De cerebros lentos a X rápidos, la ciencia detrás del óxido nitroso

May 19, 2023

¡Cree un perfil gratuito para obtener acceso ilimitado a videos exclusivos, sorteos y más!

Vive tu vida un cuarto de milla a la vez... más rápido.

Este fin de semana, el público de todo el mundo volverá a las aventuras de alto octanaje de Fast Saga en Fast X. La décima entrega de la serie proviene del director Louis Leterrier y está protagonizada por Vin Diesel (Dominic Toretto), Michelle Rodriguez (Letty Ortiz) y el resto de la familia extendida, con apariciones de los recién llegados a la franquicia Jason Momoa (el villano de la película, Dante) y Brie Larson (Tess). Eso se ocupa de la parte Furiosa de la ecuación, pero aún debemos tener en cuenta el Rápido. Y para eso, vamos a necesitar el otro pilar de Fast Saga: el óxido nitroso.

El óxido nitroso es un óxido de nitrógeno gaseoso (obviamente) con la firma química N2O. No es inflamable por sí solo, lo que puede sorprender dado su uso en motores de combustión (más sobre eso en un minuto), pero le gusta reaccionar, particularmente con la capa de ozono.

El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera terrestre. Constituye más del 78% de cada respiración que tomas. El oxígeno puede ser la estrella de la respiración, pero representa menos del 21 %. El 1% restante es principalmente argón, CO2 y algunos otros gases traza. El punto es: hay mucho nitrógeno flotando.

RELACIONADO: Nueva técnica de agricultura lunar nos pone un paso más cerca de cultivar alimentos en el espacio

Ese nitrógeno atmosférico es absorbido por bacterias fijadoras de nitrógeno en el suelo y en los nódulos de las raíces de las plantas. Convierten el nitrógeno en amoniaco añadiendo algo de hidrógeno. Luego, los microbios nitrificantes toman el amoníaco y lo convierten en nitritos (NO2) o nitratos (NO3). Esa es una gran noticia para las plantas porque les encantan los compuestos de nitrógeno. El nitrógeno es una de las cosas principales que necesitaremos agregar a la tierra cuando comencemos a cultivar plantas en la Luna, Marte o en cualquier otro lugar.

Las plantas toman esos nitratos del suelo y los usan para construir algunas de sus estructuras. Es por eso que las verduras de hoja verde son una buena fuente de nitratos en la dieta. Esas plantas luego se comen o mueren y se descomponen, de cualquier manera, eventualmente regresan a la tierra donde los microbios vuelven a trabajar, convirtiendo los nitratos nuevamente en gas nitrógeno. Esto sucede a mayor profundidad en el suelo o bajo el agua, donde el oxígeno es más difícil de conseguir y los microbios anaeróbicos prosperan. A lo largo del camino entre el nitrato y el gas nitrógeno, los compuestos pasan a través de varios gases intermedios, incluido el óxido nitroso.

El nitrógeno puede servir como poco más que un marcador de posición presurizado para su propia respiración, pero es una parte importante de la infraestructura natural del ecosistema. Las fuentes naturales producen alrededor del 60% del óxido nitroso del mundo, cada libra del cual tiene un efecto de calentamiento 265 veces mayor que la cantidad equivalente de CO2, y permanece en la atmósfera durante un promedio de 121 años antes de que las bacterias lo absorban nuevamente. El 40% restante es el resultado de la actividad humana, incluida la producción comercial.

La producción intencional de óxido nitroso es un proceso completamente químico, en lugar de facilitado biológicamente. La producción comienza con nitrato de amonio, una sal cristalina blanca; en química, una sal es cualquier compuesto que contiene iones cargados positiva y negativamente, sin carga eléctrica neta; la sal de mesa es un ejemplo común, pero lejos de ser el único, que se mezcla con agua en una concentración del 80 % al 93 %. Luego, la solución de nitrato de amonio se calienta a 250 grados Celsius, lo que provoca la descomposición reactiva del nitrato de amonio en vapor de agua y óxido nitroso.

Los motores de combustión funcionan mezclando una fuente de combustible con aire y encendiendo esa mezcla. Cada vez que viaja al trabajo o conduce al teatro, lo hace bajo el poder de explosiones cuidadosamente controladas. La mezcla de combustible se presuriza y se introduce una chispa. A medida que la mezcla se quema rápidamente, crea un calor y una presión intensos que mueven los pistones de su motor. Esos pistones hacen girar un cigüeñal que actúa sobre los engranajes y así sucesivamente, moviendo su vehículo por la carretera.

Pensamos en la gasolina (o cualquier combustible que esté usando) como lo que se quema, lo que hace todo el trabajo, pero eso es solo parcialmente cierto. Incluso la sustancia más inflamable es incapaz de encenderse a menos que esté cerca y cómoda con un oxidante.

En la Tierra, ya sea que esté haciendo una fogata o encendiendo sus motores, el oxidante más común que probablemente encontrará es, por supuesto, el oxígeno. Pero no tiene que ser así. Cuando una fuente de combustible se calienta a la temperatura adecuada, un oxidante toma electrones de la fuente de combustible. Esa rápida reacción exotérmica es lo que llamamos quemar. Es solo una oxidación de alta velocidad, como la oxidación en avance rápido, y la reacción continuará hasta que se consuma el combustible, se agote el oxidante o disminuya la temperatura.

Si ha pasado algún tiempo alrededor de una llama abierta, sabe que soplar en el fuego con sus propios pulmones o con un fuelle es una forma efectiva de aumentar el tamaño y la intensidad de las llamas temporalmente. Eso es porque estás agregando más oxígeno, lo que facilita una mayor tasa de combustión. Dado que no existe una forma fácil de colocar un fuelle en el interior de su motor, la proporción de oxígeno en la mezcla de combustible está limitada al 21 %, porque eso es lo que está disponible en la atmósfera. También es por eso que su automóvil puede volverse lento cuando opera a altitudes más altas.

Sin embargo, cuando un sistema de óxido nitroso (NOS) introduce óxido nitroso en la mezcla de combustible y se calienta a más de 300 grados centígrados, se descompone en un átomo de oxígeno y dos de nitrógeno. Como resultado, la concentración de oxígeno en la mezcla de combustible llega al 36 %, considerablemente más alta que el 21 % de fondo disponible al nivel del mar. Más oxígeno significa una mayor tasa de combustión y más espacio.

El óxido nitroso en realidad no se inventó, pero fue descubierto y luego sintetizado por Joseph Priestly, en 1772. Antes de que terminara el siglo XVIII, la gente ya jugaba con usos recreativos y medicinales. En 1799, Humphry Davy había comenzado a experimentar con los efectos del óxido nitroso en los humanos, inhalando él mismo el gas. Inmediatamente notó su efecto eufórico y, según los informes, estaba tan enamorado de él que construyó una caja hermética donde se sentaba durante horas, respirando nitroso, hasta el punto de casi morir.

Hoy en día, el óxido nitroso se usa ampliamente en entornos médicos por sus efectos analgésicos (para aliviar el dolor) y anestésicos. Es una adición de larga tradición a los entornos médicos y dentales, y el santo patrón de los pacientes de conducto radicular en todas partes. Se favorece porque sus efectos son casi inmediatos, pero de corta duración. Los médicos pueden aliviar el dolor casi en tiempo real y los pacientes vuelven a funcionar con normalidad en unos pocos minutos.

Si bien sabemos que el óxido nitroso funciona, los científicos aún no están seguros de cómo funciona, pero tenemos el marco básico y algunas hipótesis. Cuando se inhala, el óxido nitroso ingresa al torrente sanguíneo a través de los pulmones y llega al cerebro. Allí, desencadena un aumento en la producción natural de endorfinas, corticotropinas y dopamina. Eso es probablemente lo que te da la sensación placentera y eufórica. Una vez en el cerebro, el óxido nitroso también deprime la sensación de los cinco sentidos y puede impedir que algunos de los centros emocionales del cerebro funcionen a su máxima capacidad.

Se ha propuesto que el óxido nitroso podría reemplazar al oxígeno en el cerebro, provocando algunos de sus efectos, pero se necesitan más estudios antes de saberlo con certeza. Cualquiera que sea el mecanismo, los efectos combinados del óxido nitroso en el cerebro pueden ralentizar o detener por completo algunos de los procesos del cerebro, lo que permite que su dentista taladre su cara mientras usted está felizmente en otro lugar.

Tal vez, si su cerebro pudiera calentar el óxido nitroso a 300 grados Celsius, podría usarlo para ir muy rápido, pero no lo recomendamos.

Fast X llega a los cines este viernes 19 de mayo. ¡Adquiere tus boletos y enciende tus motores!