ha sido tradicional que la molienda se utilice para reducir el tamaño de las partículas, por ejemplo, los geólogos que trituran piedras para hacerlas polvo. También es una técnica común para hacer aleaciones metálicas y facilitar las reacciones químicas que involucran materiales insolubles, como el fullereno, una forma molecular del carbono con estructuras tubulares o esféricas, conocidas como nanotubos de carbono o “buckyballs”.
Sin embargo, resultó difícil convencer a los científicos para que ampliaran la mecanoquímica a la vasta mayoría de las reacciones químicas que normalmente se llevaban a cabo con soluciones.
En las soluciones, las partículas obtienen del calor la energía que necesitan para reaccionar: los químicos escogen cuidadosamente la temperatura para sus experimentos y aseguran que el calor esté distribuido uniformemente. Sin embargo, en un molino de bolas, la energía se imparte por medio de una fuerza mecánica, cuando las bolas golpean a las partículas cuando se lanzan por todas partes. Es muy difícil cuantificar la energía, dijo Mack. Sin un solvente, los químicos no pueden tener la confianza de que se mezclarían suficientemente bien todas las partículas como para juntarse y reaccionar.
Stuart James, un mecanoquímico en la Universidad de la Reina en Belfast, Irlanda del Norte, contó sobre la primera vez que llevó un molino de bolas, que costó 3,000 libras (4,870 dólares) a su laboratorio en el 2003. “Le dije al grupo qué era y mis estudiantes pensaron que estaba loco”, dijo.
“Realmente, se trata de arriesgarse”, dijo Mack sobre los químicos que habían adoptado el método más reciente. Demostraron que un molino de bolas puede impartir suficiente energía para romper vínculos fuertes y formarlos, como carbono con carbono y carbono con metales. También descubrieron que la molienda permite reacciones que no podrían ocurrir con las soluciones.
En el 2011, el mecanoquímico Tomislav Friscic y su equipo utilizaron métodos mecanoquímicos para hacer salicilato de bismuto, el ingrediente activo del Pepto Bismol, al triturar juntos óxido de bismuto y ácido salicílico. El método no solo no requiere solventes, sino que también utiliza óxido de bismuto, un reactivo seguro, en lugar de las tóxicas sales de bismuto.
En el 2013, Friscic reportó un proceso de un solo paso para preparar sulfonilguanidines, una familia de químicos utilizados en los herbicidas y farmacéuticos, mediante la trituración. Su equipo de investigación en la Universidad McGill, en Montreal, trató de reproducir el proceso en una solución, pero fallaron.
El año pasado, otro grupo de investigación del Laboratorio Ames en la Universidad Estatal de Iowa solicitó la patente de un método mecanoquímico para hacer alano puro, un material para el almacenaje de hidrógeno, basado en el aluminio. El típico que los métodos con soluciones produzcan alano impuro porque las moléculas del solvente tienden a pegársele. “Realmente, hay una explosión de lo que puede hacer la mecanoquímica”, dijo Friscic. “Claramente, se está convirtiendo en un nuevo ambiente de reacción”.
A pesar del progreso, no es probable que la mecanoquímica elimine por completo a los solventes. “La mecanoquímica, como muchas otras tecnologías, es muy prometedora”, dijo Constable, “pero no solucionará todos los problemas”.
Sin embargo, el método ha fomentado una conciencia de que la química puede ser práctica y ambientalmente amigable, dicen sus partidarios. A los estudiantes se les enseña en McGill a medir la energía, el agua y los materiales usados en sus experimentos para conocer los costos ambientales. Además de la molienda, otras áreas de investigación incluyen al desarrollo de una forma energéticamente eficiente de calentar las reacciones químicas con microondas y solventes limpios y no tóxicos, como el supercrítico bióxido de carbono, uno a una temperatura y una presión tan altas que se comporta como un gas y un líquido al mismo tiempo. (Se utiliza para descafeinar el café, por ejemplo.)
“Cuando nos concentramos en hacer que las cosas sean ambientalmente amigables, la mayoría de las personas piensan en ellas como en restricciones”, dijo Anastas. “Pero ha sido una oportunidad y un descubrimiento”.
Xiaozhi Lim
© 2016 New York Times News Service
