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E es igual a m por c al cuadrado

24 marzo, 2013 38 comentarios

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Bajo esta teoría, la masa ya no es una magnitud inalterable pero sí una magnitud dependiente de (y asimismo, idéntica con) la cantidad de energía.

– Albert Einstein

Allá por el año 1905, un oscuro examinador técnico de tercera categoría de la oficina de patentes de Berna en Suiza revolucionaría el mundo de la física con la publicación de cinco artículos en Annalen der Physik. De entre éstos hay dos: “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento” (aquí hay una versión en pdf en inglés) y “¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido en energía?” (aqui hay una versión en pdf en inglés) que establecerían la base de la Teoría de la Relatividad Especial.

Naturalmente, ese oscuro funcionario era Albert Einstein y, en el marco de sus postulados teóricos, introdujo la que es, con total seguridad, la ecuación más conocida de la historia de la física: E = mc2. Esta ecuación, que representa la equivalencia entre masa y energía, es el elemento central alrededor del que va a girar este post. Naturalmente, la discusión la voy a hacer desde el punto de vista de un químico (no puedo renegar de mis orígenes) así que, con el perdón de los físicos, sacrificaremos precisión en aras de claridad (espero).

La famosa ecuación es muy sencilla pero el significado físico de las magnitudes involucradas es bastante más complejo. Muchos son capaces de recitar la ecuación de memoria pero son pocos los capaces de concretar qué es masa y qué es energía y esto ha permitido a pseudocientíficos y vende humos de distinto pelaje el llevar el agua a su molino.
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La síntesis del amoniaco (II)


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Podría ser que ésta no sea la solución definitiva. Las bacterias del nitrógeno nos enseñan que la naturaleza, con sus sofisticadas formas de química de la materia viva, entiende y emplea métodos que aún no sabemos cómo imitar.

- Fritz Haber. Discurso de aceptación del Premio Nobel de Química 1918.

Sabemos que el nitrógeno es un componente esencial para la vida ya que forma parte, entre otros, de compuestos bioquímicos como las proteínas y los ácidos nucleicos. La incorporación del nitrógeno al ciclo bioquímico se realiza fundamentalmente por las plantas y, tal y como vimos en la primera parte de nuestra historia, la asimilación de nitrógeno por las plantas requiere que el nitrógeno se encuentre “fijado”, esto es, que se encuentre en formas de nitrógeno solubles, capaces de ser absorbidas a través de las raíces de las plantas (fundamentalmente amoniaco y nitratos).

También vimos que, a finales del siglo XIX, las fuentes de nitrógeno directamente utilizables como abono eran limitadas lo que hizo que se instalase en los círculos científicos de la época una creciente preocupación por el posible agotamiento de las reservas de abonos nitrogenados y, en consecuencia, una focalización en la investigación orientada a la obtención de compuestos nitrogenados de síntesis que proporcionaran una alternativa viable al salitre para que la agricultura fuera capaz de satisfacer las demandas de alimentos de una creciente población mundial en el siglo XX.

Naturalmente, la mayor fuente de nitrógeno disponible es el nitrógeno atmosférico y, sobre el papel, la obtención de amoníaco podría ser el resultado de una reacción química sencilla: se combinan nitrógeno gaseoso, procedente de la atmósfera, con hidrógeno gaseoso, que se puede obtener como gas de agua, en unas proporciones muy simples (o, como nos gusta decir a los químicos, con una estequiometría simple) y se obtiene amoníaco gaseoso.
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La síntesis del amoniaco (I)

15 febrero, 2013 9 comentarios

El progreso de la humanidad se debe, exclusivamente al progreso de las ciencias naturales, no a la moral, la religión o la filosofía.

– Justus von Liebig. Carta a Schoenbein, 1 de agosto de 1866

En este año 2.013 se cumplen cien años de un hecho que, para muchos, pasará desapercibido pero que tuvo una importancia clave para la humanidad y que es una muestra de la aplicación de la ciencia al desarrollo humano. Ese hecho no es otro que la inauguración, en 1.913, en la ciudad alemana de Oppau, de la primera planta de producción de amoníaco (NH3) explotada por la empresa BASF.

La inauguración de la planta de Oppau supone, en la práctica, el inicio de la industria de fertilizantes sintéticos que tiene una importancia fundamental en el desarrollo reciente de la humanidad. De acuerdo a los datos de la Asociación Internacional de la Industria de Fertilizantes (IFA), en el año 2.010, la producción mundial de amoniaco, alcanzó cerca de los 160 millones de toneladas con un crecimiento medio, a lo largo de los siete años anteriores, de casi un 2%. Comparar estos datos con las 7.200 toneladas de amoniaco que se produjeron en Oppau durante el primer año de funcionamiento de la planta, nos permite damos cuenta del crecimiento que ha experimentado esta industria que es clave para la sostenibilidad de una población de 7.000 millones de personas.

El objetivo de este post que, por razones de espacio, dividiré en dos entregas, es proporcionar un repaso a la historia del conocimiento científico del nitrógeno y su papel fundamental en relación con la producción de alimentos. Esta historia termina, en realidad, con la inauguración de la planta de Oppau y la posterior concesión del premio Nobel de Química, en el año 1.918, al químico alemán Fritz Haber por haber descubierto el proceso de fijación de nitrógeno atmosférico.

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