18 de marzo de 2013

Decisiones de un robot en una balsa



No sabría decir cuánto están contribuyendo las redes sociales a la influencia de la opinión pública sobre las decisiones de nuestros gobernantes. Pero, atendiendo al número de demandas que circulan y a las que son atendidas, parece que es poco. En cualquier caso, ¿cómo se toman las decisiones?

No voy a hablar de la Teoría de la Decisión, si en verdad es posible hablar de teoría o de, más bien,  farmacopea interdisciplinar. Sólo me voy a detener en una situación problemática y en describir qué salidas se pueden encontrar.

Imaginaos que sois el timonel de una balsa con treinta personas a bordo. Una de las cuales es vuestra hija de ocho años. En un viraje imprevisto, vuestra hija cae al agua y empieza a ser arrastrada corriente abajo, alejándose de la balsa. Nadie en la balsa conoce el río mejor que vosotros y nadie se va a lanzar a salvarla. Los cabos y salvavidas que le han arrojado no han surtido efecto. Ella clama auxilio: “¡Papá!”, “¡Mamá!”. Su voz y verla luchar contra el líquido elemento os impulsa a lanzaros al río -¡es vuestra hija!-. La alcanzáis, la arrastráis hacia la orilla y, jadeando, veis de reojo cómo la balsa se desmiembra y las veintinueve personas van siendo arrastradas río abajo.

Imaginaos que sois vosotros los que vais en esa balsa, dirigida por otra persona en las mismas circunstancias.

Imaginaos que sois vosotros quienes vais en esa balsa, y esta vez es un robot quien dirige esa balsa. El robot no tiene hijas, pero imaginad que está programado para salvaguardar la vida humana. Si las instrucciones son salvaguardar la vida humana, sin más especificaciones, ¿qué creéis que haría el robot timonel?

¿Cuál sería una decisión racional? Si os restringís a lo racional, os encontraréis con un sinfín de variables: si la niña es la única mujer que queda sobre la faz de la Tierra y es la única esperanza para la perpetuación de la especie en el futuro, si la niña es hija del programador del robot y éste dejó una sentencia para salvar a su hija, si el robot tiene que elegir salvar siempre al mayor número de vidas humanas...

Bueno, ésta es una entrada abierta a vuestros comentarios, como siempre. Pero os invito de manera especial, porque es una forma como otra cualquiera de continuar este post contando con la opinión pública, vosotros, como os empecé describiendo al principio.

Adelante.

9 de marzo de 2013

Átomos de tomo y lomo



Prefiero pensar que somos átomos. Indivisibles, pero cohesionados.
Es una forma de pensar en la inmortalidad, en nuestra perpetuación... mientras dure el Universo, claro está. Porque, no sé si saben que nuestros átomos vienen estando de acá para allá desde la noche de los tiempos. En que el reloj estaba a cero, porque quizá ni tan siquiera existiera reloj ni cosa alguna.
Para no meterme en un jardín cosmológico, prefiero seguir con el relato que venía a contarles. Dice así:

Hace tanto tiempo que nadie lo recuerda, alguien empezó a imaginar que una cosita llamada átomo empezó a divagar por un espacio tan grande que los hombres acabaron denominando Espacio. La historia de nuestro amigo átomo fue pareja al mismo tiempo, que, quizá por compañía, decidió viajar con el espacio.
Así, el átomo recorrió cantidades enormes de tiempo y espacio hasta llegar a mí. Donde se encontró en compañía de otros millones de átomos. Ahora lo tengo en el cabello cinco mil quinientos treinta y dos. Al parecer, se trata de un antiguo átomo de hidrógeno, de la noble casa de los hidrógenos ni más más ni más menos.

Se trata de un átomo jovial y pizpireta, al que le encanta gastar bromas. La última, hace dos nanosegundos, se la gastó a un bonachón átomo de carbono, el cual, el muy bobo, creyó que podría desenlazarse de otro altivo átomo de nitrógeno para irse de farra con el de hidrógeno. El desenlace fue fatal, pues otro pelo acabo de perder. Porque, bromas aparte, nuestro átomo protagonista, no es amigo de hacer isótopos, pero ojito con él: es un bala de mucho cuidado.
Acostumbra a contar que fue uno de los primeros átomos en la bomba H, y que se salvó de una fusión segura por los pelos. Quizá por eso haya decidido instalarse hace unos microsegundos en semejante capilar.
A este átomo se le ha visto saltando de haluro en haluro, de cloruro en cloruro, demostrando un humor ciertamente ácido. En cierta ocasión, por su cumpleaños, cogió tal cogorza, que se le vio pegando tumbos entre dos abigarrados átomos de uranio, los que, finalmente, decidieron dejarle caer al suelo, causando un estruendoso ruido: ¡Planck! Del suelo surgieron toda clase de átomos, que, sacudidos por la vibración, no sabían a qué atenerse. Hasta que uno de ellos, un átomo de hidrógeno también, se enlazó con él en una feliz molécula que enseguida empezó a flotar en nuestra atmósfera. Para que luego digan que la vida atómica es anodina; también puede ser catodina.
No sé si sabrán –y si no, se lo cuento- que los átomos están constituidos en república, la república atómica, pero de la cual se produjo una escisión hace unos cinco mil millones de años. No sé si han oído hablar del Astro Rey –no, no O Rey Pelé-. Dicen que en el Sol se está preparando una buena desde entonces. Se trata de un objeto en que los átomos funcionan bajo una monarquía, cuyo trono supremo ostenta un inflexible átomo de helio. En torno a él, existe una camarilla de átomos de helio a los que el rey concedió el título de nobles.
Pues bien, dicen que acá, en nuestro planeta, las garras de los helios se han extendido y, no sólo eso, incluso han llegado a formar escuadrones con otros átomos a los que también el rey ha concedido títulos nobiliarios. Tal es así, que elementos como el argón, el xenón o el radón no admiten enlaces de ningún tipo, algo que ya se sabía de los helios. Se puede armar la gorda, porque pretenden nada más y nada menos que reunir átomos y átomos de hidrógeno para fusionarlos en helio. Si esto tuviera éxito, ya podríamos darnos por desaparecidos como átomos libres.
La misión de nuestro átomo es, pues, de incógnito. No debe ser descubierto, pues es el espía que el Senado ha elegido para desentrañar las letales argucias del Astro Rey.
Sé de buena tinta que los calamares cuentan con un sistema de defensa que les permite evitar la confrontación con enemigos a priori más poderosos. Al parecer, ésa es la estrategia que parecen estar siguiendo los llamados gases nobles: zafarse de todo tipo de acusaciones incriminatorias en multitud de atentados relacionados con una reciente fuente de energía: la temible fusión fría. Nuestro valeroso átomo de hidrógeno, cuenta, sin embargo, con una notable ventaja: puede camuflarse en todo tipo de compuestos, principalmente agua, lo que le permite una movilidad lenta pero muy diversa.
Al parecer, uno de los emisarios del Sol ha llegado a la tierra como emisión alfa. Afortunadamente fue interceptado por un muro de átomos de plomo. Allí está siendo sometido al implacable interrogatorio de nuestro héroe, a escasos metros de mí.
Ya tenemos la información que necesitábamos, mis átomos se han organizado a la perfección y ya estoy en disposición de anunciarles que seguiremos con nuestra forma terrestre y libre por otros cuantos millones de años.

¡Big Bang salve a la República!


Gumersindo Linares de Andrés
Delegación Terrestre del Comité Científico Solar de la República Atómica Universal

5 de marzo de 2013

Una pregunta sobre la sal y la nieve

No he titulado esta entrada "cómo la sal derrite la nieve” porque la mera cuestión ya me produce demasiadas dudas.

En todo caso, lo que parece (a la luz de lo revisado) es que efectivamente la sal (cloruro sódico, NaCl) se diluye en el agua líquida, dando lugar a agua salada, con un punto de solidificación más bajo que el agua pura a la misma presión. Es decir, el agua salada tiene propiedades coligativas diferentes que el agua pura. En concreto, solidifica a una temperatura inferior a 0 ºC.

La duda la encuentro en si la sal también se diluye en agua ¡sólida! ¿Conozco otro par de sólidos que lleguen, por así decirlo, a reaccionar? La pregunta tiene trampa: la palabra clave es “reacción”. Cuando el cristal iónico de la sal se rompe en sus respectivos iones, y estos son “atrapados” por las moléculas polares del agua líquida, ¿nos encontramos con una reacción? Si una reacción química consiste en la transformación de unos compuestos, reactivos, a otros, productos, ¿es una disolución un tipo de reacción?
A mi juicio, no merece la pena detenerse en esta precisión conceptual, ya que la Naturaleza sigue funcionando lo llamemos como lo llamemos. Sin embargo, es necesario que reflexionemos sobre lo que ocurre cuando dos sólidos entran en contacto. Este contacto sí merece una precisión. Depende del tamaño que observemos: a nivel macroscópico parece claro que dos objetos están en contacto si no hay nada entre ellos, pero, si nos acercamos hasta el nivel atómico, ¿a qué estamos llamando "nada"? Si imaginamos el átomo como un núcleo en torno al cual hay unas zonas más probables donde encontrar sus electrones, parece probable que también en esas zonas no haya electrones moviéndose. Pero, entonces, ¿qué hay cuando no hay electrones? Debe de haber “huecos” que permitan pasar energía, suficiente como para que no se conozca ningún material absolutamente opaco (es cuestión de grosor, de la cantidad de energía y de poco más). Quizá esos huecos son huecos de probabilidades. No sé si esto ya pertenece a un campo por ahora inaccesible para mí, como es la física cuántica, pero sirve para reconsiderar la cuestión: dos sólidos en contacto.
Se me ocurre que hay fenómenos en que un metal “penetra” en otro, fenómenos de difusión, pero me pregunto si ambos metales están en estado sólido. En cualquier caso el fenómeno no es espontáneo, sino que se dan unas condiciones de presión y temperatura en que esto es posible, lo que, en suma, conlleva la intervención de algún tipo de energía. Entonces, ¿sucede que los cristales de sal y agua (en forma de nieve) experimentan difusión en determinadas circunstancias de presión y temperatura? Y, lo que nos interesa para fines prácticos, ¿si ocurre esa difusión, ésta provoca que el agua pase a de sólida a líquida?

Hasta ahora sólo me he planteado algunas preguntas muy generales, pero propongo que nos adentremos en lo que ocurre en la superficie de contacto entre un cristal de sal y uno de nieve. En realidad, un copo de nieve está compuesto de numerosos cristales más pequeños de hielo con diferente orientación. Para nuestros fines, planteémonos el siguiente modelo: un cristal de NaCl con sus iones dispuestos en planos paralelos y un cristal de hielo con sus moléculas dispuestas también en planos (la consideración de este modelo geométrico puede ser errónea, pero lo hago para simplificar la exposición del razonamiento):

El dibujo representa las superficies vistas en sección. Trataré de explicar este modelo: los iones Na+ y Cl- están “unidos” en la sal por la electronegatividad del cloro y la afinidad electrónica del sodio. Entre ambos tipos de iones hay unas fuerzas de cohesión, lo que se traduce en que es necesario la aplicación de otras fuerzas o energías (ya sean de calor, mecánicas o eléctricas) para vencerlas y, así, liberar los iones de la red. Las moléculas del agua, hielo, están dispuestas en una red cristalina de forma que el átomo de oxígeno, con polaridad negativa, atrae a los átomos de hidrógeno con polaridad positiva.
Para seguir con este modelo debo suponer que ambas sustancias se encuentran a igual temperatura, de modo que no interviene energía en forma de calor, sino que lo voy a restringir a la energía eléctrica (potencial) que existe por la diferencia de cargas.
Así pues, imaginemos que entran en contacto las capas número 1, a1 del agua y s1 de la sal. A nivel molecular o iónico, debe haberse creado un campo eléctrico entre las cargas de las moléculas y las cargas de los iones. La proximidad se traduce en una energía potencial (eléctrica). Si esta energía es mayor que la definida por las fuerzas de cohesión de ambas redes, un ion Na+ se une con una molécula de agua por la zona del oxígeno y un ion Cl- se une con una molécula de agua por la zona de los hidrógenos. Algo así:
Estos “productos” tienen carga neutra y caen libres, es agua salada (¿o vapor salado si los puentes de hidrógeno u otra fuerza de cohesión no existen?).
Esto explicaría lo que comentábamos más arriba sobre las condiciones de presión y temperatura: a presiones más altas, más difícil vencer las fuerzas de cohesión; a temperaturas más bajas, más difícil vencer las fuerzas de cohesión.
Este proceso se iría sucediendo con las demás capas hasta que no quedara materia en contacto. ¿Cuánta sal sería necesaria por cantidad de nieve? Además, ha de tenerse en cuenta que toda la nieve habría de tocar la sal, ya que, si no es así, seguirá habiendo nieve “sin derretir”:


El suelo habría absorbido el agua salada y la nieve habría acabado fijándose al suelo. Pero claro, las superficies no son siempre horizontales, y sabemos que los líquidos también sucumben a la Gravedad. Por eso, el agua salada fluiría de las zonas más altas a las más bajas, cambiando su energía potencial por energía cinética y ésta por algo de calor. Con lo que se fundiría algo más de nieve mientras se produjera este arrastre:


Pero no toda, o, por lo menos, no tiene por qué ser toda la nieve la que se derrite.

De todas formas, esta simple argumentación sólo es válida si las premisas son válidas. Es decir si en efecto la energía potencial entre la zona polar del oxígeno y el ion Na+ ,y la energía potencial entre la zona polar de los hidrógenos y el ion Cl- son mayores que las energías de cohesión en los cristales. Si esto es así, ¿por qué en algunas capitales europeas, como Viena, se esparce otra sustancia aparentemente menos soluble que la sal común? La razón ecológica parece clara: si no se filtra NaCl a la tierra, las plantas vivirán algo más. La sustancia vienesa parece sílice o, si no, de naturaleza calcárea. Entonces, la explicación parecería más restringida a aspectos mecánicos.

No obstante, en el modelo que he descrito no conviene olvidar que la nieve se ha aproximado a la sal habiendo consumido energía potencial y que ya cuenta con energía cinética en su caída, y que, al chocar contra el suelo (o la sal), pierde en forma de calor como mínimo. Pero obviamente he despreciado ese fenómeno para los copos que llegan más o menos íntegros (que en su fricción con las partículas del aire ya han perdido energía en forma de calor, por otra parte)

Por cierto, las moléculas del alcohol (supongo etanol) no son polares o, al menos no tienen la polaridad tan acentuada como las del agua. Al no ser dipolos, no “generan” atracción con los iones de la sal. Teóricamente la sal no modificaría sensiblemente el punto de fusión del etanol. Otra cosa es que fuera azúcar (sacarosa, e.g.). Pero eso es otro cantar.
Sin embargo, el azúcar en el agua (líquida) sí es soluble y, precisamente por no ser un soluto iónico, en concentraciones bajas se cumple la ley de Raoult, que explica el descenso crioscópico del agua. Por algo el agua es “el disolvente universal”.


Otras explicaciones

1) Si se echa sal sobre la nieve (o el hielo), se funde la nieve porque la sal está a temperatura más alta, le cede energía en forma de calor hasta alcanzar el equilibrio térmico. Esta explicación es trivial y por eso no la había mencionado antes. La anterior explicación supone que la sal yace en el suelo y ambos están a la misma temperatura que la nieve.

2) Ahora bien, ¿por qué habría de estar a la misma temperatura? Por equilibrio térmico con el ambiente, ¿verdad? Bueno, también lo está un invernadero, ¿o no?
Esto me sugiere dos vías explicativas, ambas diletantes –he de admitirlo-.
Por una parte, lo que alguna vez denominé erróneamente “efecto lupa” y que debería denominar “efecto invernadero”. ¿Qué pasaría si los cristales de sal dejaran pasar radiación solar hasta el suelo, que luego no dejaran escapar y produjera un aumento de la energía interna de las superficies en contacto sal-suelo? Si esto fuera así, podríamos pensar que cierta cantidad de energía en forma de calor fuera conduciéndose por el cristal de sal y por la zona de suelo más cercana, aumentado su temperatura:


El cristal (en azul) produce efecto invernadero entre él y el suelo. Aire caliente que, pese a circular, no evita que también se caliente el suelo y el cristal de sal por conducción y radiación. Si la temperatura es mayor que la de la nieve, el microsistema cede energía a la nieve. Si la energía es igual o superior al calor necesario para fundir la nieve, logrará fundirla.
Al fin y al cabo, ¿por qué habría de hacerlo la superficie de plástico de una central eólico-solar y no un cristal de sal?

Bien, la otra explicación también coadyuvaría a explicar por qué se esparce otro mineral distinto a la sal común por las calles de Viena. El efecto sería, en cierta forma, similar al anterior, pero más parecido al comportamiento de un acumulador: parte de la energía de las ondas electromagnéticas solares es atrapada en mayor cantidad en los cristales minerales más prominentes. Esto no es magia, sino que la especial estructura del cristal, permite más el tránsito de energía en una dirección que en otra.
Lo cierto es que esto ya suena a ciencia ficción, y sería mucho más fácil suponer que estos minúsculos cristales, apenas ligados al suelo, están expuestos a mayor fricción con las partículas del aire. Esta movilidad se traduce en mayor energía cinética, que finalmente deviene en aumento de su energía interna y transformación de energía en forma de calor entre estos minerales y el suelo.

Menudo lío. ¿Tendrá esto algo que ver con modas científicas? O, más bien, pseudocientíficas.

En fin, dadas estas dudas, ¿alguien puede aportar explicaciones satisfactorias sobre esta cuestión?


Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Química alojado en el blog el zombi de Schrödinger.






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NOTA: Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Químicaalojado en el recomendable blog El zombi de SchrödingerNOTA: Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Químicaalojado en el recomendable blog El zombi de SchrödingerNOTA: Esta entrada participa en el XXIII Carnaval de la Químicaalojado en el recomendable blog El zombi de Schrödinger