La Química en peligro ¿Podremos salvarla? Los científicos y la divulgación

Ponente: Dr. Bernardo Herradón García (IQOG-CSIC)

Lugar:  Salón de actos de la facultad de Farmacia de la Universidad San Pablo-CEU, Campus de Montepríncipe, Madrid

Horario: 30 de junio de 2009, 11:30

Reseña de la conferencia

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Cultura científica y cultura democrática. El fomento de la divulgación científica desde los organismos públicos de investigación

Directora: Dra. Pilar Tigeras (CSIC)

Lugar: Universidad Internacional Menéndez Pelayo

Fecha: 13 y 14 de julio de 2009

Información: http://www.csic.es/detalle_actividad.do?idActividad=2208

UIMP_Curso_Cultura_Cientifica

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1) La velocidad de reacción. Es decir, cómo de rápido los sustratos se convierten en productos. Normalmente, la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de los materiales de partida. La constante de proporcionalidad, denominada constante de velocidad o constante cinética (k), es la característica importante de una reacción química. El área de la química física que determina velocidades de reacción (experimentalmente) es la cinética química.

2) Energía. Conocer un mecanismo detallado de reacción implica conocer el contenido energético de cada una de las especies químicas. Muy pocas reacciones químicas transcurren en una única etapa y lo habitual es que los sustratos se conviertan en productos a través de varias especies químicas, denominadas intermedios de reacción, que normalmente suelen tener más energía (es decir, termodinámicamente menos estable) que los sustratos o productos. Cada conversión de sustrato en intermedio o de estos en productos transcurre a través de un máximo energético, que es el estado de transición de cada etapa elemental; la diferencia de energía entre cada intermedio y el máximo energético es la energía de activación (E_a) de la etapa elemental. La energía de activación de la reacción global es igual a la mayor energía de activación de las etapas elementales. Con las diversas etapas elementales e intermedios de reacción, el perfil de una reacción (la representación de la energía frente al progreso de la reacción) es un conjunto de montes y valles como se representa en la imagen siguiente.

Del sitio web.

La E_a es el parámetro termodinámico fundamental para determinar lo fácil o difícil que puede ser una reacción química. Arrenhius postuló que k depende exponencialmente del valor negativo de la energía de activación (E_a), dando lugar a la ecuación de Arrhenius, que ha sido suficientemente probada experimentalmente. Debido a la dependencia inversamente exponencial entre k y E_a, cuanto mayor es E_a, menor es la velocidad de reacción.

A partir de datos cinéticos a diversas temperaturas se puede determinar la energía de activación de una reacción química. Por métodos espectroscópicos o por cualquier medio indirecto (por ejemplo, “atrapándolos” en reacciones secundarias) se pueden identificar algunos intermedios (cuanto más estable, más fácil se detecta); pero es difícil determinar experimentalmente la existencia de todos los intermedios sintéticos de una reacción. En los últimos tiempos, la investigación de mecanismos de reacción ha recibido un impulso considerable de la química computacional, dónde no existe el “inconveniente” de la inestabilidad de una especie química para proceder a su estudio. En  esta aproximación, se postulan posibles intermedios sintéticos y estados de transición de las etapas elementales; y se determinan computacionalmente sus energías y estructuras (geometrías: conectividades, distancias de enlace, ángulos de enlace y ángulos diedros). La metodología computacional permite decidir si la estructura propuesta como estado de transición es realmente un estado de transición y, además, se corresponde con la transformación propuesta.

3) Movimientos de los componentes del átomo.  Para conocer el mecanismo de reacción detallado, es decir a nivel atómico, es necesario conocer el movimiento de los núcleos y de los electrones. Este era un reto considerado imposible de alcanzar experimentalmente, aunque el proceso se puede modelizar por métodos computacionales. Un avance considerable se consiguió cuando se usaron pulsos láser de duración ultracorta.

Cinética química experimental. El objetivo es determinar la variación de la concentración de sustratos o productos con el tiempo y ajustar los datos a alguna de las ecuaciones teóricas de la cinética química.

Muchas reacciones importantes, por ejemplo la reducción de nitrógeno a amoniaco ocurren muy lentamente, siendo necesaria la presencia de un catalizador; que es una especie química que no se consume en una reacción, pero que aumenta la velocidad de la misma. Por supuesto, aunque el catalizador no se consume en la reacción, sí participa en el mecanismo de la misma, generando intermedios de reacción que evolucionan regenerando el catalizador, que vuelve a comenzar el ciclo catalítico. Las cinéticas de estas reacciones “lentas” se pueden seguir con un cronómetro.

Con el objetivo de obtener datos de las etapas elementales de un mecanismo de reacción (o determinar la velocidad de una reacción muy rápida), dónde hay que determinar la variación de concentración de intermedios  (que están presente en muy pequeñas concentraciones y con tiempos de vida, generalmente, muy cortos), fue necesario desarrollar métodos experimentales adecuados. Manfred Eigen (Premio Nobel en 1967) desarrolló métodos adecuados para medir la velocidad de reacciones en la escala de tiempo de los microsegundos (un microsegundo = 10^-6 segundos). El método de relajación desarrollado por Eigen consiste en alterar un estado de equilibrio de una reacción química (suministrando energía de alguna manera) y midiendo el tiempo que tarda el sistema en volver a alcanzar el equilibrio.

Más recientemente, Ahmed Zewail (Premio Nobel en 1999) encontró que se podía usar un pulso láser de femtosegundos (un femtosegundo = 10^-15 segundos) de duración para estudiar experimentalmente detalles y velocidades de reacciones a nivel atómico, siendo una técnica poderosa para seguir el movimiento de los núcleos en una molécula durante una reacción química.

Zewail anticipó que un pulso láser de duración de atosegundos (un atosegundo = 10^-18 segundos) permitiría monitorizar el movimiento de los electrones durante una reacción química. Esto se ha conseguido recientemente. Los autores del artículo (Nature, 2010, 465, 763), estudiando la reacciones de fotoionización de las moléculas de hidrógeno (H₂) y de deuterio (D₂), un isótopo del hidrógeno. Los resultados experimentales han sido completados con extensos cálculos mecano-cuánticos para resolver la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo (la ecuación que describe el estado de un sistema cuántico, por ejemplo, un electrón), que ha llevado el uso de un superordenador durante muchos miles de hora, pues aunque el sistema solo tenga dos electrones, la resolución de dicha ecuación no es analítica debido al efecto de correlación electrónica (la interacción entre los dos electrones del sistema).

Este tipo de estudios supone un avance considerable en el estudio de las reacciones químicas, constituyendo un área de la química física, denominada dinámica química.

En la edición de The Scientist del 14 de junio de 2010, se ha publicado el artículo Is Peer Review Broken?, dónde se analiza el hecho del gran número de artículos rechazados por las revistas punteras (del área de Biología, pero extrapolable a otras Ciencias), y lo que esto significa y provoca.

En ese artículo se ctan una declaraciones muy interesantes de Peter Lawrence. Lawrence es un biólogo del desarrollo de gran y merecido pretigio y curriculm espectacular (premio Prínipe de Asturias en 2007). Lawrence comenta que sus, aproximadamente, primeros 70 artículos se publicaron en las revistas a las que se enviaron originalmente. De pronto, esto cambió.

Como el redactor de la revista lo explica mejor que yo, reproduzco a continuación el párrafo en el que Lawrence cuenta que pasó después:

“Lawrence, based at the MRC Laboratory of Molecular Biology at Cambridge, UK, says his earlier papers were always published because he and his colleagues first submitted them to the journals they believed were most appropriate for the work. Now, because of the intense pressure to get into a handful of top journals, instead of sending less-than-groundbreaking work to second- or third-tier journals, more scientists are first sending their work to elite publications, where they often clearly don’t belong”

Los que seguís este blog, sabéis que soy un poco ingenuo en ciertas apreciaciones relacionadas con la Ciencia y lo que la rodean (ver por ejemplo, mi artículo sobre las revistas científicas y su impacto).

Una de mis ingenuidades es la creencia de que había que publicar nuestra investigación para que les lleguen a nuestros colegas con intereses parecidos al nuestro (si trabajas en Química orgánica, publica en las revistas de más difusión del área o en revistas de Química general, pues son las que leerán tus colegas). Sin embargo, hoy en día todo el mundo intenta publicar en revistas del mayor índice de impacto, IF, (cuando a veces no se sabe lo que significa realmente este índice); y hay áreas dónde la dispersión de valores en los índices de impacto es ridícula y coyuntural (¿recordamos el ejemplo del Journal of Electroanalytical Chemistry y la fusión fría? ¿o los casos de revistas con alto índices de impacto debido a que publican revisiones junto a artículos originales?).

¿Por qué está ocurriendo esto? La respuesta es sencilla: asumimos que nadie lee nada y sólo se suma el índice de impacto de la revista en la que se ha publicado (esto sirve para conseguir contratos o proyectos). Esto es muy triste cuando todo el mundo desde su casa y un ADSL puede disponer de casi todos los artículos científicos del mundo a un toque de teclado; y puede leer y valorar un artículo científico. Estamos creando una burbuja científica; “estamos confundiendo valor y precio“, y como dijo Machado, esto es de necios.

Bernardo Herradón

IQOG-CSIC

herradon@iqog.csic.es

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El pasado 31 de mayo, el CSIC y la editorial La Catarata presentaron las últimas novedades de la colección ¿Qué sabemos de?, que tratan de diversos temas: “Titán”, “Los neandertales”, “El calamar gigante” y “Los peligros de INTERNET”.

Esta colección de libros es una iniciativa muy interesante de editar libros de divulgación escritos por investigadores españoles sobre una variedad de temas. Los libros son muy baratos y escritos en un estilo muy ameno. ¡Altamente recomendable!

El pasado sábado 5 de mayo, la editorial Hélice organizó un acto en el que, con motivo de la presentación de algunas novedades bibliográficas, se estableció un debate sobre Cultura Científica. El acto tuvo la participación de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM) que presentó su web, que tiene numeroso material educativo y divulgativo, y que  recomiendo que visitéis.

El coloquio, moderado por Manuel Seara Valero, contó con la participación de la periodista Lorena Cabeza; los investigadores, profesores y autores de libros de divulgación José Antonio López-Guerreo (UAM), Gemma Rodríguez-Tarduchy (Instituto de Investigaciones Biomédicas-CSIC-UAM), José María Valpuesta (Centro Nacional de Biotecnología); y los investigadores y miembros del comité de Divulgación de la SEBBM, Isabel Varela-Nieto (IIB-CSIC-UAM) y Álvaro Martínez del Pozo (UCM). Se plantearon asuntos interesantes; algunos de ellos habituales en este tipo de reuniones, dónde la mayoría de los presentes estamos de acuerdo con la necesidad de divulgar . Así, discutimos sobre:

a) ¿Es necesaria la divulgación científica?

b) ¿Quién debe divulgar?

c) ¿Están bien valoradas las actividades de Cultura Científica?

Aunque la mayoría de los allí presentes estamos convencidos de la necesidad y utilidad de esta actividad,  personas del público, alejadas del mundo científico, hicieron  comentarios sobre los que merece la pena reflexionar. Por un lado, nos acusaban (en mi opinión con bastante razón) de vivir en una torre de marfil y que los ciudadanos no se enteran de qué hacen los científicos. Otra intervención también muy acertada fue que si se considera que la cultura y la divulgación científica son necesarias, ¿por qué no hay asignaturas de la materia en las carreras científicas?

Este tipo de actividades son siempre interesantes y agradezco al CSIC, a la SEBBM, y  a las editoriales Hélice y La Catarata por promoverlas. Lo triste es que no parecen tener suficiente capacidad de convocatoria entre científicos y personas ajenas a la Ciencia. El papel de los científicos es fundamental en estas actividades. Cuando hablas con los científicos todos le dan valor, pero la realidad es que hay pocos científicos españoles que quieran divulgar o, ni siquiera, explicar su trabajo. Seguramente, que tienen razón (no voy a ser yo quién se la quite) al no dedicar esfuerzos y tiempo a una actividad que no está reconocida; POR ESO PIDO, POR FAVOR, A LOS CIENTÍFICOS QUE PIENSAN QUE NO HAY QUE DIVULGAR , QUE TAMBIÉN ASISTAN A ESTAS REUNIONES Y DEN SU OPINIÓN.

Aparentemente, la divulgación científica interesa a la población. Un artículo del 4 de junio en El Cultural indicaba que las ventas de los libros de divulgación científica han aumentado un 20% en el último año. Por otro lado, revistas de divulgación como Quo y Muy Interesante tienen ventas altísimas, al nivel de los diarios deportivos Marca y As. Esta situación tendría que hacernos sentir optimistas a los científicos implicados en actividdaes de cultura científica. Sin embargo, quiero hacer algunas reflexiones/preguntas:

1) ¿Están los libros de paraciencia (por ejemplo, Iker Jiménez, entre otros) incluidos en las ventas de libros de divulgación?

2) ¿Comprar libros equivale a leerlos?

3) Los periódicos deportivos Marca y As se leen mucho en España y, en consecuencia, cada español es un seleccionador de fútbol en potencia o se cree capaz de analizar la final Lakers-Celtics de la NBA. Haciendo el símil, si Quo y Muy Interesante se leen tanto como Marca y As, entonces (casi) todos los españoles deberíamos ser capaces de entender y hablar de transgénicos, energía nuclear, contaminación ambiental, nuevos medicamentos, evolución, teoría de la relatividad, segunda ley de la termodinámica, entre otros temas. ¿Podemos?

Dejo las preguntas en el aire.

En cualquier caso, visitando las casetas de la feria del libro o repasando los estantes de las librerías, encontramos muchos títulos de buenos libros de divulgación científica, muchos de ellos traducciones de obras de autores extranjeros, pero recientemente se han empezado a publicar libros de españoles.

En los libros de divulgación científica hay dos áreas que destacan: la biología y todas sus ramificaciones (desde la biomedicina a la evolución) y las matemáticas. El éxito de la divulgación en biología está relacionado porque trata un tema fundamental (la vida) y porque está de moda (¿tratamiento esn series de televisión y medios de comunicación?).

Llama la atención el “éxito” de los libros de divulgación en matemáticas. Hay libros excelentes (que comentaré en un próximo artículo). Quizás este auge de la divulgación matemática le debe mucho a Martin Gardner,  que falleció el pasado 22 de mayo a los 95 años de edad. Aunque Gardner no era matemático de formación (licenciatura en filosofía y periodista), en 1956 comenzó una sección en Scientific American sobre acertijos matemáticos que se mantuvo durante casi 30 años, que llegó a ser legendaria y despertó la curiosidad matamática de generaciones de personas. Estos pasatiempos matemáticos, con detalladas explicaciones divulgativas y didácticas, se ha publicado en diversos libros, muchos de ellos traducidos al castellano. Descanse en paz este gran divulgador científico.

Independientemente del modo, casi simepre es positivo que se hable de ciencia.

Bernardo Herradón

IQOG-CSIC

herradon@iqog.csic.es

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En sitios de interés de esta página web, figura el enlace a la página web del programa, dentro de los sitios recomendados en Divulgación Científica. Os recomiendo escuchar este programa, se emite los viernes de 22:00 a 23:00 en Radio 5 (RNE) y si no podéis escuchar el programa en directo, lo podéis hacer a través de su podcast. Ojalá haya más espacios en radio y televisión que se preocupen tanto por la Divulgación Científica com “A Hombros de Gigantes”.

La entrevista dió para mucho y, aunque no pudimos tratar ningún tema en profundidad, hablamos de  numerosos aspectos de la situación de la Química, entre ellos:

a) La percepción social de la Química y del trabajo del químico.

b) La identidad histórica (entre la Física y la Biología)  de la Química a la actual (entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales).

c) Aspectos medioambientales.

d) Producción de energía.

e) Venter, DNA y proteínas.

f) La Química y las Matemáticas.

g) La Química y las Ciencias jurídicas.

h) Generación y tratamiento de residuos en laboratorios académicos e industriales. Química verde y Química sostenible.

i) La Química y la Cultura Científica.

j) Año Internacional de la Química.

k) Aspectos educativos.

El audio de la entrevista lo podéis descargar aquí.

Bernardo Herradón

IQOG-CSIC

herradon@iqog.csic.es

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