Grafeno para aumentar la graduación en el vino

Pasqual Bolufer, miembro del Institut Químic de Sarrià (IQS-Universitat Ramon Llull) y de la Asociación Española de Comunicación Científica (AECC)21/03/2014

Kostantin Novoselov, Premio Nobel 2010 por sus descubrimientos sobre el grafeno, junto con André Geim, pronunciaron el 24 de enero pasado una conferencia en Bilbao sobre una nueva propiedad del grafeno, más exactamente, el óxido de grafeno: extrae agua del vino y licores, con lo cual aumenta su graduación. La nueva propiedad la conocemos desde 2012, pero en enero 2014 ha sido publicada en Nature Materials, de Science (EE UU), y Nature (Inglaterra).

La van der Waals del grafeno

Son la fuerza atractiva entre moléculas, distintas a aquellas debidas al enlace covalente molecular, y tienen un alcance de varios nanómetros. Son relativamente débiles comparadas con los enlaces químicos normales, pero juegan un rol fundamental en el caso del grafeno, el agua no moja el óxido de grafeno, y la solubilidad del alcohol queda afectada.

La monocapa del óxido de grafeno, de estructura hexagonal, tipo panal de abeja, creada por André Geim, 100 veces más delgada que un cabello humano, presenta poros entre los átomos de carbono, y los investigadores esperaban, que al ser tan pequeños, ni el agua ni ningún gas podría pasar por ellos, pero se encontraron una sorpresa. Las fuerzas van der Waals no se ven afectadas por la presencia de una capa de un solo átomo de espesor, entre la superficie del óxido de grafeno y la gota de agua. Esas fuerzas mojan el oro, el cobre, el silicio, etc., pero no mojan el óxido de grafeno, monocapa, que es impermeable.

Andrea Geim (izquierda) y Konstantin Novoselov, Premios Nobel de Física 2010, de la Universidad de Manchester, descubridores del grafeno.

Para comprobarlo los científicos taparon un vaso de vodka con la lámina de óxido de grafeno, y observaron que con el paso de las horas la graduación de etanol del vodka iba en aumento (15 de enero 2012). Una propiedad extraña. Si apilamos varias capas de grafeno el agua moja. Las fuerzas Van der Waals actúan. El óxido de grafeno se obtiene recubriendo la monocapa de grafeno con grupos hidroxílicos (0H-). El filtro está formado por múltiples capas de óxido de grafeno.

Si cubrimos un depósito de gas con una monocapa de óxido de grafeno, aunque el gas tenga un peso molecular bajo, como el hidrógeno o helio, la lámina de grafeno no deja escapar el gas, y creíamos que tampoco escaparía el agua, pero la experiencia ha demostrado que cubrir un depósito de agua con grafeno equivale a dejar el depósito destapado, el vapor de agua escapa a la atmósfera a través de los poros del nanomaterial grafeno. Si en vez de agua otros átomos, gases, intentan atravesar el óxido de grafeno, los poros se cierran.

Foto: Mark Dotson.

Disminuye el nivel de agua, y en el caso de vino o licores, vodka, va aumentando progresivamente la graduación de etanol con el paso de las horas. El grafeno continúa sorprendiéndonos. La industria de destilados no desea cambiar sus métodos térmicos, el alambique, y no se ha pasado al óxido de grafeno. Pero indudablemente aparecerán aplicaciones industriales, es inerte químicamente, por ejemplo, en farmacia. El óxido de grafeno mejorará los deshumidificadores. Es buen conductor de la electricidad y del calor, bastante económico y además transparente.

Los materiales porosos cuyos poros son nanométricos tienen un gran número de aplicaciones industriales, en técnica de separación y filtrado de un material, con moléculas pequeñas, y propiedades electrónicas no usuales. Interesa disponer de materiales con una estructura menos densa que el agua, por ejemplo, nuestros huesos, su porosidad microscópica les permite pesar menos que el agua.

Esperemos las aplicaciones industriales del óxido de grafeno.

Referencia

I.V.Grigorieva, A.K.Geim, Unimpeded Permeation of Water Through Helium Leak Tight Graphene Based Membranes. Science 335. 442-444, 27 January 2012.