Por qué no debes gritar en un laboratorio químico

Si visitamos un laboratorio de investigación, podemos encontrarnos con dos categorías diferentes: laboratorios donde todos trabajan en silencio como en una biblioteca, y los que tienen la radio puesta con música de fondo. En principio, ambos laboratorios pueden tener líneas de investigación similares, las mismas bromas entre compañeros, e incluso la misma baja financiación. Pero uno nunca pensaría que la música de fondo podría afectar al propio experimento.

Hay situaciones donde está claro que la música puede afectar al resultado, como en experimentos con humanos o animales de laboratorio. Pero no parece posible que la música pueda alterar el contenido de los matraces en un laboratorio químico. Y puede que estemos equivocados.

En un estudio reciente han comprobado que los sonidos y la música pueden afectar a ciertas reacciones químicas, lo suficiente como para convencer a algunos laboratorios en apagar su radio. Además, este descubrimiento abre otras puertas interesantes, como comprobar si la contaminación acústica puede afectar al cambio climático. Apaguemos la música y sigamos.

Cuestión de ritmo

Primero, debemos entender qué es el sonido. Cuando escuchamos algo, realmente lo que llega a nuestros tímpanos son ondas de movimiento de las moléculas del aire, amplificadas por el oído interno e interpretadas por nuestro cerebro. Estas ondas son similares a las olas del mar, con su propia altura (traducido como volumen en el sonido) y su número de repeticiones (que llamamos frecuencia en el sonido). Escuchar un sonido más o menos alto, más grave o agudo, depende de las características de la onda que lo forma.

A más frecuencia más número de repeticiones por segundo, y si es muy elevada, hasta 20 000 repeticiones, estaremos hablando de ultrasonidos. Estos no son audibles por el ser humano, pero pueden ser escuchadas y utilizadas en la comunicación de otros seres vivos. Por eso tenemos silbatos de perros en esta frecuencia solo audible para ellos. Debido al número de repeticiones, los ultrasonidos pueden llegar a agitar objetos de manera visible, lo que ha permitido aplicaciones médicas, como su uso en la ruptura del riñón o la adaptación para formar pinzas de cirugía.

En este sentido, ya se conocían reacciones químicas capaces de ser activadas por ultrasonidos. Para que una reacción química suceda, las moléculas que participan deben unirse de la manera correcta. Por lo tanto, agitarlas mediante ultrasonidos puede aumentar el número de choques entre ellas, y favorecer que algunas reacciones sucedan más rápido.

Pero esto sucede porque los ultrasonidos tienen una frecuencia alta. Los sonidos que podemos escuchar son mucho más débiles y no agitan tanto las moléculas. Por ese motivo, normalmente en este tipo de experimentos se ignoran los sonidos audibles (y se sigue poniendo música de fondo). Simplemente, se consideraba que su temblor era demasiado leve como para afectar a alguna molécula.

Pero, aunque esto sea cierto, el sonido no debe ser subestimado. Podemos sentir de primera mano sus vibraciones cuando nos podemos al lado de un altavoz en una discoteca. ¿Servirá de algo ese temblor?

Diluye este gas

En el siglo XVIII, el sacerdote Joseph Priestley hizo dos descubrimientos simultáneos. El primero fue comprobar que los gases eran capaces de diluirse en líquidos y reaccionar con ellos. El segundo fue la creación del agua carbonatada, obtenido a partir de la reacción entre el agua y el dióxido de carbono. Inicialmente lo usó para hacer la primera gaseosa del mundo con sabor a cerdo, pero posteriormente usó este principio para estudiar gases desconocidos hasta ese momento como el gas nitroso o el oxígeno.

Esta combinación entre gases y líquidos se produce constantemente en nuestra naturaleza, y tiene una importancia crítica en los mares. El oxígeno y el dióxido de carbono de nuestra atmósfera está en intercambio permanente con el agua del mar. Es gracias a este oxígeno diluido en el agua como los peces “respiran” bajo ella. También, nuestra fauna marina se ve amenazada por el exceso de dióxido de carbono y otros gases invernadero que se diluyen en el océano.

Existen investigaciones dedicadas a averiguar el alcance de este tipo de contaminación en los mares, tratando de averiguar qué zonas del océano son las más críticas en su dilución de gases. Y una de las conclusiones a las que llegaron fue que los niveles de dióxido de carbono disuelto no solo dependen de la localización geográfica, sino también del oleaje. Un mar con una fuerte marejada acaba diluyendo más contaminantes en su interior que si está calmado. Con grandes olas es fácil de ver y medir el efecto, pero ¿y si pasa lo mismo con las pequeñas vibraciones que forman el sonido?

Para comprobarlo, un equipo del Instituto de Ciencia básica de Corea del Sur decidió hacer un experimento en una pequeña placa con agua, su océano particular. Al lado había un altavoz con el que podían someter la superficie del agua a cualquier sonido y frecuencia.

Su idea era comprobar si el sonido era capaz de diluir mejor el oxígeno y el dióxido de carbono del aire. El problema es que el agua no daría señal visible de este proceso. Por ese motivo añadieron metil-viologeno, un compuesto transparente que se vuelve azul si hay oxígeno disuelto cerca. También repitieron el mismo experimento con azul de bromotimol, un indicador de pH que es verde en condiciones neutras pero azul en presencia de dióxido de carbono, ya que forma ácido carbónico. De este modo, estos marcadores nos traducen en forma de colores la dilución del oxígeno y el dióxido de carbono en el agua.

En silencio, la placa cambia de color de manera aleatoria. Los gases se diluyen en el agua de manera errática, como siempre lo hacen. Sin embargo, esto cambia cuando emitimos un sonido de 90 repeticiones por segundo, similar al de un fagot. En ese momento, se forman remolinos en la placa que cambian de color, demostrando que el oxígeno y el dióxido de carbono no se diluyen por igual por toda la placa.

Esto es interesante porque jugando con la localización del altavoz y el sonido que emite, podemos predecir dónde se va a formar el patrón y controlar la reacción, diluyendo los gases en zonas concretas del agua. Normalmente las reacciones de dilución no son tan controlables, y los cambios locales no son fáciles de seguir, lo que puede ayudarnos a crear procesos en fábricas con reacciones concretas.

También, plantea nuevos interrogantes sobre cuándo sucede esto en la naturaleza y permite pensar nuevos experimentos. En términos medioambientales, el mismo equipo plantea que la contaminación acústica de las ciudades podría ser capaz de obligar a las aguas del puerto a absorber una mayor cantidad de contaminantes, con consecuencias clave en la fauna de costa.

Pero lo más importante de todo es dejar de subestimar el sonido en la química. La próxima vez que entremos en un laboratorio, mejor hablar como en una biblioteca. No sabemos si un grito puede echar a perder el experimento de la mesa de al lado.

QUE NO TE LA CUELEN:

• La agitación de las moléculas provocada por aumento de temperatura o ultrasonidos no tiene por qué acelerar todas las reacciones químicas. En algunos casos, es una bajada de temperatura lo que fomenta que la reacción empiece, como si las moléculas necesitaran calma y lentitud de movimiento para reaccionar de la manera correcta.

REFERENCIAS:

• Hwang, Ilha, et al. “Audible Sound-Controlled Spatiotemporal Patterns in out-of-Equilibrium Systems.” Nature Chemistry, vol. 12, no. 9, Nature Research, Sept. 2020
• Pappas, Charalampos G. “A Sound Approach to Self-Assembly.” Nature Chemistry, vol. 12, no. 9, Nature Publishing Group, Sept. 2020