Scientia et ars

La fuerza pictórica de cristales súper-planos

Mario Markus

• Editorial: Ediciones UC
• Año: 2019
• ISBN:
  9789561424708
• Categoría: Sciences physiques
• Categoría: Chimie

En en el presente libro se explica cómo obtener cristales súper-planos utilizando un microscopio óptico pequeño.Las sustancias a cristalizar se pueden preparar a partir de reactivos que se encuentran en el hogar (vitamina C, por ejemplo), como también en laboratorios de colegios o de universidades.Las imágenes obtenidas permiten que nos planteemos la pregunta: ¿Se trata realmente de arte? Según el renombrado artista francés Marcel Duchamp (1887-1978), los llamados "objetos encontrados" (objets trouvés) sí son obras de arte, ya que si de una infinidad de imágenes se elige una, se transmite una sensación que puede ser compartida por el público e incluso podría llegar a ser premiada por un jurado de artistas. Tal es el caso de las imágenes de los cristales y los poemas químicos presentes en este libro: podemos decir que en ellos arte y ciencia no se pueden separar.Entre 1930 y 1960 varios investigadores dejaron cristalizar saliva, suero sanguíneo o lágrimas esparcidas sobre vidrio y vieron cambios en las formas de los cristales en casos de enfermedad. No obstante, los intentos diagnósticos posteriores resultaron ser irreproducibles. Intentando entender este comportamiento, hace diez años comencé a investigar y, de manera interesante, encontré que incluso leves cambios de temperatura o humedad producen cambios mayores en las formas de los cristales que aquellos provocados por enfermedades. Esto lo explicó todo. Sin embargo, quedé tan fascinado por las formas de los cristales que los produje y fotografié usando diversas sustancias químicas, considerándolos como obras de arte que Dios me regala. Ahora las comparto para que los lectores de este libro puedan disfrutar con cada una de las obras obtenidas. Mario Markus

PARTE I

PINTURAS QUÍMICAS

En esta parte del libro, se muestran cristales muy delgados, que resultan después de esparcir una gota de solución química (las concentraciones se indican en la leyenda de las figuras) sobre un portaobjetos de microscopio. Las fotos mostradas miden 1,2 x 1,6 milímetros. Cristales de este tipo fueron descritos en el libro Bildkraft der Substanzen (traducción: La fuerza pictórica de las sustancias) editado por la editorial Arnshaugk en Alemania. En las páginas siguientes, se presenta la traducción de este libro.

INTRODUCCIÓN

La intención principal de este texto es motivar al lector a realizar los experimentos descritos. Estos son sencillos e inofensivos, por lo que es posible hacerlos en casa. Además, son un complemento útil en clases de química realizadas en colegios.

Los cristales aquí descritos crecen como las “flores de hielo” o “escarcha” en las ventanas, sobre superficies planas, es decir, aproximadamente en dos dimensiones y generalmente dentro de pocos minutos. Por ello, difieren de los cristales que crecen en tres dimensiones, tal como los que se usan en joyería o aquellos que crecen lentamente en una solución saturada, como los que se pueden ver en la figura 2. También en los equipos de cultivo de cristales que se venden como pasatiempo o para fines educacionales, se obtienen cristales en tres dimensiones.

Los experimentos con cristales planos descritos en este libro, producen sensaciones “aventureras”, pues cada vez aparecen formas diferentes. Las formas obtenidas varían según las condiciones utilizadas en cada experimento, como la concentración, el tipo de solvente (por ejemplo, agua o etanol), la temperatura, la humedad, el espesor de la solución aplicada sobre la superficie plana y la adición de algún polímero, como goma arábiga o gelatina. La enorme cantidad de combinaciones de estos parámetros experimentales produce una sensación de “descubrimientos en una jungla química”. De hecho, no es posible predecir, utilizando solamente la razón, cómo han de producirse los cristales, dada una cierta combinación de parámetros. ¡El resultado es siempre una sorpresa! Estas “aventuras” me volvieron prácticamente “adicto” y durante más de ocho años estuve trabajando en el pequeño laboratorio que instalé en el sótano de mi casa.

El lector de orientación científica puede, junto a las “aventuras creativas”, observar también la representación de fenómenos físicos y biológicos basados en cristales, que pueden causar un desafío al intelecto. Tales fenómenos se describen en el Capítulo 5 de este libro: autoorganización, emergencia, sinergia, anillos de Liesegang, fractales, transiciones de fase, teoría del caos, efectos de polímeros, así como también el origen de enfermedades, como la gota y los cálculos renales.

CAPÍTULO 1.
¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE CRISTALES PLANOS Y CRISTALES EN TRES DIMENSIONES?

Si se suspende un hilo en una solución acuosa saturada de una sal, por ejemplo, aparecen dentro de algunos días, semanas y a veces meses, hermosos cristales tridimensionales alrededor del hilo suspendido. Estos cristales tienen formas simétricas, parecidos a joyas, por ejemplo cubos, octaedros (forma con ocho superficies iguales), octaedros con cuadrados en los vértices, cubos con triángulos en los vértices, etc. Estos se generan como edificios de ladrillos, es decir, pedazo por pedazo. La figura 1, que ilustra la teoría de Kossel y Stranski, ayuda a comprender la formación de tales “edificios”. La teoría fue desarrollada por el alemán Walther Kossel alrededor del año 19301 y paralelamente por el búlgaro Iwan Stranski.2 Las moléculas de la solución aparecen en esta figura en forma simplificada como cubos. Estos se mueven con diferentes velocidades en forma caótica en la solución y su velocidad promedio está relacionada con la temperatura. Si una molécula llegara al lugar P de la figura 1, esta tendría tres vecinos, lo que le da a la molécula la mayor fuerza de atracción posible. Con tal atracción, sería adherida al cristal en una forma definitivamente estable, contribuyendo a la construcción del “edificio”. Después de la adhesión de la molécula en el lugar P, la mayor fuerza de atracción se produciría al lado derecho de P y tras adherirse allí, al lado derecho siguiente, y así sucesivamente. De este modo, se llenaría de moléculas, paso a paso, la fila a la derecha de P. Las moléculas 2 y 3 solo tienen un vecino y, por lo tanto, están sujetos a una atracción relativamente débil. Sin embargo, la molécula 2 puede moverse fácilmente sobre la superficie del cristal hasta encontrar un lugar de fuerte atracción, tal como P. La molécula 1 está sujeta a una atracción más fuerte que las moléculas 2 y 3 porque tiene dos vecinos y puede moverse bordeando el cristal hasta P o quedarse donde está y contribuir a la formación de la fila a la derecha de P.

Consideremos ahora la molécula 3. Su atracción al cristal es mínima, pues tiene solo un vecino. Pero al estar rodeada en gran medida por moléculas de la solución, puede fácilmente llegar a tener un vecino. Se podría, por ejemplo, formar la situación de las moléculas 4 y 5. Esta situación permite una adhesión definitiva en el lugar P’, pues allí una molécula tendría tres vecinos.3

Si se le da suficiente tiempo al sistema, como en los cristales de tres dimensiones arriba descritos, moléculas con uno o dos vecinos se desprenderían del cristal y por lo tanto, no apoyarían a su formación. Después de mucho tiempo, se formaría paso a paso un cristal tridimensional con una forma simétrica “clásica”, como se ve en la figura 2. Contrariamente a eso, las cristalizaciones descritas en este libro transcurren en tiempos extremadamente cortos, porque las capas de solución aplicadas sobre una superficie de vidrio se secan rápidamente. A raíz de ello, las moléculas 4 y 5, por ejemplo, podrían quedarse donde están. Además, podrían adherirse otras moléculas a su alrededor, por ejemplo en P’. El resultado sería la formación de una “rama” en esa región. Las ramas pueden formarse tanto en dirección vertical como horizontal. Las figuras en este libro demuestran la formación de tales ramas y también de ramas en las ramas, como en un árbol. Eso sí, que debido a la pequeña altura de la capa de solución sobre la superficie, se forman tales ramas en los cristales de este libro predominantemente en dirección horizontal.

A diferencia de los cristales en tres dimensiones, ningún cristal plano es igual a otro. Esto se debe a que el movimiento de las moléculas en la solución es caótico y no hay suficiente tiempo para desprender las adhesiones azarosas. Debido a este caos, se podría decir que las moléculas se comportan como bolas en una esfera rotatoria de lotería y generan cada vez diferentes “números ganadores”. Las figuras en este libro, se pueden por eso considerar como movimientos caóticos “congelados”. Además, hay que tener en cuenta, que las moléculas de la solución tienen tiempo, aunque corto, y debido a eso también hay adhesiones de moléculas a lugares estables y se observan algunas formas ordenadas. Esta es la razón por la que suelen aparecer ángulos característicos de las sustancias –para la sustancia de las figuras 1 y 2 son de 90°–. La figura 48, por ejemplo, muestra un ángulo diferente. Estos ángulos y otras propiedades permiten una cierta previsibilidad, aunque restringida por el caos. Figuras con la misma sustancia se parecen entre ellas, pero nunca son iguales. Una razón, es la mencionada “congelación del caos”, otra es que la temperatura y la humedad, que pueden variar, influyen fuertemente sobre la velocidad con que se seca la solución. Además, los cristales en la orilla son diferentes a los del centro, porque en la orilla la solución se seca más rápidamente. Debe señalarse que para algunas sustancias el tiempo alcanza para la formación de cristales en tres dimensiones en toda la capa plana de la solución. Esto se debe a que las adhesiones estables de moléculas al cristal son extremadamente rápidas para estas sustancias. Ejemplos se ven en las figuras 7 y 32.

El lector posiblemente conozca una variedad de cristales planos que no aparecen en este libro. Uno de ellos, son las “flores de hielo”, es decir, la escarcha en las ventanas. Estos aparecen si las ventanas no aíslan suficientemente el calor y se generan por el mecanismo siguiente: en el exterior de la casa la temperatura es baja y adentro la humedad es alta. El vapor dentro de la casa se comporta entonces como ...

Índice

• Portada
• Créditos
• Portadilla
• Índice
• Presentación
• Prefacio
• Prólogo
• PARTE I. Pinturas químicas
• PARTE II. Poemas químicos