• 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 EdicionsC/ de la Violeta, 6 • 43800 Valls

Tel. 977 60 25 91Fax 977 61 43 57

cossetania@cossetania.comwww.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

7

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).........................................................................248. Àcid ribonucleic (ARN) ...................................................................................269. Clorofil·la .........................................................................................................2710. Hemoglobina .................................................................................................2811. Carbonat de plom (PbCO

3) ...........................................................................29

12. Salnitre (nitrat de potassi, KNO3) ..................................................................30

13. Urea (CO(NH2)

2) ..........................................................................................31

14. Amoníac (NH3) ..............................................................................................32

15. Glicerol o glicerina .........................................................................................3416. Cautxú ............................................................................................................3617. Cel·lulosa ........................................................................................................3818. Clorur de plata (AgCl) ...................................................................................4019. Mauveïna ........................................................................................................4220. Anilina ............................................................................................................4421. Àcid sulfúric (H

2SO

4) .....................................................................................46

22. Nitroglicerina .................................................................................................4823. Trinitrotoluè (TNT) .......................................................................................5024. Niló ................................................................................................................5125. Baquelita .........................................................................................................5226. Poliestirè .........................................................................................................5327. Polietilè ..........................................................................................................5428. Bifenils policlorats (PCB) ...............................................................................5529. PVC (clorur de polivinil) ...............................................................................5630. PET (politereftalat d’etilè) ..............................................................................5831. Politetrafluoroetilè (PTFE) o tefló .................................................................5932. 2-metilundecanal ............................................................................................61

100 molècules.indd 7 07/06/13 9:58

8

Xavier Duran

33. Octà (C8H

18) ..................................................................................................63

34. Tetraetil de plom (Pb(C2H

5)

4) ........................................................................65

35. Diòxid d’urani (UO2) .....................................................................................67

36. Clorur de radi (RaCl2) ....................................................................................69

37. Clorofluorocarburs (CFC) ..............................................................................7138. Òxid de silici (SiO

2) .......................................................................................73

39. Hexafluoroplatinat de xenó (Xe[PtF6]) ...........................................................75

40. Buckminsterful·lerè (C60

) ................................................................................7741. Diòxid de titani (TiO

2) ...................................................................................79

42. Kevlar .............................................................................................................8043. Sal comuna (clorur sòdic, NaCl) ....................................................................8144. Àcid ascòrbic o vitamina C ............................................................................8345. Seda ................................................................................................................8546. Glucosa (CHO–CHOH–CHOH–CHOH–CHOH–CH

2OH) ...................87

47. Isoeugenol ......................................................................................................8948. Cafeïna ...........................................................................................................9049. Nicotina .........................................................................................................9250. Teobromina ....................................................................................................9351. Etanol o alcohol etílic (CH

3–CH

2OH)..........................................................94

52. Fenol (C6H

5OH) ............................................................................................96

53. Hipoclorit de sodi (NaClO) ..........................................................................9854. Cloroform (Cl

3CH) ........................................................................................99

55. Pepsina ..........................................................................................................10056. Alum de potassi (sulfat hidratat d’alumini i potassi) .....................................10157. Tartrat d’antimoni i potassi ...........................................................................10358. Sulfur de mercuri (HgS) ...............................................................................10559. Àcid acetilsalicílic (Aspirina) ........................................................................10760. Arsfenamina (Salvarsan) ...............................................................................10961. Sulfamida ......................................................................................................11162. Penicil·lina ....................................................................................................11363. Insulina .........................................................................................................11564. Sacarina ........................................................................................................11765. Escopolamina ...............................................................................................11966. Bombicol ......................................................................................................12167. Morfina .........................................................................................................12368. Tetrahidrocannabinol ...................................................................................12569. Cocaïna ........................................................................................................12670. Amfetamina ...................................................................................................12871. Dietilamida de l’àcid lisèrgic (LSD) .............................................................13072. MDMA (Èxtasi) ............................................................................................13273. Carbonat de liti (Li

2CO

3) .............................................................................134

74. Clorpromazina .............................................................................................13675. Iproniazida ................................................................................................... 13876. Imipramina ...................................................................................................139

100 molècules.indd 8 07/06/13 9:58

9

100 molècules

77. Fluoxetina (Prozac) ......................................................................................14178. Barbital .........................................................................................................14379. Benzodiazepines ...........................................................................................14480. Oxitocina .....................................................................................................14681. Quinina ........................................................................................................14882. Artemisinina .................................................................................................15083. DDT .............................................................................................................15284. Proteïna p53 .................................................................................................15485. Taxol .............................................................................................................15586. Òxid nítric (NO) ..........................................................................................15687. Sildenafil (Viagra) .........................................................................................15788. Noretindrona (píndola anticonceptiva) .......................................................15889. Colesterol .....................................................................................................16090. Talidomida ....................................................................................................16291. Eritropoetina (EPO) .....................................................................................16492. Zidovudina (AZT)........................................................................................16693. Ciclosporina .................................................................................................16894. Proteïna ß-amiloide ......................................................................................17095. Factor de creixement neuronal .....................................................................17196. Gas mostassa ................................................................................................17297. Àcid cianhídric .............................................................................................17498. Sarín .............................................................................................................17699. Dioxina .........................................................................................................177100. Isocianat de metil .......................................................................................179

Epíleg: quina seria la molècula 101? ...................................................................181

100 molècules.indd 9 07/06/13 9:58

11

100 molècules

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 comp-te el potencial industrial de cada país o imperi.

No és habitual que a la gran història hi apareguin científics, i en-cara 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 res-saltem 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 signifi-cativa. I esperem que el llibre ajudi a comprendre una mica millor no

INtroDuccIó

100 molècules.indd 11 07/06/13 9:58

12

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.

100 molècules.indd 12 07/06/13 9:58

13

100 molècules

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 elevadíssi-ma 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’hi-drogen 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’anome-nen dirigibles, que van permetre crear les primeres línies aèries de pas-satgers. Malauradament, també van servir perquè durant la Primera Guerra Mundial els alemanys bombardegessin Londres.

01 / 100

HIDrogEN (H2)

100 molècules.indd 13 07/06/13 9:58

14

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, pro-dueixin 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 solu-cions als problemes energètics. L’energia que no s’utilitza en determi-nats 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 re-novables 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.

100 molècules.indd 14 07/06/13 9:58

15

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 compo-sició 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’ener-gia del sofre.

Fa uns 2.500 milions d’anys la composició de l’atmosfera va canvi-ar radicalment. L’evolució havia donat lloc a uns organismes que grà-cies 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’at-mosfera 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 orga-nismes 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 tin-gut diverses vegades un paper històric. El 1624 l’holandès Cornelius Drebbel va fer, davant del rei Jaume I d’Anglaterra, la primera demos-

100 molècules.indd 15 07/06/13 9:58

16

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.

100 molècules.indd 16 07/06/13 9:58

17

100 molècules

03 / 100

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 majo-ritàriament 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 nitro-gen 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 ra-diació 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

ozó (o3)

100 molècules.indd 17 07/06/13 9:58

18

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’oxi-gen, 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 pe-rillosos: 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.

100 molècules.indd 18 07/06/13 9:58