La Manzana Podrida

Continuando con la parte de bioquímica que estamos estudiando en clase...

Se llama fermentación a un proceso de oxidación incompleta, que no requiere de oxígeno para tener lugar, y que arroja una sustancia orgánica como resultado. Es un proceso de tipo catabólico, es decir, de transformación de moléculas complejas a moléculas sencillas y generación de energía química en forma de ATP (Adenosín Trifosfato).

La fermentación consiste en un proceso de glucólisis (ruptura de la molécula de glucosa) que produce piruvato (ácido pirúvico) y que al carecer de oxígeno como receptor de los electrones sobrantes del NADH (nicotin adenin dincleótido) producido, emplea para ello una sustancia orgánica que deberá reducirse para así reoxidar el NADH a NAD+, obteniendo finalmente un derivado del sustrato inicial que se oxida. Dependiendo de dicha sustancia final, habrá diversos tipos de fermentación.

Este proceso fue descubierto por el químico francés Louis Pasteur, quien la calificó como “La vida sin aire”, ya que puede ser llevado a cabo en ausencia de oxígeno por microorganismos como las bacterias, levaduras, o algunos metazoos y protistas. En este proceso, entonces, no intervienen ni las mitocondrias ni las estructuras vinculadas al proceso de respiración celular.

De acuerdo a la sustancia obtenida al final del proceso de fermentación, podemos clasificarlo en los siguientes tipos, entre otros:

• Fermentación alcohólica. Llevada a cabo por las levaduras principalmente, produce a partir de ciertos azúcares una cantidad de alcohol etanol, dióxido de carbono y ATP. Este es el proceso empleado para producir las bebidas alcohólicas.
• Fermentación acética. Propia de las bacterias del género Acetobacter, transforma el alcohol etílico en ácido acético, o sea, el alcohol en vinagre. Es, no obstante, un proceso aeróbico, por lo que puede darse en los vinos expuestos al aire.
• Fermentación láctica. Consiste en una oxidación parcial de la glucosa, llevada a cabo por bacterias lácticas o por las células musculares animales (cuando se quedan sin oxígeno para respirar). Este proceso genera ATP pero subproduce ácido láctico, lo cual produce al acumularse, la sensación dolorosa de fatiga muscular.

¿Dónde podemos ver este proceso?

Las frutas frescas, como por ejemplo las manzanas, contienen todos los ingredientes para un proceso de fermentación: levadura, azúcar y otros carbohidratos, y agua. Cuando la fruta carece de oxígeno, las enzimas en la levadura producen alcohol etílico, y si se suministra un exceso de oxígeno también se puede producir vinagre.

Procedimiento

Cortar las manzanas, con su cáscara, en pedazos pequeños.

Usar el mortero (o la licuadora) para triturar los pedazos.

Colocar los pedazos en el colador y presiona hasta que se obtenga todo el jugo.

Añadir el jugo de manzana al frasco hasta unos 4 cm de la tapa.

Disponer el frasco con el tapón, el tubo de vidrio y la manguera plástica como se muestra en la ilustración.

Deja en reposo durante 2-3 días.

¿Qué ha pasado?

El azúcar en la manzana reacciona para producir alcohol: 

C6H12O6 (ac) → 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g) 

¡Espero que os haya gustado y hayáis aprendido un poco más del proceso de fermentación que estamos viendo en clase!

Ambientador mágico

¡Hoy estudiaremos los cambios de la materia!

En la naturaleza, la materia puede presentarse en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Todos los elementos pueden cambiar de un estado a otro si ocurren determinadas circunstancias. Veámoslo con más detalle: 

A) Paso de gas a líquido: se denomina condensación. Tiene lugar cuando un gas se enfría lo suficiente. 
B) Paso de líquido a gas: se denomina vaporización. Puede suceder de dos maneras: suministrando calor a un líquido hasta que hierva (ebullición) u ocurrir más lentamente a temperatura ambiente (evaporación). 
C) Paso de sólido a líquido: se denomina fusión. Para que un sólido se funda, hay que suministrarle más o menos calor dependiendo de qué tipo de material se trate. 
D) Paso de líquido a sólido: se denomina solidificación. Si enfriamos cualquier líquido lo suficiente, este se volverá sólido. 
E) Paso de sólido a gas: se denomina sublimación. Un sólido puede pasar directamente a gas sin fundirse en líquido primero si la cantidad de calor es lo bastante grande y ocurre en un tiempo muy corto. 
F) Paso de gas a sólido: se denomina sublimación inversa. De la misma manera, si un gas se enfría lo bastante y de forma muy rápida, puede convertirse en sólido.

¿Cómo aplicamos estos conceptos en casa?

Muchos sólidos pasan directamente al estado gaseoso sin convertirse en líquidos (sublimación), utilizándose en la fabricación de ambientadores. Los ambientadores sólidos contienen uno o varios componentes que subliman fácilmente (alta presión de vapor en la fase sólida), por lo que pasan fácilmente de esta fase a la fase de vapor sin pasar por la fase líquida.  

Materiales

• Ambientador sólido 
• Hielo
• Recipientes de 400 mL, 250 mL y 100 mL
• Base para un recipiente plástico grande 
• Mechero 
• Termómetro 

Procedimiento

• Calienta unos 350 mL de agua en un recipiente hasta 50 °C.
• Añade varios cubitos de hielo a un recipiente de 100 mL hasta aproximadamente los 2/3 de su capacidad. Adiciona varios trocitos del ambientador al recipiente de 150 mL y a continuación introduce el recipiente del paso anterior teniendo la precaución de que no vaya a tocar el fondo, ni que caiga hielo dentro del recipiente de mayor tamaño.
• Verter el agua caliente dentro del recipiente de plástico y ajustar la temperatura a 45 °C, seguidamente introduce en este recipiente el conjunto del paso anterior. Observa lo que sucede. 

¿Qué es lo que hemos aprendido?

El baño de agua caliente causó que el ambientador se sublimara y posteriormente el baño de hielo hizo que el vapor se condensara de nuevo regenerando el ambientador sólido. 

Una sustancia se sublima porque las fuerzas intermoleculares en el estado sólido son débiles, facilitando que las moléculas escapen a la atmósfera a temperaturas relativamente bajas, como es el caso del alcanfor, el naftaleno o el paradiclorobenceno.

¡Espero que os haya gustado y hayáis ampliado vuestros conocimientos sobre los cambios de la materia!

El Ludión

Cuando en un sistema existen dos regiones cuyas presiones son diferentes, entonces la materia se mueve desde la zona de mayor presión hacia la zona de presión más baja, hasta que se alcance un estado de equilibrio. Para trabajar este concepto, modificaremos la presión sobre un objeto sumergido en un líquido y haremos que se desplace en la dirección que deseemos. Este experimento involucra varios conceptos, que ayudan a ilustrar varias leyes físicas tales como la ley de Boyle, el principio de Pascal, el principio de Le Chatelier, la densidad y el principio de flotabilidad. 

Materiales

• Botella de 1.5 L a 2.5 L 
• Jeringa plástica de 20 cm3 
• Manguera plástica de 3 mm de diámetro interno, 30 cm 
• Trozo de varilla hueca de 3 mm de diámetro externo, 5 cm 
• Tapón de caucho horadado para botella plástica 
• Frasco pequeño o un gotero plástico

Procedimiento

• Llena la botella con agua hasta el borde.
• Adiciona agua al frasquito hasta 1/3 de su capacidad.
• Tapa con el índice o el pulgar e introduce el frasquito invertido dentro de la botella de manera que justamente flote. En el caso de que se vaya al fondo, debe reducirse en menos de 1/3 la cantidad de agua.
• Posiciona el émbolo de la jeringa aproximadamente a la mitad de su recorrido.
• Tapa la botella como muestra la figura:

• Presiona ligeramente el émbolo y observa lo que ocurre. Puede suceder que al soltar el émbolo el frasquito no regrese a su posición inicial, en tal caso saca el émbolo un poco.
• Repite la operación las veces que desees.

¿Qué es lo que hemos estudiado realizando el experimento?

Inicialmente el sistema jeringa-botella–ludión se encuentra a la presión atmosférica y en equilibrio. Al presiona levemente el émbolo, la presión interna aumenta y como consecuencia de lo anterior el ludión desciende quedando en el fondo o en una posición intermedia. Si el émbolo no se desplaza más, se alcanza una nueva situación de equilibrio (principio de Le Chatelier). Además, a medida que el ludión desciende, el nivel del agua dentro de éste aumenta y, por consiguiente, la masa del tubo mas su contenido aumenta con lo cual su densidad llega a ser mayor que la densidad del líquido y por eso se hunde, lo cual implica que la flotabilidad disminuye. 

Al principio del experimento habréis notado que dentro del tubito además de agua hay aire en la parte superior, el cual tiene una masa constante, ocupa un volumen a una determinada temperatura y se encuentra a la presión atmosférica. Al presiona el émbolo, la cantidad de aire permanece constante igual que su temperatura, pero su volumen y su presión cambian, de modo que se ha establecido una relación que muestra que a mayor presión del gas menor es su volumen, cuando la temperatura es constante (ley de Boyle).  

¡Espero que os haya gustado y repaséis los dos principios que estudiamos en la primera evaluación!

Poder Reductor

Una reacción de oxidación‑reducción o redox se caracteriza por presentar una especie química que cede electrones y otra que los capta. La especie que cede electrones se oxida, pasando a un estado de oxidación superior, y la que los capta se reduce. De esta forma, la especie que cede electrones actúa como agente reductor y, paralelamente, la especie que capta electrones actúa como agente oxidante. Estas reacciones se pueden generalizar como sigue:

          A + e^‑ -> A^‑                     Reducción de A -> A es un agente oxidante

          B -> B⁺ + e^‑                    Oxidación de B -> B es un agente reductor

        

        A + B -> A^‑ + B⁺                 REACCION REDOX

Los metales actúan en general como reductores pues pueden perder electrones pasando al estado de catión. Por ejemplo: Zn -> Zn²⁺ + 2e^‑. La capacidad para perder electrones y pasar al estado de catión es diferente según cual sea el metal. Dicha capacidad se dice que es su poder reductor. De esta forma, comparando unos metales con otros se puede establecer una escala o gradación en su poder reductor.

En una celda galvánica, constituida por dos electrodos sumergidos en un electrolito y unidos externamente por un conductor metálico, el electrodo en el que tiene lugar la oxidación se llama ánodo, y posee menor potencial. El electrodo en el que tiene lugar la reducción se llama cátodo y posee mayor potencial. La fuerza electromotriz de una celda de este tipo se define como:

E = E_cátodo - E_ánodo

El voltaje o diferencia de potencial en la pila dependerá de la corriente que circula por el circuito externo. Se define como fuerza electromotriz el voltaje cuando la corriente externa tiene a cero. Puesto que el voltímetro se caracteriza por una resistencia interna relativamente alta, se puede aceptar generalmente que el voltaje con un multímetro es igual a la fuerza electromotriz.

La fuerza electromotriz de una pila depende tanto de la naturaleza de los sistemas redox involucrados como de su concentración, y además depende de la temperatura a la que tenga lugar la reacción. La termodinámica proporciona las relaciones que ligan las diferentes variables para un sistema en equilibrio, permitiendo predecir qué reacciones tendrá lugar de forma espontánea:

ΔG = -nFE

donde n es el número de electrones intercambiados en el proceso redox y F la constante de Faraday (96485 C/mol). Si ΔG<0 el proceso será espontáneo. 

¿Cómo es posible aplicar todos estos conceptos en casa? 

Gracias a una reacción redox, es decir, de reducción-oxidación, a través de una patata, un tornillo y una moneda. 

En este caso el agente reductor será el tornillo, que cede electrones al agente oxidante, que en este caso es la moneda. Esta reacción ocurre gracias al jugo de la patata, que actuará de electrolito favoreciendo el traspaso de electrones. Y así es como conseguiremos generar la energía suficiente para encender un reloj.

¿Cómo hacerlo?

Una vez lavadas las patatas, lo primero que tenemos que hacer es introducir en cada una un tornillo y una moneda, de forma que sobresalga la mitad. Es muy importante que en ningún momento lleguen a tocarse. En esta pila improvisada, el tornillo será el lado positivo y la moneda será el lado negativo.

Si tenemos un multímetro, podremos comprobar que cada patata da un voltaje de aproximadamente 0,9. Como la pila del reloj será de 1,5 v, lo único que tenemos que hacer para conseguir encender el reloj con patatas es conectar las dos en serie para que sumen su voltaje. Para ello, conectamos uno de los cables al tornillo de una patata y a la moneda de la otra, otro que vaya del tornillo restante al lado negativo del reloj y el tercero, de la moneda que queda al lado positivo de la pila del reloj. Para fijar los cables a los lados positivo y negativo del reloj podemos poner  cinta aislante.

¡Y ya está! Nuestro reloj digital debería funcionar perfectamente con la única ayuda de estas dos patatas, ¡sin pilas!

¡Espero que os haya gustado y podáis repasar los conceptos de oxidación-reducción que estamos tratando ahora mismo en clase!

Esos polímeros locos

Un polímero es una molécula muy grande que se obtiene por combinación de unidades pequeñas que se repiten. Las moléculas a partir de las cuales se forman las unidades que se repiten reciben el nombre de monómeros, y el proceso por el cual a partir de estos monómeros se obtiene un polímero se denomina polimerización.

El proceso de polimerización se puede llevar a cabo por reacciones de adición o de condensación. Los polímeros de adición se obtienen por la reacción entre los monómeros sin eliminación de átomos, mientras que los polímeros de condensación se forman por reacciones entre los grupos funcionales de los monómeros con eliminación de moléculas sencillas. Al objeto de formar moléculas de cadena larga, las unidades monoméricas deben contener dos o más de cada uno de estos grupos funcionales. De esta forma un grupo funcional de un extremo de una molécula A reacciona con el grupo funcional de una molécula B, formándose una estructura en la cual las moléculas de A y B se disponen de forma alternada (….A – B – A – B – A – B …..).

Ejemplos típicos de reacciones de polimerización por condensación son la formación de poliésteres y poliamidas. Los poliésteres se forman por la reacción entre un anhídrido de ácido y un diol ó triol, con eliminación de una molécula de agua.

Una de las poliamidas más conocidas es el Nylon-6,6. Este es un material, específicamente un polímero de tipo sintético, el cual se encuentra dentro del grupo de las poliamidas (PA). El nylon es una fibra que se encuentra elaborada mediante la policondensación de una diamina en conjunto con un diácido y el número de moléculas de carbono que se encuentra integrando las cadenas entre el ácido y la amina se va a señalar luego de las iniciales de la poliamida un ejemplo de ello es el denominado nylon 6.6, por tal razón se puede decir que dicho compuesto es el resultado de la unión entre la hexametilendiamina y el ácido hexanodioico

A nivel industrial estas reacciones se llevan a cabo en presencia de catalizadores. En el caso de la poliamida partiremos de un cloruro de ácido, ya que es más reactivo que el ácido, para facilitar que la poliamida se obtenga de forma rápida y espontánea.

¿Cómo hacerlo?

¡Espero que os guste y os sirva para repasar el tema de polímeros que vimos en clase!

Huevo Saltarín

La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un disolvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

¿Dónde podemos observar este fenómeno en casa?

Si se observa el huevo durante el tiempo que está sumergido en el vinagre se puede apreciar la formación de burbujas. ¿Qué está sucediendo?

La cáscara del huevo está formada por carbonato cálcico (CaCO3) y el vinagre es una disolución de ácido acético (CH3COOH) en agua, por lo que cuando entran en contacto se produce la siguiente reacción en la que se libera dióxido de carbono (CO2), que son las burbujas que observamos. La reacción química que tiene lugar es la siguiente:

2 CH3COOH + CaCO3 -> Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2

Transcurridas 48 horas, en este caso, sacamos el huevo del bote con cuidado y lo lavamos bien. ¡El huevo se ha transformado en una especie de pelota de goma! De hecho, podemos hacerlo botar con cuidado desde una altura de pocos centímetros (con precaución, ya que dentro sigue crudo). 

Esto se debe a que el ácido acético del vinagre reacciona con el carbonato cálcico de la cáscara del huevo produciendo dióxido de carbono (las burbujas de gas que se desprenden en la cáscara del huevo). Con la cantidad suficiente de vinagre, se disolverá toda la cáscara de huevo.

Además, si te fijas  bien te darás cuenta de que el huevo ha aumentado de tamaño. ¿A qué se debe este incremento en el tamaño? Bien, al proceso de ósmosis que hemos estudiado antes, que consiste en el paso de agua desde la solución más diluida (exterior del huevo) a la más concentrada (interior del huevo) a través de una membrana semipermeable.

https://www.encuentrosconlaciencia.es/?page_id=2093

¡Espero que os guste y os sirva el concepto de ósmosis que vimos en clase!

Si hacer fármacos fuese como jugar a Lego, la pieza más guay se llamaría carbino

Muchos de los fármacos que conocemos son compuestos muy complejos. Esto quiere decir que están formados por muchos átomos unidos entre sí de una manera concreta. Hacer que estos átomos se unan de una forma y no de otra es una tarea complicada. Al estudio de estos procesos de ensamblaje de átomos se le llama «síntesis química».

Los átomos no se comportan como piezas de Lego. No siempre podemos ensamblarlos y desensamblarlos a nuestro antojo, ya que unos átomos tienen más afinidad por unos que por otros, tienen tendencia a colocarse en unas posiciones y no en otras, a girarse, etc. Por eso es tan importante diseñar una buena ruta de síntesis, en la que cada átomo acabe ocupando la posición deseada.

El desarrollo de un nuevo medicamento o Fármaco no es tarea fácil, la mayoría de las compañías farmacéuticas pueden tardar entre 12 y 15 años desde que empiezan a investigar un principio activo hasta que está disponible para los pacientes.

Es un proceso muy extenso que requiere de una alta inversión económica por parte de las compañías farmacéuticas, principalmente el proceso se puede resumir en 5 pasos:

1. Descubrimiento y desarrollo

2. Investigación pre-clínica

3. Investigación clínica

4. Registro y autorización de las autoridades

5. Lanzamiento y monitorización de seguridad

En la siguiente web podréis descubrir todo el proceso que conlleva el crear un nuevo medicamento:

https://www.tucuentasmucho.com/investigacion/desarrollo-medicamentos2/

Como veis este blog está enfocado para que adquiráis el concepto de síntesis química y tengáis en consideración todo el proceso que convella el lanzamiento de un nuevo fármaco al mercado.

¡Espero que os haya gustado!

La magia de los colores

Desde muy antiguo se sabía de la existencia de dos grupos de compuestos químicos, los ácidos y las bases (o álcalis), que presentaban propiedades aparentemente antagónicas:

·     Los ácidos dan coloración roja con el tornasol (indicador), tienen sabor agrio y producen efervescencia al actuar sobre los carbonatos.

·     Las bases dan coloración azul con el tornasol, tienen sabor amargo y neutralizan los ácidos al reaccionar con ellos:

Ácido + Base -> Sal + H₂O

Arrhenius definió (en 1884) los ácidos como aquellas sustancias que, en disolución acuosa, se ionizan para dar iones H⁺ y bases como aquellas sustancias que, en disolución acuosa, se ionizan para dar iones OH ^–

Sörensen propuso (en 1909) la escala pH  para medir la acidez de las disoluciones acuosas.

·       Según esta escala el agua pura se considera una sustancia neutra (pH=7)

·       Cualquier sustancia ácida tendrá un pH inferior a 7.

·       Cualquier sustancia básica tendrá un pH superior a 7.

El pH puede medirse, de forma aproximada, con un papel medidor de pH, comparando el color obtenido con el de la escala que posee el propio papel.

Para medir el pH de forma más exacta se utilizan los pHmetros.

Los indicadores ácido-base son sustancias que presentan colores distintos en medio ácido o básico y pueden servirnos para identificar si una sustancia es ácida o básica.

Un uso curioso es la utilización de la col lombarda como indicador del pH natural, ya que el agua resultante de la cocción de la lombarda se puede utilizar para saber si una sustancia es ácida o básica. Las sustancias responsables de esta coloración son las antocianinas que se encuentran en la col lombarda, que dependiendo la sustancia que se añada, adquirirá un color diferente.

En una solución ácida, se vuelve rojo, en una solución básica, se vuelve azul. Si la solución es todavía más básica, entonces se vuelve verde. Así que el cambio de color nos indica si un líquido es ácido o básico.

Con este experimento casero podrás descubrir la magia de los colores y comprobar que la lombarda es maravillosa. Para ello seguiremos los siguientes pasos:

1. Corta la lombarda en trocitos.

2. Pon a hervir los trozos de col lombarda durante unos minutos en un cazo con agua (se puede añadir un poco de alcohol para favorecer la extracción de la antocianinas).

3. Vierte el agua con la lombarda en diferentes vasos (tantos como sustancias quieras estudiar).

4. Añade las diferentes sustancias en los vasos que has preparado y, como por arte de magia, ¡de repente el líquido se vuelve rojo al mezclarlo con vinagre! Mezcla poco a poco un poco de bicarbonato de sodio en el tercer vaso y verás ¡es agua se vuele azul! Y si echas un poco de jabón en polvo en el cuarto vaso, ¡verás que el líquido se vuele verde!

5. Además puedes añadir, limón, naranja, amoníaco, detergente, lejía, etc…

Espero que os haya resultado interesante y hayas repasado los conceptos básicos de ácido-base. 

¿Qué os han parecido las propiedades mágicas de la col lombarda?

¡Os animo a que lo hagáis en casa, es muy divertido y podréis repasar algunos de los conceptos de ácido-base vistos en clase!

Patricia Gisbert