Proyectos
Estudio teórico-experimental de osciladores químicos en ambientes no-isotérmicos
Resumen
El estudio cinético y termodinámico a nivel fundamental de las transformaciones químicas donde la temperatura no es constante (no-isotérmicos) sigue siendo una temática pendiente por desarrollar en ciencia. La dependencia de la temperatura de las constantes cinéticas de una reacción se estudia en condiciones isotérmicas según el modelo estadístico de Arrhenius, igual sucede con la evaluación de los potenciales termodinámicos en función de parámetros de control y de variables de estado (Kjelstrup&Bedeaux, Non-equilibrium thermodynamics of heterogeneous systems,World Scientific,2008 ). Los métodos térmicos de análisis de isoconversión utilizan modelos empíricos ajustables derivados de una combinación de las leyes de Fourier, Newton y Arrhenius (J. Therm. Anal. and Calorim., 115,853,2014), o de extensiones de la teoría KJMA de Kolmogorov-Johnson-Melh-Avrami (II Nuevo Cimento D, 20,1171,1998). De la ingeniería química se conoce el papel desestabilizante de la temperatura sobre el control de un reactor, lo que ha llevado a derivar modelos matemáticos que muestran las consecuencias de una inestabilidad térmica(¿Thermal instability and runaway criteria¿ en Processes safety and environmental protection, Elsevier, 2012). A otra escala, recientemente se mostró que a nivel celular hay presencia de gradientes localizados de temperatura, de modo que es posible la presencia de flujos de energía térmica entre lumen y citosol para los organelos durante el metabolismo (ACS nano, 5, 5067,2011 y DOI: 10.1021/nn405456e,2013; Eur. Biophys. J., 1-11,2013). En este proyecto estudiaremos experimentalmente en reactor agitado tipo batch no-isotérmico diferentes osciladores químicos, el cual, hasta donde sabemos será el primero de este tipo: oscilador de pH (J. Am. Chem. Soc.,133,7174,2011), oscilador de peroxidasa-oxidasa (J. Phys. Chem. B, 118, 18, 2014) y la reacción de Belousov-Zhabotinsky (B-Z) (J. Braz. Chem. Soc., 24, 2028,2013). La principal razón para este estudio es que a escala celular y en bioreactores se han reportado dinámicas complejas para diferentes tipos de metabolismo celular, por ejemplo glicólisis (Physica D, 239, 1798,2010) siempre bajo presunción de condición isotérmica. Las dinámicas complejas, tales como oscilaciones periódicas y aperiódicas, se explican vía interacción entre instabilidades dinámicas y la no-linealidad cinética de los procesos. En este trabajo estudiaremos experimentalmente la respuesta de osciladores químicos en presencia de un cambio continuo de la temperatura, para determinar la posible interacción entre una instabilidad térmica y una de tipo cinético, además de caracterizar por energía global de activación los diferentes osciladores para diferentes parámetros de control (concentraciones iniciales). Nuestro grupo tiene amplia trayectoria en el estudio de osciladores tipo B-Z; esta reacción es corrosiva, fuertemente exotérmica y altamente sensible a los parámetros de control, aspectos que la hacen un buen candidato para el estudio en condiciones no-isotérmicas. Los osciladores de pH son levemente exotérmicos con una dinámica regulada por iones hidronio, y se aceptan como modelo de referencia para para modelos metabólicos y como sistema promisorio para aplicaciones industriales y farmacéuticas. Los osciladores de peroxidasa-oxidasa sirven de modelo teórico-experimental de diversos procesos metabólicos a nivel celular. Durante el trabajo debemos proponer un método cinético para evaluar los resultados experimentales, el cual inicialmente se tomará como una extensión de la teoría KJMA. La validez del método se verificara por correlación entre el resultado experimental y el computacional para el valor de la energía global de activación. Este proyecto se ejecutará con la participación de un estudiante de la Maestría en Ciencias ¿ Química, dos estudiantes de pregrado en Ingeniería Química e Ingeniería Biológica. Los resultados del proyecto permitirán extender la investigación a redes metabólicas de interés práctico.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DEL PROGRAMA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, LA CREACIÓN Y LA INNOVACIÓN EN POSGRADOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2013-2015
Modalidad:Modalidad 2: Nuevos proyectos de investigación, creación o innovación
Responsable