miércoles, 27 de febrero de 2013

Los 27 experimentos de Química más espectaculares

Me llegó hace unos días a través de la cuenta de twitter  de @SrLluisTomas y de la Red BioGeo, una interesante página con las 27 reacciones químicas más impresionantes. La verdad es que la colección está muy bien, pero hay que decir que no todas constituyen verdaderas reacciones químicas. En algunos casos, se trata de procesos físicos, como cambios de estado, espectaculares, sí, pero que no los podemos llamar reacciones químicas.

Podéis consultar la lista en esta página, en la que aparecen las experiencias retratadas en forma de giffs. Las he reunido en una lista de reproducción de Youtube porque pienso que el vídeo  - a falta de laboratorio - es la mejor manera de poder visualizar estas reacciones. Me permitido hacer algunas modificaciones sobre la lista original porque aparecían algunas experiencias repetidas.

Creo que los vídeos no tienen pérdida y unos pocos tienen buena calidad de imagen y sonido. Tanto, que en algunos de ellos se puede escuchar el mejor de los sonidos que puede apreciar un químico: el chisporroteo durante las reacciones químicas que suceden en el interior de un tubo de ensayo. Un placer de otros mundos.

Que lo disfruten ...





 Esta entrada participa en el XXII Carnaval de la Química alojado en el blog Roskiencia de @ismael_ds

domingo, 24 de febrero de 2013

Ositos de gominola y de destrucción masiva

Si te aseguro que los ositos de gominola pueden convertirse en potentes armas de destrucción masiva, probablemente te reirás. Pero no, créeme, es cierto.

Ositos de goma. El osito  rojo nos mira desafiante.
Como ya debes saber, las cuches no son fabricadas con petróleo, sino que contienen azúcar, gelatinas, espesantes y demás guarradas para darle un aspecto atractivo. La clave es el azúcar, la sacarosa, ese carbohidrato cuya oxidación libera 5645 kJ por cada 342 gramos (la masa de un mol de sacarosa). Es una cantidad de energía brutal, fruto de la oxidación total a dióxido de carbono y agua:

C12H22O11 + 12O2 12CO2 + 11H2O + 5645 kJ

En nuestro organismo esta cantidad bestial de energía no es liberada de forma inmediata al ingerir cualquier alimento azucarado. Afortunadamente, contamos con rutas metabólicas para oxidar el azúcar de forma controlada. 

Sin embargo, en las condiciones adecuadas la sacarosa puede convertirse en un peligroso reactivo, dado su elevado calor de combustión. Échale un ojo al siguiente vídeo y entenderás de lo que quiero hablar.






Como ves, con un poco de clorato potásico caliente, el azúcar es capaz de liberar de forma violenta los 5645 kJ/mol que tiene almacenada.

Supongamos, si un osito de goma cuenta con medio gramo de azúcar, entonces es capaz de liberar 8,2 kJ, energía suficiente para llevar a ebullición más de 100 gramos de agua. Es terrible.

Así que, cuando veas a tus hijos, sobrinos y vecinitos (éstos suelen formar parte de los ejes del mal) traficar con ositos de goma, ¡tiembla!


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domingo, 10 de febrero de 2013

Los esenciales


Los aceites esenciales son mezclas de compuestos caracterizados por su elevada volatilidad, hidrofóbicos y muy poco densos. Poseen un intenso aroma que recuerda a la planta (o al extracto de origen animal) de la que se ha obtenido; podemos así encontrar aceite esencial de lavanda, de romero, de naranja, ...

La composición de los aceites esenciales presenta como regularidad que suelen contener dos o tres compuestos mayoritarios que pertenecen a las familias de los terpenos y de los terpenoides. Los terpenos y terpenoides son una clase de compuestos orgánicos derivados del isopreno que cumplen con importantes funciones biológicas como insecticidas, como hormonas y como elementos estructurales.

Isopreno (2-metil-1,3-butadieno)

Si los terpenos y los terpenoides son los componentes mayoritarios de los aceites esenciales, los compuestos aromáticos son los minoritarios y suelen ser los responsables del olor de cada aceite esencial.

Componentes de los aceites esenciales

Las funciones de los componentes de los aceites esenciales son muchas y variadas, pero tienen mucho que ver con mecanismos de defensa de las plantas.


Los aceites esenciales han demostrado ser poderosos agentes citotóxicos gracias a su lipofilia (facilidad para disolverse en lípidos), lo que les permite traspasar las membranas plasmáticas con relativa facilidad. Es así como muchas plantas logran combatir la invasión por parte de organismos patógenos. 



Una sustancia fototóxica es aquella que se convierte en tóxica cuando se expone a la luz. La fototoxicidad de los componentes de los aceites esenciales no está todavía del todo entendida, pero parece que funciona mediante la formación de radicales capaces de dañar el material genético en los individuos colonizadores de la planta.


Se ha encontrado, por ejemplo, que el aceite esencial de la hierbabuena es capaz de inducir mutaciones en la mosca de la fruta. También se han relatado casos en los que la exposición a determinados aceites esenciales conducen a daños mitocondriales.



Estas propiedades biológicas de los aceites esenciales los convierten en grandes antisépticos y constituyen una de las razones por las que los seres humanos han venido usándolos desde los tiempos más antiguos. Además, parece que los aceites esenciales poseen propiedades anticarcinogénicas. 

Los aceites esenciales suelen ofrecer el aroma del extracto originario en una forma muy concentrada. Así, el aceite esencial del clavo huele de la misma manera que esta especie, sólo que lo hace de una forma muy intensa. La obtención de aceites esenciales ha permitido el avance de las técnicas químicas y constituye una verdadera industria. Si has visto o leído "El perfume" podrás hacerte una idea de cómo la obtención de los aceites esenciales ha colaborado en el desarrollo de la Química como ciencia experimental. 


La obtención de aceites esenciales se consigue mediante tres métodos: la destilación por arrastre de vapor, la expresión en frío y la técnica conocida como "enflourage".

En la destilación por arrastre de vapor se hace pasar una corriente de vapor de agua por el material vegetal cuyo aceite esencial se quiere obtener. Como los componentes de los aceites esenciales son bastante volátiles, son arrastrados por la corriente de vapor. La mezcla de vapor de agua y aceite esencial es después enfriada y por decantación se puede separar la fase acuosa del aceite esencial.


Destilación por arrastre de vapor (fuente).
En el siguiente vídeo puedes ver un ejemplo de esta técnica, conocida desde tiempos muy remotos.




Otras técnicas consisten en el raspado y el exprimido de frutos y semillas. Estas prácticas son aconsejables en el caso de aceites esenciales más susceptibles de ser transformados por efecto de la temperatura, como sucede con los aceites de los cítricos.

En el enfleurage se emplean grasas capaces de absorber los aceites esenciales por contacto con la planta. Después, con la ayuda del alcohol se recupera el aceite esencial. En la película "El perfume" puedes ver algún ejemplo.

Para obtener los aceites esenciales también se utiliza la extracción con distintos disolventes, Ya hemos comentado la naturaleza hidrofóbica de los componentes de los aceites esenciales, así que se utilizan disolventes apolares para obtener disoluciones de estos aceites.

Las principales aplicaciones de los aceites esenciales se centran en la industria alimentaria, la de la perfumería y  la de la cosmética. También hay que destacar, gracias a los efectos biológicos que hemos visto más arriba, su uso como productos fitosanitarios.


Fuentes:
http://en.wikipedia.org/wiki/Essential_oil


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Esta entrada participa en el XXI Carnaval de la Biología alojado en La Enciclopedia Galáctica de @TorjoSagua



miércoles, 6 de febrero de 2013

Quimiasombrosidades: el reloj de yodo


En los últimos días me estoy encontrando con una reacción que está apareciendo en numerosos vídeos, anuncios y artículos de revistas. Se trata de un truco que consiste en hacer cambiar de forma repentina el color de un líquido: en cuestión de segundos pasamos de ver un líquido transparente a contemplar, asombrados, un líquido oscuro. 

Los ilusionistas y demás charlatanes etiquetan este proceso como "magia". Los químicos, simplemente, llamamos a estos procesos reacciones químicas, procesos en los que unas sustancias, los reactivos, se transforman en otras, los productos. A menudo, los productos de una reacción química tienen propiedades muy diferentes a las sustancias de partida lo que da origen a cambios de color o a la aparición de distintas fases. Y, claro, estos cambios pueden resultar muy impactantes y, por tanto, son terreno abonado para la charlatanería y el engaño. La reacción de la que os voy a hablar es la que podéis ver en el siguiente vídeo y seguro que alguna vez habéis sido testigos de ella.





¿Cómo puede ser? ¡Pasamos de un líquido transparente a uno azulado! Y además el cambio resulta muy espectacular. Estoy de acuerdo con que el proceso es muy aparente, pero no, no es mágico; es "quimiasombroso", pero no mágico. Tratemos de explicarlo.

La reacción química que ha sucedido en esos vasos es bien conocida por los que hemos pasado por cualquier Facultad de Ciencias Químicas y se conoce como "reloj de yodo". Aunque el reloj de yodo cuenta con algunas variantes, básicamente consiste en mezclar iodato potásico, KIO3, con bisulfito sódico ,NaHSO3, en medio ácido. Se produce la transformación:


2KIO3    +  5NaHSO3    +   2H2SO4     →   I2    + 5NaHSO4    + H2O   +  2K2SO4        [1]
incoloro        incoloro          incoloro        violeta       incoloro       incoloro     incoloro


Realmente, aparece un color más negruzco debido a que se añade almidón, que junto al yodo forma un complejo de color muy oscuro. Sin embargo, esta ecuación química no explica el retardo en la aparición del color violeta. Para explicar ese efecto hay que acudir al mecanismo de la reacción, que consiste en todos los pasos que siguen los reactivos (el iodato potásico, el bisulfito potásico y el ácido) para llegar a los productos finales (el yodo, el bisulfato y el sulfato). 

Para que entendamos qué es eso del mecanismo de la reacción vamos a hacer una analogía con la elaboración de un flan. Para hacer un flan necesitamos huevos, azúcar y leche, de manera que si escribiésemos el proceso de obtención de un flan "a lo químico" podríamos escribir:

huevos      +      leche    +       azúcar     →    flan


Sin embargo, ya podemos mezclar esos tres componentes en las proporciones adecuadas que no obtendremos ningún flan. Hace falta que sigamos la receta, que sería algo así como el mecanismo de formación del flan. Primero habría que calentar los huevos al baño maría, después hay que añadir la leche, el azúcar, ... Es decir, hay que seguir un orden.

Lo mismo sucede en las reacciones químicas: siguen unas etapas más o menos ordenadas. En el caso de la reacción del reloj de yodo, las etapas son:

1. Ionización de las sustancias puestas en juego.

Nada más entrar en contacto con el agua, los sólidos que forman parte de las disoluciones se ionizan, es decir, toman forma de iones "libres" en el agua:

KIO3 → K+ + IO3-
NaHSO3 → Na+ + HSO3-
H2SO4 → 2H+ + SO4-2


Este es un proceso muy rápido y lo importante es que los iones gozan de mucha movilidad a lo largo, ancho y alto de la disolución que aloja la reacción. Esta movilidad facilita que unos iones se encuentren con otros, se produzcan colisiones entre ellos y sucedan las reacciones que describo más abajo.

2. Reacción entre los iones yodato y los iones bisulfito para formar yoduro

Como ya hemos visto, los distintos iones viajan por la disolución como si fuesen las partículas de un gas. En ocasiones, suceden colisiones por efecto de estos caóticos vaivenes y algunos de estos choques entre iones producen una transformación química. En el caso que nos ocupa, cuando chocan un ion yodato y tres iones bisulfito, se produce la reacción:

IO3- + 3HSO3- → I- + 3HSO4-                      [2] 

En esta reacción, el azufre se oxida (pierde electrones) y el yodo se reduce. Este proceso es energéticamente difícil y es comparable en la fabricación del flan al calentamiento al baño maría de los huevos. 

3. Reacción entre el yoduro formado y el yodato sobrante. 

Una vez formado el yoduro, I-  , puede reaccionar con los iones yodato que todavía queden pululando por el medio:

IO3- + 5I- + 6H+ → 3I2 + 3H2O          [3]   

4. Desaparición del yodo al reaccionar con el bisulfito


Nada más se forme el yodo I2, reacciona con el bisulfito que queda en la mezcla:

I2 + HSO3- + H2O → 2I- + HSO4- + 2H+                [4]

De manera que hasta que no desaparezca todo el bisulfito de la disolución, no empezará a aumentar la concentración del yodo. Esta es la razón por la que la aparición del color violeta se retarda.


5.  Formación de un complejo oscuro entre el yodo y el almidón

Cuando ya ha desaparecido todo el bisulfito, consumido por las reacciones [2] y [4], la concentración de yodo I  comienza a aumentar, lo que facilita que reaccione con el almidón y forme el compuesto que le da la coloración oscura a la disolución.

Este bonito efecto se puede apreciar en el siguiente gráfico. En él podemos ver cómo varia la concentración de  I  con el tiempo: al principio su concentración es nula, pero de repente, cuando todo el bisulfito ha desaparecido, aumenta de forma abrupta.


Aparición retardada de yodo. Fuente.
Como es entendible, el perfil del aumento de la concentracion de yodo depende de las concentraciones iniciales de los productos y de la temperatura.

Todo esto puede disfrutarse con uno de los vídeos de la genial serie de Periodic Videos. Estos tipos son realmente unos cracks y en el vídeo dedicado al reloj de yodo se han dedicado a grabar a cámara muy lenta el proceso de la formación del complejo yodo-almidón. Te recomiendo que lo veas :D



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