CIENCIA › DIáLOGO CON JOSé LUIS RICCARDO, FíSICO E INVESTIGADOR DEL CONICET

Danza con átomos (en San Luis)

Durante una excursión, el jinete consiguió hacer una entrevista al rector de la Universidad Nacional de San Luis, que habló de interfases y átomos que caminan y saltan y que terminó bruscamente debido a un accidente con el grabador.

 Por Leonardo Moledo

–Bueno, usted, aparte de ser rector, es físico e investigador del Conicet. ¿Por qué no me cuenta algo de su tema de investigación?

–La investigación es a lo que siempre me dediqué y, a pesar de estar realizando ahora una gestión pública, he tratado de continuar con el proyecto de investigación y con la formación de nuevos alumnos. Es importante el esfuerzo por multiplicar la capacidad institucional. Ese círculo es lo que ha permitido a nuestro grupo realizar un gran proyecto, que fue creciendo sobre una estrategia de formación y de trabajo grupal que se va proyectando en nuevos doctorados y que dio, en el curso de 25 años, un grupo que ahora es un instituto de investigación del Conicet (cuando había arrancado siendo un grupo de dos personas).

–Bien. Ahora cuénteme en qué consiste ese proyecto.

–Yo he pasado por varios temas, pero siempre dentro de la gran temática que es la materia condensada, estudiando fundamentalmente procesos físico-químicos.

–¿Qué es materia condensada?

–Es una gran área disciplinar del conocimiento de la física donde se estudian las propiedades de los sistemas a partir de las interacciones que constituyen a la materia. Las fuerzas fundamentales de la naturaleza son: la gravitatoria (entre masas), la electromagnética (entre cargas eléctricas), la gravitatoria, la nuclear fuerte (entre los componentes del núcleo atómico), la interacción débil...

–Esa es más difícil porque no es entre partículas, ¿no?

–Bueno, interviene en ciertos procesos de desintegración radiactiva. Pero, bueno, hay gente que estudia materia condensada a partir de los núcleos (estudiando lo que pasa cuando la fuerza relevante es la nuclear); también es materia condensada estudiar qué le pasa a la agregación de átomos para formar moléculas, o agregados moleculares, o sólidos... Se trata de estudiar sistemas a partir de las interacciones fundamentales. Y en la físico-química de interfase.

–Es decir...

–Es decir, qué le pasa a la materia cuando está entre dos fases distintas (sólida-líquida, líquida-gaseosa). Por ejemplo, en un vidrio frío, con el vapor del aliento uno puede comprobar un proceso de interfase que cambia incluso las propiedades ópticas del vidrio, y esa interfase se forma porque existen interacciones. Son interesantes para muchos procesos tecnológicos. Por ejemplo, entre los más populares, la lubricación. Toda la química moderna se puede llevar a cabo gracias a la producción de reacciones en la interfase de los materiales. Reacciones que nunca se producirían si yo pusiera en un frasquito dos gases para ver qué pasa: podría tener que esperar millones de años.

–Bueno, pero, ¿por qué se producen en una interfase?

–La físico-química de superficie, justamente, intenta explicar a partir de la fenomenología básica qué es lo que ocurre con esos dos o tres fenómenos que se verifican y que dan lugar a una multiplicidad de procesos tecnológicos. Si queremos producir la reacción de dos cosas que en el aire no se juntan mucho, las tenemos que poner juntas en algún lugar. Es casi como la historia de una pareja: para que se arme, tienen que conocerse y acercarse, incluso espacialmente. Además tienen que estar en un sitio cómodo: ese lugar serían las superficies de los materiales catalíticos.

–¿Y por qué se sienten más cómodos allí?

–Porque hay interacciones, fuerzas... los átomos se instalan allí por interacciones meramente electromagnéticas o electroestáticas y se asientan sobre esa superficie porque su estado de energía es más bajo, y lo que dicen es: “Quiero estar acá porque estoy bien agarrado”.

–Es lo que se llama adsorción, ¿no?

–Sí: el fenómeno es la adsorción, y lo que produce es que el estado energético del conjunto haga que la barrera para pasar de ser dos seres a ser una sola cosa sea mucho más baja que la que deben atravesar si se tienen que acercar solas en el aire. El estado adsorbido genera una suerte de camino de reacción que permite pasar de un estado de dos entes separados a uno solo.

–¿Y por qué los dos átomos pegados están en un nivel más próximo que si estuvieran afuera?

–Porque les cuesta menos juntarse. Cuando están en el aire, todos los electrones están alrededor de cada núcleo y permanecen allí, lo que dificulta la unión, porque las nubes de electrones que rodean a cada núcleo chocan y se rechazan. Pero, sobre la superficie, los electrones están distraídos en otras interacciones, de tal manera que queda favorecido un acercamiento.

–Y una vez que se constituye la molécula...

–Una vez que se constituye la molécula, ya a ese nuevo conjunto de elementos no le conviene quedarse en la superficie y se escapa. Es lo que ocurre en el fenómeno catalítico más elemental, que es la oxidación del nitrógeno: el óxido de nitrógeno es altamente tóxico. Lo que uno querría hacer es convertirlo en un dióxido: si yo quisiera hacer eso en el aire, sería imposible. Totalmente ineficiente. Si lo hago en un material sólido, que además tiene sus particularidades, porque le coloco metales que generan puntos de atracción, es mucho más fácil. Por ejemplo, unos pocos átomos de metal, apoyados en una matriz de sílice, están ávidos de engancharse con cualquier cosa. En general, entonces, se toma una matriz sólida y se le dispersan metales. Hay tres procesos: la adsorción, la reacción (en cualquiera de los dos sentidos: armado o desarmado de moléculas) y la migración o difusión superficial. Este último es el más difícil de estudiar. Piense usted que el sistema que le estoy describiendo no es estático, ni está congelado, sino que los átomos se están moviendo, caminando por la superficie.

–Pero si los átomos adsorbidos están agarrados por esas islas de metal, ¿cómo hacen para caminar?

–Bueno, si no caminaran casi nada sería posible. En general, ese fenómeno de migración es el más importante para lograr el equilibrio termodinámico...

–Lo que no entiendo es por qué un átomo querría moverse.

–Bueno, el átomo está apoyado, cómodo, pero se pregunta cuánto tiempo estará cómodo allí. La matriz sólida en la que está asentado está a una temperatura: hay una excitación térmica. Los átomos de ese sólido al que está aferrado están vibrando y hay vibraciones de la red muy aleatorias, porque dependen de la temperatura. Al vibrar, hay un proceso de transferencia de energía: el átomo se excita y se puede mover, saltar.

–Pero, ¿por qué salta en la superficie y no se va?

–No es que todos salten y ninguno se vaya. Hay una barrera para que salte y una barrera para irse. Si la barrera para irse es más alta, va a saltar (y viceversa). Eso depende del sistema. Hay otro mecanismo por el cual se pueden mover los átomos, que es un poco más curioso, que es lo que se llama “difusión cuántica”. No saltan en el sentido clásico, sino que atraviesan (es lo que se llama efecto túnel) las barreras. Es un fenómeno extremadamente complejo porque es muy difícil todavía poder seguir a los átomos. Experimentalmente es muy difícil de hacerlo.

–Ahora cuénteme cómo se las arregla para combinar su trabajo de investigación con la gestión. O sea, cuénteme cómo se las arregla.

–...

–Pero aun así...

–...

–¿Quiere creerlo? Se me descompuso el grabador...

–...

–A ver... no, no, es imposible arreglarlo...

–...

–Va a tener que disculparme...

–...

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“Siempre me he dedicado a la investigación y, ahora continúo haciéndolo y formando alumnos.”
 
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