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» » La química imposible: Entropía en ambos sentidos

Una reacción espontánea en ambos sentidos pareció romper una de las leyes más preciadas de la ciencia, que sólo a un loco se le podría haber ocurrido.

Para Boris Belousov, la reivindicación llegó demasiado tarde. Cuando el bioquímico soviético fue galardonado con el prestigioso premio Lenin de su país, en 1980, ya había muerto hacía 10 años.
Por lo menos, vivió lo suficiente para ver que el menosprecio acumulado por su trabajo dio paso a una aceptación a regañadientes. En la década de 1950, él había inventado un cóctel de ingredientes químicos que proveían de una analogía simple de la glucólisis, el proceso por el cual las enzimas descomponen los azúcares. La mezcla cambiaba de incolora al amarillo conforme se producía la reacción.


Pero entonces sucedió algo sorprendente: el cóctel se volvía de nuevo incoloro. A continuación, amarillo, después, incoloro. Comenzó a oscilar varias veces entre estos dos estados.

Esto era inaceptable. Una reacción que era espontánea en ambos sentidos parecía ir en contra de uno de los dictados más preciados de la ciencia: la segunda ley de la termodinámica. Ésta establece que todo cambio en el universo está acompañado de un aumento de la entropía, por decirlo crudamente, debería dejar las cosas menos ordenadas de lo que estaban antes. La entropía no puede aumentar en ambas direcciones en una reacción química. Belousov estaba proponiendo algo que sólo a un loco se le ocurriría.

De hecho, Belousov no fue el primero en observar este efecto. En 1921, el químico estadounidense, William Bray, ya había informado de oscilaciones similares en el peróxido de hidrógeno reaccionando con los iones yodato. Nadie le creyó, tampoco. En cuanto a Belousov, no conseguía publicar sus resultados. Al final, dicidió adjuntarlo a un documento de una conferencia soviética sobre un tema diferente, donde languideció en la oscuridad.

O al menos así fue, hasta que un compatriota suyo, Anatoli Zhabotinsky, modificó la mezcla de reacción original en la década de 1960, cambiando el color entre rojo y azul, demasiado brusco para ignorar el cambio. Como la noticia de la reacción "Belousov-Zhabotinsky" (BZ), y de otras reacciones oscilantes similares, se fue filtrando hacia occidente, a partir de 1967, una explicación comenzó a cristalizarse. Las oscilaciones se producen porque la reacción inicial genera compuestos intermedios que se autocatalizan++, acelerando su propia producción. Al mismo tiempo, algunos de los compuestos resultantes ponen en marcha un segundo ciclo autocatalítico que restaura los ingredientes de la primera. La reacción global, por lo tanto, es un biestable entre los dos ciclos.

Básicamente, estas oscilaciones no duran siempre: si se dejan solas poco a poco se desvanecen y la mezcla se asienta en un estado inmutable. Son un ejemplo de un fenómeno transitorio "no equilibrado". La termodinámica solamente se ajusta a estados de equilibrio, no a lo que pasa entre ellos, por lo que la segunda ley no está amenazada.

Si la reacción BZ se realimenta de manera constante y los productos finales se eliminan, las oscilaciones se puede sostener indefinidamente. Tales oscilaciones ocurren en reacciones industriales importantes usando catalizadores metálicos e incluso en la glucólisis real. En una mezcla sin batir, se puede propagar en forma de ondas químicas, dando lugar a patrones complejos, con reacciones bioquímicas relacionadas se piensa en crear marcas de pigmentación para animales. Las ondas son también análogas a los impulsos eléctricos que pasan por los tejidos del corazón. Su dinámica ha sido ampliamente estudiada para conseguir una mejor comprensión de los factores que pueden inducir a latidos irregulares del corazón.

Andrew Adamatsky, de la Universidad of the West of England en Bristol, Reino Unido, está incluso, basándose en la química BZ, interacciones de ondas para crear las puertas lógicas. Él y sus colaboradores en Alemania y Polonia tienen el objetivo de crear circuitos químicos "húmedos" que imiten el comportamiento de neuronas, incluida su capacidad de auto-reparación. 

Anexo: Coqueteando con la ley
En su elección de lenguaje, la química a veces coquetea con sus propias inclinaciones a violar la ley. A tener reacciones "prohibidas de simetría". Esas rupturas de reglas que los químicos Roald Hoffmann y Robert Woodward establecieron en 1965, basadas en la simetría matemática de los orbitales electrónicos, a medida que se reorganizan o recombinan por la luz o el calor. O las reacciones "prohibidas de espín", que implican un tirón del "espín" cuántico en la configuración electrónica de los reactivos.
Ninguno de estos tipos de reacciones es, de hecho, imposible, sólo que avanzan a un ritmo más lento que las reacciones "permitidas". Según Hoffmann, la elección de palabra fue deliberada: la insistencia que Woodward afirmaba en su artículo de 1965 de que no había excepciones a sus reglas, espoleó a otros a encontrarlas.

  • Referencia: NewScientist.com, 23 enero 2012, por Philip Ball
  • Imagen: Philippe Plailly/Science Photo Library

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Editor del blog Pedro Donaire

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