Una reacción extraña crea revuelo en el laboratorio

Jun 01, 2023

29 de marzo de 2019

por Mike Williams, Universidad Rice

Los agitadores que mezclan la crema con el café probablemente no hagan mucha diferencia en la bebida. Pero en un laboratorio de química, resulta que usar el agitador incorrecto puede distorsionar la ciencia.

Los científicos de la Universidad Rice han determinado que las barras agitadoras hechas de PTFE, más comúnmente conocido como teflón, pueden introducir errores en una reacción de laboratorio estándar utilizada para manipular las propiedades de los nanotubos de carbono o nitruro de boro.

Las barras agitadoras son varillas de metal ferromagnético con forma de bolitas cubiertas de PTFE que se encuentran en el fondo de un vaso de precipitados y giran mediante un campo magnético giratorio. Permiten mezclar una solución en un matraz cerrado sin agitación manual.

El laboratorio Rice de Angel Martí publicó un artículo en la revista ACS Omega de la American Chemical Society que describe lo que sucede cuando se utilizan barras agitadoras de PTFE para funcionalizar nanotubos mediante la reducción de Billups-Birch, una reacción de larga data desarrollada en parte por el profesor emérito de química de Rice, Edward. Billups que libera electrones para unirse con otros átomos.

La reducción se utiliza a menudo para hacer que los nanotubos sean más susceptibles a la funcionalización, el proceso de personalizarlos para aplicaciones añadiendo moléculas como proteínas. Esto puede ser tan simple como dispersar nanotubos en un baño químico cargado con las moléculas que desea agregar. Billups-Birch es uno de esos métodos, un proceso de un solo paso utilizado para funcionalizar nanotubos con una variedad de moléculas, según los investigadores.

Cuando lo usaron para modificar nanotubos de nitruro de boro, los investigadores se sorprendieron al ver que sus tubos se volvían grises, mientras que las barras agitadoras de PTFE se volvían negras. El análisis termogravimétrico estándar, generalmente adecuado para ver evidencia de funcionalización, no encontró nada malo, pero los investigadores sí.

"Aparte de eso, no pudimos obtener resultados consistentes", dijo Martí. "A veces obteníamos una funcionalización muy alta (o una funcionalización aparente) y otras no. Eso fue realmente extraño".

Descubrieron que el litio del disolvente a base de amoníaco utilizado en la reacción Billups-Birch reaccionaba con el PTFE blanco de las barras, volviéndolas negras.

"Debido a que los nanotubos de carbono son negros, sería fácil creer que se fueron depositando nanotubos en las barras durante toda la reacción", dijo Martí. "Pero eso no es lo que sucede. Descubrimos que en condiciones de Billups-Birch, el PTFE reacciona.

"El teflón generalmente no reacciona con nada", dijo. "Por eso se utiliza en barras para revolver y en utensilios de cocina. Por eso también es fácil pasar por alto lo que vimos que sucedía en el laboratorio".

Martí dijo que la búsqueda de literatura no encontró nada sobre cómo evitar el PTFE en Billups-Birch.

"Eso también fue extraño", dijo. "Tal vez todos los demás lo sepan, pero por si acaso decidimos explorar el problema. Por eso decidimos escribir un artículo".

Los investigadores sospechan que la reacción inesperada con el teflón está creando radicales que reducen la eficiencia de la reacción y que pueden atacar el nitruro de boro o los nanotubos de carbono. Mientras tanto, su rápida solución al problema es quizás la más sencilla.

"Ahora usamos barras para revolver recubiertas de vidrio", dijo Martí. "El vidrio es completamente inerte. Esto nos proporciona reproducibilidad y buena funcionalización".

Más información: Carlos A. de los Reyes et al, Efecto adverso de las barras agitadoras de PTFE en la funcionalización covalente de nanotubos de nitruro de carbono y boro utilizando condiciones de reducción Billups-Birch, ACS Omega (2019). DOI: 10.1021/acsomega.8b03677

Información de la revista:ACS Omega

Proporcionado por la Universidad Rice