¿Alguna vez has escuchado cantar a un limón? Música y química

Blog Original en inglés por Alicia McGeachy
Editado por Becky Rodriguez
Publicado originalmente: 28 de Septiembre de 2017

¿Has usado un poema o canción para ayudarte a recordar un concepto complicado o una lista que estabas seguro que te ibas a olvidar? (Figura 1) Cuando me senté y pensé sobre las muchas veces que las canciones y poemas inteligentes me ayudaron a recordar cosas como la historia y evolución del modelo atómico o incluso cómo se escribe Mississippi, me volví curiosa sobre el rol y la utilidad de la música en la ciencia y la educación científica. Resulta que la química puede activar música, crear música, y a su vez, puede utilizarse música para hacer bailar materiales de nanoescala.

Leo_Lion

Figura 1: Conoce a Leo. Leo dice “GER”. Esta imagen ilustra un dispositivo mnemónico utilizado (“Leo el León dice GER” que se supone que transmite que la pérdida de un electrón es oxidación (LEO) y la ganancia de un electrón es reducción (GER). Los dispositivos mnemotécnicos son cosas inteligentes que podemos hacer para ayudarnos a nosotros mismos a recordar (imagen de Alicia McGeachy via dailyclipart).

La química que habilita a la música

En un esfuerzo por hacer que la química cobre vida, muchos investigadores están desarrollando maneras de cerrar la brecha entre la química y la música. Por ejemplo, un laboratorio de química general utiliza una celda electroquímica y una batería de limón, junto con algunos otros componentes claves, para generar música.-

En este laboratorio, los estudiantes utilizan chips de placas de circuitos recuperados de tarjetas de felicitación musicales, como la que toca feliz cumpleaños u otras canciones conocidas, para reforzar lecciones en pilas simples. Cuando las tiras de cobre y zinc metálicas se insertan en un limón y se conectan por cable y clips a estos circuitos recuperados, la placa de circuito musical recobra vida. Previamente, experimentos como éste podrían haber sido hechos con algo como un LED que se ilumina una vez que el circuito se completa (Figura 2).

LemonBattery

Figura 2. Una batería de limón encendiendo un LED (diodo electroluminoso) (imagen por ChristianSW).

La batería de limón funciona porque la acidez del limón (que viene del ácido cítrico) sirve como un reservorio para el transporte de electricidad. El zinc metálico y el cobre metálico se someten a una reacción química que establece un flujo de electrones del zinc al cobre a través de los cables. Este flujo de electrones genera electricidad que alimenta el LED o la placa del circuito musical. Como acotación al margen: en el artículo sobre el experimento de laboratorio de la batería musical, los autores insisten en indicar cómo ayudan los experimentos o pueden ser adaptados para alumnos con discapacidad auditiva o visual. Dichos experimentos y el enfoque en que se extiende a los estudiantes con discapacidad visual y auditiva, sirven de ejemplo en cuanto a cómo se puede utilizar 1) música para demostrar los temas de química que los estudiantes pueden tener dificultad para entender y 2) cómo se puede adaptar la química existente en los laboratorios para estudiantes con discapacidades sensoriales. 1

Las Melodías de la Química

Una canción de la tarjeta de felicitación motorizado de un limón es genial, pero ¿cómo se puede crear música proveniente de procesos químicos? Sabemos que las reacciones químicas y los procesos como la desintegración nuclear (cuando el núcleo de un átomo pierde masa a través de radioactividad) se producen con el tiempo. En química, estos procesos se miden a menudo utilizando el tiempo en segundos. Pero la música no se describe generalmente en términos de segundos. En cambio, es descrito en términos como frecuencia, tono, timbre y ritmo. Todas estas propiedades y muchas otras, son lo que dan a la música su riqueza y su calidad.

Un trabajo genial publicado en 2007 en Chemistry for Everyone analiza cómo transformar procesos químicos en sonidos que podemos disfrutar.2 El sonido en sí mismo es una vibración que se mueve a través de un medio como el aire, como una onda (Figura 3). Muchos de nuestros posts anteriores (tales como éste) han analizado varias propiedades de las ondas, una de las cuales es la frecuencia. La frecuencia o el número de veces que un evento ocurre en un período determinado de tiempo, se relaciona con el tono (cuán alto o bajo es un sonido). Usando una función matemática llamada transformación de Fourier para convertir tiempo en frecuencia, los científicos pueden utilizar el tiempo que tarda para que una reacción química o proceso de producir y traducir cosas como frecuencia (altura) y amplitud (volumen).

SoundWave

Figura 3. (Superior) Onda acústica. Amplitud (amplitude en inglés), la altura de la onda de la línea de base, está relacionada en cuán fuerte o débil es un sonido. La longitud de onda (wavelength en inglés) o la distancia entre los picos de una onda es inversamente proporcional a la frecuencia (frequency en inglés). La longitud de onda tiene generalmente unidades como metros, mientras que la frecuencia tiene a menudo unidades de ciclos por segundo, también conocidos como hertz. (Inferior) Sonido móvil de un altavoz a través del aire para el oído humano. (Imagen modificada de Pluke )

Resulta que algunos procesos radiactivos de la desintegración nuclear entran en un rango de frecuencias que el ser humano promedio puede oír, que es de aproximadamente 20 a 20,000 Hz (ciclos por segundo). Una  orquesta hasta trabajó para crear música del espectro de energía de varios isótopos radioactivos. Incluso para los procesos químicos que caen fuera de la gama típica del oído humano, puede utilizarse la teoría de la música para que podamos escuchar.

 

El sonido como una herramienta en la ciencia: Nanomateriales acústicos

Aquí en el Centro para Nanotecnología Sustentable, realmente nos preocupamos por los procesos que están ocurriendo en la nanoescala. ¡Resulta que los científicos también han utilizado la música para crear nanoestructuras complejas! En un artículo publicado en 2014, se demostraron que los sonidos de baja frecuencia alinean nanofibras supramoleculares (fibras de nanoescala formadas a partir de muchas moléculas) en solución.3

– Esta alineación estaba en armonía con la música que estaba siendo tocada, respondiendo al tempo y a los períodos de descanso. Aunque el poder del sonido en la ciencia se ha explorado completamente, este fue un esfuerzo nuevo y emocionante para comprender cómo el sonido audible se puede utilizar como herramienta de investigación. ¡Estos científicos efectivamente crearon un material que puede bailar!

Resulta que hay una fuerte relación entre la música y la ciencia. Aquí hablamos de cómo los científicos han utilizado baterías de limón para que podamos escuchar los sonidos de viejas tarjetas de felicitación, cómo se puede hacer música de reacciones químicas y procesos y cómo incluso los nanomateriales no se resisten a un buen ritmo. La música en química, ya sea como una herramienta para ayudarnos a recordar cosas o ayudarnos a escuchar las reacciones químicas, demuestra que las Ciencias y las Artes se intersectan.


REFERENCIAS

  1. Cady, S. G., Music Generated by a Zn/Cu Electrochemical Cell, a Lemon Cell, and a Solar Cell: A Demonstration for General Chemistry. Journal of Chemical Education 2014, 91 (10), 1675-1678. doi: 10.1021/ed400584m
  2. Kumbar, M., Musical chemistry: Integrating chemistry and music – A nine-part series on generating music from chemical processes. Journal of Chemical Education 2007, 84 (12), 1933-1936. doi: 10.1021/ed084p1933
  3. Miura, R.; Ando, Y.; Hotta, Y.; Nagatani, Y.; Tsuda, A., Acoustic Alignment of a Supramolecular Nanofiber in Harmony with the Sound of Music. Chempluschem 2014, 79 (4), 516-523. doi: 10.1002/cplu.201300400

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