Poros y sus Tamaños: Un Ley Universal
Fuente: Colaje imágenes Google
Ya os hemos hablado en numerosas ocasiones acerca de la enorme importancia de los poros y su tamaño. Tanto es así, que un día os propusimos Un Nuevo Concepto de Suelo respaldado por las Ciencias Físicas y la Nanotecnología. Y es que la distribución de tamaños resulta ser importante casi desde cualquier punto de vista, como, por ejemplo, los recursos naturales que cartografiamos, la distribución de la abundancia en función el tamaño de las especies, y un largo etc. Pinchando en “los poros y su tamaño” encontréis multitud de ejemplos en este y otros ámbitos del conocimiento. La mentada ley de los tamaños también afecta a la distribución de las partículas inorgánicas de los suelos, la que acaece al formarse sus agregados, el de los propios animales que habitan en el suelo, etc. El número depende siempre del tamaño, siendo los más diminutos muy abundantes y decreciendo potencialmente conforme se hacen más grandes. Hablamos de estructuras fractales y multifractales. ¡Siempre igual!. Seguidamente los nanotecnólogos comenzaron a vislumbrar que los productos más eficientes, no surgía al elaborar sus estructuras en las que todos los poros atesoraran el mismo tamaño, sino conforme a esta ley, lo supieran ellos o no. la nanotecnología va camino de descubrir finalmente lo que ya sabemos, siendo este es uno entre tropecientos estudios.
En el caso de que en los suelos, los poros, partículas, agregados, organismos vivos, etc., no se conformasen a tal ley, no podrían cumplir sus denominadas funciones ecológicas., la edafosfera sería totalmente diferente y la biosfera también. Se trata de un tema a la espera de que alguien la formalice. Mi último trabajo en una revista indexada versaba acerca de tal universalidad, animado un cambio de perspectiva estadística, de la gaussiana al uso a la bayesiana: “Exploring the scaling law of geographical space: Gaussian versus Paretian thinking”.
Fuente. Juan José Ibáñez
Hoy no vamos a redactar nada más. Acabo de recibir la siguiente nota de prensa, en la que investigadores de otras disciplinas hablan del tema en su propio vocabulario, no obstante, los paralelismos con la textura y estructura de los suelos y su repercusión en la química del medio edáfico, resultan ser más que evidentes. En este caso el estudio muestrea que las soluciones salinas, el pH, etc., en el seno de los nanoporos difiere ostensiblemente de las que pudieran acaecer en una medición general del contenido de sales de la solución estimada en el medio edáfico. Su Título es: Comprender el papel descomunal de los nanoporos. Me parece muy interesante y así podréis observar como la mentada Ley aparece por doquier y en todas las ciencias. Posiblemente a algunos colegas les inspire en futuras investigaciones, ya que las implicaciones son evidentes. Que lo disfrutéis.
Juan José Ibáñez
Continua…….
Comprender el papel descomunal de los nanoporos
por Brandie Jefferson, Universidad de Washington en St. Louis
En el laboratorio, los equipos de investigación encontraron que los aniones eran preferidos para transportar en nanoporos, induciendo un pH más bajo dentro de los nanoporos que en la solución a granel. Cuanto mayor sea la salinidad de la solución, mayor será la diferencia, hasta 100 veces más ácida. Crédito: Jun lab
Hay todo un universo acuoso escondido dentro de los pequeños poros de muchos materiales naturales y de ingeniería. La investigación de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis ha demostrado que cuando tales materiales se sumergen en líquido, la química dentro de los pequeños poros, conocida como nanoporos, puede diferir críticamente de la de la solución a granel.
De hecho, en soluciones de mayor salinidad, el pH dentro de los nanoporos puede ser hasta 100 veces más ácida que en la solución a granel.
Los resultados de la investigación fueron publicados el 22 de agosto en la revista Chem.
Una mejor comprensión de los nanoporos puede tener consecuencias importantes para una variedad de procesos de ingeniería. Pensemos, por ejemplo, en la generación de agua limpia utilizando procesos de membrana; tecnologías de descarbonización para sistemas energéticos, incluida la captura y el secuestro de carbono; producción y almacenamiento de hidrógeno; y baterías.
Young-Shin Jun, profesor de energía, ingeniería ambiental y química, y Srikanth Singamaneni, profesor de Lilyan & E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Ciencia de materiales, querían comprender cómo el pH, la medida de cuán ácido o básico es un líquido, en nanoporos difería de la solución líquida a granel en la que están sumergidos.
«El pH es una ‘variable maestra’ para la química del agua», dijo Jun. «Cuando se mide en la práctica, la gente realmente está midiendo el pH de la solución a granel, no el pH dentro de los nanoporos del material«.
«Y si son diferentes, eso es un gran problema porque la información sobre el pequeño espacio pequeño cambiará toda la predicción en el sistema«.
Jun y su ex estudiante de doctorado Yaguang Zhu trabajaron con Singamaneni y su ex estudiante de doctorado Hamed Gholami Derami. Singamaneni había desarrollado sensores de nanopartículas plasmónicas que informaban cómo cambiaba el pH a medida que se movía a través de un sistema biológico. Los sensores consisten en una nanopartícula de oro emparejada con una molécula que es sensible al pH, exactamente el tipo de sensor que Jun podría usar.
Cuando la luz brilla sobre las moléculas de la sonda de pH, el pH de su entorno inmediato se informa por pequeños cambios en su dispersión Raman. Sin embargo, la dispersión Raman normal ofrece una señal extremadamente débil, lo que dificulta su detección. Ese efecto se magnifica con la nanopartícula de oro, que actúa como una especie de antena, amplificando el efecto de dispersión Raman.
Para medir el pH en nanoporos, Singamaneni encerró un nanosensor en una capa de sílice con poros de solo tres nanómetros de diámetro y lo puso en soluciones líquidas con diferentes químicas. El equipo verificó que los sensores solo proporcionaban información química desde el interior de los nanoporos de sílice, incluido el pH, y no estaban contaminados por la solución a granel.
Y debido a que las nanopartículas de oro amplifican la dispersión Raman de las moléculas solo en su vecindad inmediata, también pueden proporcionar información sobre moléculas e iones dentro de los poros.
«No importa cómo esté cambiando el pH fuera del nanoporo«, dijo Singamaneni, «porque la molécula de la sonda no está detectando eso. Es solo sentir lo que está sucediendo en el entorno local«.
En el laboratorio, los equipos de investigación encontraron que los aniones (iones cargados negativamente) se transportaban preferentemente a los nanoporos, induciendo un pH más bajo dentro de los nanoporos que en la solución a granel.
Cuanto mayor sea la salinidad de la solución, mayor será la diferencia (¡hasta 100 veces más ácida!). En el mundo real, esto podría ser relevante para las salmueras de las plantas de desalinización, la recuperación de petróleo y gas o el secuestro geológico de carbono. Muchos materiales de ingeniería también aprovechan espacios únicos de nanoporos para obtener una mayor reactividad en los procesos.
Este hallazgo puede ayudar a explicar misterios de larga data en los procesos de ingeniería donde los resultados tienden a estar en desacuerdo con los resultados previstos.
«Esto nos da poder predictivo», dijo Jun. «Anteriormente, habíamos estado utilizando solo información de los sistemas a granel. Pensamos que las químicas involucradas en la solución a granel y la solución en nanoporos eran las mismas, pero descubrimos que los nanoporos crean un universo acuoso único que puede albergar reacciones importantes que no pueden ocurrir en solución a granel«.
Explora más a fondo
Más información: Yaguang Zhu et al, Ionic surface propensity controls pH in nanopores, Chem (2022). DOI: 10.1016/j.chempr.2022.07.021
Información de la revista: Chem
Operado por Washington University en St. Louis