http://www.cossetania.com/tasts/100molecules.pdf

• Col·lecció De Cent en Cent – 19 •
100 molècules
amb què la química ha canviat
(poc o molt) la història
Xavier Duran
100 molècules.indd 5
07/06/13 9:58
Primera edició: setembre del 2013
© Xavier Duran
© de l’edició:
9 Grup Editorial
Cossetània Edicions
C/ de la Violeta, 6 • 43800 Valls
Tel. 977 60 25 91
Fax 977 61 43 57
[email protected]
www.cossetania.com
Disseny i composició: Imatge-9, SL
Impressió: Romanyà-Valls, SA
ISBN: 978-84-9034-159-9
DL T 651-2013
100 molècules.indd 6
07/06/13 9:58
100 molècules
ÍNDEX
Introducció............................................................................................................11
1. Hidrogen (H2)...................................................................................................13
2. Oxigen (O2)......................................................................................................15
3. Ozó (O3)...........................................................................................................17
4. Diòxid de carboni (CO2)..................................................................................19
5. Metà (CH4).......................................................................................................21
6. Aigua (H2O)......................................................................................................23
7. Àcid desoxiribonucleic (ADN).........................................................................24
8. Àcid ribonucleic (ARN)....................................................................................26
9. Clorofil·la..........................................................................................................27
10. Hemoglobina..................................................................................................28
11. Carbonat de plom (PbCO3)............................................................................29
12. Salnitre (nitrat de potassi, KNO3)...................................................................30
13. Urea (CO(NH2)2)...........................................................................................31
14. Amoníac (NH3)...............................................................................................32
15. Glicerol o glicerina..........................................................................................34
16. Cautxú.............................................................................................................36
17. Cel·lulosa.........................................................................................................38
18. Clorur de plata (AgCl)....................................................................................40
19. Mauveïna.........................................................................................................42
20. Anilina.............................................................................................................44
21. Àcid sulfúric (H2SO4)......................................................................................46
22. Nitroglicerina..................................................................................................48
23. Trinitrotoluè (TNT)........................................................................................50
24. Niló.................................................................................................................51
25. Baquelita..........................................................................................................52
26. Poliestirè..........................................................................................................53
27. Polietilè...........................................................................................................54
28. Bifenils policlorats (PCB)................................................................................55
29. PVC (clorur de polivinil)................................................................................56
30. PET (politereftalat d’etilè)...............................................................................58
31. Politetrafluoroetilè (PTFE) o tefló ..................................................................59
32. 2-metilundecanal.............................................................................................61
7
100 molècules.indd 7
07/06/13 9:58
Xavier Duran
33. Octà (C8H18)...................................................................................................63
34. Tetraetil de plom (Pb(C2H5)4).........................................................................65
35. Diòxid d’urani (UO2)......................................................................................67
36. Clorur de radi (RaCl2).....................................................................................69
37. Clorofluorocarburs (CFC)...............................................................................71
38. Òxid de silici (SiO2)........................................................................................73
39. Hexafluoroplatinat de xenó (Xe[PtF6])............................................................75
40. Buckminsterful·lerè (C60).................................................................................77
41. Diòxid de titani (TiO2)....................................................................................79
42. Kevlar..............................................................................................................80
43. Sal comuna (clorur sòdic, NaCl).....................................................................81
44. Àcid ascòrbic o vitamina C.............................................................................83
45. Seda.................................................................................................................85
46. Glucosa (CHO–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–CH2OH)....................87
47. Isoeugenol.......................................................................................................89
48. Cafeïna............................................................................................................90
49. Nicotina..........................................................................................................92
50. Teobromina.....................................................................................................93
51. Etanol o alcohol etílic (CH3–CH2OH)..........................................................94
52. Fenol (C6H5OH).............................................................................................96
53. Hipoclorit de sodi (NaClO)...........................................................................98
54. Cloroform (Cl3CH).........................................................................................99
55. Pepsina...........................................................................................................100
56. Alum de potassi (sulfat hidratat d’alumini i potassi)...................................... 101
57. Tartrat d’antimoni i potassi............................................................................103
58. Sulfur de mercuri (HgS)................................................................................105
59. Àcid acetilsalicílic (Aspirina).........................................................................107
60. Arsfenamina (Salvarsan)................................................................................109
61. Sulfamida.......................................................................................................111
62. Penicil·lina.....................................................................................................113
63. Insulina..........................................................................................................115
64. Sacarina.........................................................................................................117
65. Escopolamina................................................................................................119
66. Bombicol.......................................................................................................121
67. Morfina..........................................................................................................123
68. Tetrahidrocannabinol....................................................................................125
69. Cocaïna.........................................................................................................126
70. Amfetamina....................................................................................................128
71. Dietilamida de l’àcid lisèrgic (LSD)..............................................................130
72. MDMA (Èxtasi).............................................................................................132
73. Carbonat de liti (Li2CO3)..............................................................................134
74. Clorpromazina..............................................................................................136
75. Iproniazida.................................................................................................... 138
76. Imipramina....................................................................................................139
8
100 molècules.indd 8
07/06/13 9:58
100 molècules
77. Fluoxetina (Prozac).......................................................................................141
78. Barbital..........................................................................................................143
79. Benzodiazepines............................................................................................144
80. Oxitocina...................................................................................................... 146
81. Quinina.........................................................................................................148
82. Artemisinina..................................................................................................150
83. DDT..............................................................................................................152
84. Proteïna p53..................................................................................................154
85. Taxol..............................................................................................................155
86. Òxid nítric (NO)...........................................................................................156
87. Sildenafil (Viagra)..........................................................................................157
88. Noretindrona (píndola anticonceptiva)........................................................158
89. Colesterol......................................................................................................160
90. Talidomida.....................................................................................................162
91. Eritropoetina (EPO)......................................................................................164
92. Zidovudina (AZT)........................................................................................166
93. Ciclosporina..................................................................................................168
94. Proteïna ß-amiloide.......................................................................................170
95. Factor de creixement neuronal......................................................................171
96. Gas mostassa.................................................................................................172
97. Àcid cianhídric..............................................................................................174
98. Sarín..............................................................................................................176
99. Dioxina..........................................................................................................177
100. Isocianat de metil........................................................................................179
Epíleg: quina seria la molècula 101?....................................................................181
9
100 molècules.indd 9
07/06/13 9:58
100 molècules
Introducció
Per explicar la història o intentar esbrinar per què els fets es van
produir d’una manera determinada i no d’una altra, se sol recórrer a
batalles i guerres, matrimonis reials i intrigues de palau, pactes entre
governants i revoltes populars. Amb una mica de sort es fa referència
a certs invents o a canvis tecnològics i, almenys, se sol tenir en compte el potencial industrial de cada país o imperi.
No és habitual que a la gran història hi apareguin científics, i encara menys que es parli de molècules. Però si hem de tenir una visió
àmplia de l’evolució i les causes dels fets sembla interessant recórrer
també a la ciència i, en aquest cas, a la química.
Aquest llibre no pretén demostrar que la química, per si sola, hagi
canviat gairebé res, però sí cridar l’atenció sobre el seu paper, el seu
impacte social i la seva influència en determinats episodis. Això és
evident quan s’han descobert o sintetitzat molècules que han permès
lluitar contra certes malalties i que han tingut, així, un gran impacte
en la història. Però també n’hi ha de poc conegudes, com ara el paper
de la glucosa o l’àcid ascòrbic en l’expansió colonial o la influència
del cautxú sintètic en la Segona Guerra Mundial.
Aquest llibre podria ser una part del que podríem anomenar Breu
història química del món. No se centra tant a descriure les molècules com
a destacar el seu paper en la història. Com hem dit, no pretén donar
a la química més protagonisme del compte. Per això en el títol ressaltem que aquestes molècules han canviat “poc o molt” la història.
Però, si més no, una mica sí que l’han canviat.
N’hi ha cent, un número rodó que marca la col·lecció. La tria ha
estat fàcil en molts casos i difícil en d’altres. Se n’han quedat fora
moltes. Esperem no haver-nos oblidat de cap molècula molt significativa. I esperem que el llibre ajudi a comprendre una mica millor no
11
100 molècules.indd 11
07/06/13 9:58
Xavier Duran
només la química com a ciència, sinó també la química com un agent
social i històric més.
Nota: un número entre parèntesis darrere del nom d’una molècula
indica que en aquell capítol n’hi ha més informació.
12
100 molècules.indd 12
07/06/13 9:58
100 molècules
01 / 100
Hidrogen (H2)
Un segon després del Big Bang, la gran explosió que va donar lloc
a l’Univers actual, es va formar el primer àtom: el d’hidrogen. Com
que aquí parlem de molècules, hem d’unir dos àtoms d’hidrogen per
formar-ne una —els àtoms d’elements gasosos mai no van sols, tret
dels gasos nobles.
L’àtom d’hidrogen es va formar quan la temperatura de l’Univers
primitiu va disminuir una mica, perquè al principi la calor elevadíssima només permetia l’existència de partícules incapaces d’unir-se per
formar cap àtom. I si l’hidrogen va ser el primer àtom, la unió de dos
àtoms d’hidrogen devia formar la primera molècula. Per això ocupa,
amb tot mereixement, el primer lloc en aquesta llista. No és que l’hidrogen canviés la història. És que sense l’hidrogen la història mai no
hauria començat.
L’hidrogen és l’element químic més simple. El 88% dels àtoms de
l’Univers són d’hidrogen. A la Terra n’hi ha menys proporció, perquè
el nostre planeta no té prou massa per evitar que un gas tan lleuger
s’escapi. En canvi, Júpiter està format en un 99,8% per hidrogen i heli
—el segon element més senzill. Però, si com a gas solitari l’hidrogen
no és un gran protagonista al nostre planeta, sí que hi és present en
milions de molècules, començant per l’aigua i seguint per aminoàcids
i ADN. És, doncs, essencial.
L’hidrogen és el gas que va permetre als humans enlairar-se per
primer cop: el 1783, el francès Jacques Charles va inventar el globus
d’hidrogen i va demostrar que podia volar escalfant el gas. Al final del
segle XIX el comte alemany Ferdinand von Zeppelin va inventar els
globus rígids d’hidrogen que porten el seu nom i que també s’anomenen dirigibles, que van permetre crear les primeres línies aèries de passatgers. Malauradament, també van servir perquè durant la Primera
Guerra Mundial els alemanys bombardegessin Londres.
13
100 molècules.indd 13
07/06/13 9:58
Xavier Duran
L’hidrogen ha estat protagonista bèl·lic altres vegades. La bomba
d’hidrogen és l’arma més potent construïda mai i sortosament mai no
s’ha utilitzat. Porta a l’interior una bomba atòmica que, quan explota,
produeix prou energia perquè els àtoms d’hidrogen es fusionin, produeixin heli i una gegantina reacció en cadena. Així s’imita la reacció
responsable de la gran energia que produeix el Sol: en les condicions
de pressió, temperatura i densitat que hi ha al nostre estel, els àtoms
d’hidrogen es fusionen, produeixen àtoms d’heli i alliberen grans
quantitats d’energia. Aquesta és la reacció que s’intenta reproduir en
els reactors de fusió nuclear, que no seran viables a gran escala fins
ben bé d’aquí a un parell de dècades.
L’hidrogen podria ser, utilitzat d’una altra manera, una de les solucions als problemes energètics. L’energia que no s’utilitza en determinats moments, com ara la dels parcs eòlics a la nit, quan la demanda
és baixa, es pot fer servir per dissociar aigua en hidrogen i oxigen.
Així tenim energia emmagatzemada perquè després, si tornem a fer
reaccionar les dues molècules, es produeix aigua i energia. La gràcia
és que l’energia gastada per dissociar l’aigua provingui de fonts renovables i la produïda després supleixi la provinent de combustibles
fòssils, per exemple. Així, la primera molècula de la història seria
també essencial per al nostre futur energètic.
14
100 molècules.indd 14
07/06/13 9:58
100 molècules
02 / 100
Oxigen (O2)
L’oxigen també té un lloc merescut en aquesta llista. No només
acompanya l’hidrogen en la molècula d’aigua, essencial per a la vida,
sinó que és el gas que respirem i sense el qual la majoria d’éssers vius
no existirien.
Però això no ha estat sempre així. Quan van aparèixer els primers
éssers vius al nostre planeta, l’atmosfera de la Terra tenia una composició ben diferent, sense oxigen. Aquest gas era un verí per a ells. Els
primers organismes van aparèixer fa 3.600 milions d’anys i obtenien
la seva energia gràcies a la fermentació, procés que s’ha de produir
en un ambient anaeròbic, és a dir, sense oxigen. Organismes d’aquest
tipus encara existeixen avui. Aquests éssers primitius obtenien l’energia del sofre.
Fa uns 2.500 milions d’anys la composició de l’atmosfera va canviar radicalment. L’evolució havia donat lloc a uns organismes que gràcies a la radiació solar i en presència d’aigua obtenien la seva energia
del diòxid de carboni i produïen oxigen. Amb hidrogen, carboni i
oxigen sintetitzaven els seus hidrats de carboni i expulsaven l’oxigen
excedent. Aquest procés biològic i les condicions geològiques que
hi havia al planeta van provocar que l’oxigen s’anés acumulant a l’atmosfera i que, entre altres coses, oxidés el ferro i altres elements. Una
molècula va ser clau en aquest procés: la clorofil·la (9).
L’aspecte de la Terra va canviar radicalment i van aparèixer organismes que aprofitaven l’oxigen. Les formes majoritàries de vida a la
Terra havien canviat per sempre. Actualment l’aire que respirem té un
78% de nitrogen, un 21% d’oxigen i un 1% d’argó.
A part de fer viable la vida tal com la coneixem, l’oxigen ha tingut diverses vegades un paper històric. El 1624 l’holandès Cornelius
Drebbel va fer, davant del rei Jaume I d’Anglaterra, la primera demos-
15
100 molècules.indd 15
07/06/13 9:58
Xavier Duran
tració d’un submarí. Els pocs passatgers del primer viatge van explicar
que, quan l’aire s’estava enrarint, es va produir una renovació des d’un
contenidor que portaven. Faltava un segle i mig perquè s’identifiqués
l’oxigen com un nou element químic, però probablement Drebbel
havia preparat un procés mitjançant el qual escalfant salnitre (12)
s’alliberava aquest gas.
L’oxigen també es pot presentar en una altra forma. Quan se
n’uneixen tres àtoms en comptes de dos, es forma ozó (3), un gas que
també va tenir molt de protagonisme en l’evolució de la vida.
Com que res no és perfecte, l’oxigen no deixa de ser un element
perillós. És essencial per a les formes de vida majoritàries, però també
produeix el procés d’oxidació que genera en el nostre organisme els
anomenats radicals lliures, que són la clau de l’envelliment. Per això es
recomana una alimentació moderadament rica en antioxidants, com
ara vitamina C (44). L’oxigen ens dóna la vida i, paradoxalment, hem
de controlar-lo perquè no ens la tregui massa aviat.
16
100 molècules.indd 16
07/06/13 9:58
100 molècules
03 / 100
Ozó (O3)
La formació de grans quantitats d’oxigen a la Terra va tenir una
altra conseqüència positiva per a la vida: va donar lloc a la molècula
d’ozó. En aquest cas, els àtoms d’oxigen que s’uneixen són tres. L’ozó
va ser descobert el 1840 pel químic alemany Christian Friedrich
Schönbein, que li va donar aquest nom per l’olor que feia —en grec,
ozein vol dir ‘fer olor’.
L’ozó es produeix per l’acció de la radiació ultraviolada del Sol
o bé de descàrregues elèctriques en la molècula d’oxigen. Un dels
àtoms que queden separats s’uneix a una altra molècula d’oxigen i
forma ozó. No és un gas gaire estable en condicions normals, però
a l’estratosfera té una llarga vida. I això va ser essencial en la història
de la Terra, perquè va formar una capa protectora que es troba majoritàriament a una altitud d’entre 20 i 30 quilòmetres. L’ozó evita que
la major part de la radiació ultraviolada arribi a terra. Si no fos així,
aquesta radiació hauria fet inviables la major part d’organismes vius.
Si l’ozó va ser essencial en l’evolució de la vida, l’evolució de la
tècnica el va posar en perill. L’ozó pot ser destruït per òxids de nitrogen i pel clor. A part de les fonts naturals d’aquests gasos, n’hi ha una
d’artificial molt important: els clorofluorocarburs o CFC (37). Estan
compostos per carboni, fluor i clor en diferents proporcions —hi ha
molts tipus de CFC. S’han utilitzat com a propel·lents en esprais, en
sistemes de refrigeració i aire condicionat i en processos industrials.
Són molt estables i per això poden arribar a l’estratosfera, on la radiació ultraviolada els descompon. El clor que se n’allibera destrueix
les molècules d’ozó, en un procés que es pot repetir durant dècades.
El 1985 es va observar que la capa d’ozó havia disminuït de gruix de
forma important. És el que s’ha anomenat popularment forat de la capa
d’ozó, que no és un forat, sinó una disminució de gruix. L’alarma va
17
100 molècules.indd 17
07/06/13 9:58
Xavier Duran
provocar l’acord internacional del Protocol de Mont-real, a partir del
qual es va començar a reduir dràsticament l’ús de CFC.
Malgrat la forta pressió i manipulació informativa d’alguns lobbies,
el Protocol de Mont-real va ser un gran èxit d’una acció ambiental
mundial. Al cap d’uns anys, la destrucció de l’ozó es va desaccelerar i
se’n comença a albirar la recuperació. Però com que els àtoms de clor
es mantenen actius durant molt de temps, no es preveu que abans del
2050 la capa recuperi el gruix que tenia abans.
L’ozó té dues cares: si a l’estratosfera ens protegeix, a la troposfera
—on es desenvolupa la vida— és tòxic. Aquí l’ozó es produeix per
acció de radiació ultraviolada i descàrregues elèctriques sobre l’oxigen, per exemple dels òxids de nitrogen. Com que aquests òxids els
genera en gran part el trànsit de motor, en certs moments, sobretot
a l’estiu, en algunes ciutats s’ha de limitar la circulació perquè l’ozó
assoleix nivells perillosos. Alguns llocs tancats també poden ser perillosos: les descàrregues de les fotocopiadores també generen ozó i
sense una bona ventilació això pot acabar essent nociu.
A part d’això, l’ozó te diverses aplicacions, com ara substituir el
clor que s’utilitza per depurar aigües de piscines o per blanquejar
paper.
18
100 molècules.indd 18
07/06/13 9:58