Máquina molecular para niños
Una máquina molecular es como un diminuto robot o dispositivo hecho de moléculas. Imagina piezas muy pequeñas, del tamaño de átomos y moléculas, que se unen para realizar un movimiento o una tarea específica. Estas máquinas están diseñadas para responder a ciertas señales (como la luz o un cambio químico) y, a cambio, producir un movimiento mecánico.
A menudo, el término "máquina molecular" se usa para describir moléculas que imitan funciones que vemos en máquinas más grandes, pero a una escala increíblemente pequeña. Son muy importantes en el campo de la nanotecnología, que es la ciencia de construir cosas a escala nanométrica (mil millones de veces más pequeñas que un metro).
Las máquinas moleculares se pueden dividir en dos grupos principales:
- Sintéticas: Son las que los científicos crean en el laboratorio.
- Biológicas: Son las que existen de forma natural en los seres vivos, como las proteínas que mueven nuestros músculos.
Estos sistemas moleculares son capaces de cambiar un proceso químico o mecánico para que no esté en equilibrio. Esto significa que pueden hacer un trabajo útil, como mover algo o transformar energía.
Contenido
Historia de las máquinas moleculares
La idea de las máquinas moleculares no es nueva. Dos experimentos mentales famosos ayudaron a sentar las bases de este concepto: el demonio de Maxwell y el trinquete de Feynman.
El trinquete de Feynman
Imagina un sistema muy, muy pequeño con dos paletas conectadas por un eje. Cada paleta está en un compartimento diferente y es posible que estos compartimentos tengan temperaturas distintas. Una de las paletas tiene un "trinquete", que es un mecanismo que solo permite que el eje gire en una dirección. Al girar, el eje podría levantar un pequeño peso.
Ahora, piensa que la paleta en el compartimento 1 está en un ambiente mucho más caliente que la paleta en el compartimento 2. Las moléculas de gas en el compartimento caliente se mueven mucho más rápido y golpean la paleta con más fuerza que las moléculas en el compartimento frío. Gracias al trinquete, el eje solo puede girar en una dirección. Con el tiempo, los golpes más fuertes de las moléculas calientes harían que el eje girara lentamente y levantara el peso.
Este experimento mental de Richard Feynman nos ayuda a entender cómo se podría usar el movimiento aleatorio de las moléculas para hacer un trabajo útil, incluso a una escala tan pequeña.
Ideas modernas sobre máquinas moleculares
A diferencia de las máquinas grandes que vemos a diario, los sistemas moleculares están constantemente en movimiento debido a algo llamado movimiento browniano. Este es el movimiento aleatorio de partículas pequeñas en un fluido (líquido o gas) causado por los choques con las moléculas del fluido.
Imagina que intentar mover una máquina molecular es como "caminar en un huracán" o "nadar en melaza". El movimiento browniano es muy fuerte a esta escala. Albert Einstein explicó en 1905 que este movimiento es una consecuencia de la escala y de la energía térmica. Si una molécula tiene energía térmica, se moverá de forma aleatoria.
Por eso, al diseñar máquinas moleculares, los científicos no intentan luchar contra el movimiento browniano, sino que buscan formas de usarlo a su favor. La naturaleza nos da muchos ejemplos de cómo hacer esto. Por ejemplo, las membranas de las células son estructuras que controlan el movimiento de moléculas de un lado a otro, usando principios similares.
Ejemplos de máquinas moleculares
Desde el punto de vista de la creación en laboratorio, hay dos tipos importantes de máquinas moleculares: los interruptores moleculares y los motores moleculares.
- Los interruptores moleculares cambian de un estado a otro en respuesta a una señal. Es como un interruptor de luz que se enciende o apaga. Cuando cambian de estado, pueden causar un efecto mecánico.
- Los motores moleculares son capaces de moverse de forma continua y repetida en una dirección, usando energía química para realizar un trabajo. Son como pequeños motores que giran o se desplazan.
Máquinas moleculares sintéticas
Los científicos han creado varias máquinas moleculares en el laboratorio:
- Los motores moleculares que pueden girar en una sola dirección.
- Las lanzaderas moleculares que pueden mover fluidos cuando giran.
- Los interruptores moleculares que pueden cambiar de estado de forma reversible al recibir una señal.
- Las pinzas moleculares que son moléculas capaces de "agarrar" y "plegar" otros elementos. Algunas de estas se construyen usando ADN.
- Los sensores moleculares que pueden interactuar con una sustancia específica y producir un cambio que se puede detectar, indicando la presencia de esa sustancia.
Véase también
En inglés: My-Otome Facts for Kids