sábado, 13 de septiembre de 2014

La química de las legumbres y el bicarbonato


Este fin de semana hemos estado hablando sobre trucos de la "abuela" en la cocina. Hay que decir,antes de todo, que si nuestra gastronomía es rica en platos y sabores, lo es también en cuanto a pequeños trucos para su mejora.

De todos los trucos que me citaron, uno de los que me llamó más la atención fue el de las legumbres y el bicarbonato.
Concretamente... "cuando ponemos a remojo las legumbres para que estas se ablanden, se recomienda añadir una pizca de bicarbonato sódico. De este modo, cuando se cuezan, evitaremos que se queden duras por dentro."

Vaya, vaya! Rápidamente me preguntaba cual era el fundamento químico de ese proceso, que permitía a las legumbres ablandarse con más facilidad cuando eran cocidas. Así que, tras una reflexión me dispongo a dar una posible explicación química del truco de la "abuela".

En primer lugar analicemos el proceso en su conjunto. Estamos hablando de una cazuela con agua corriente del grifo, fuego y legumbres.
Existen por tanto 4 variables (cazuela, agua, legumbres y fuego). Pensando en el bicarbonato rápidamente descarto como variables problema la cazuela y el fuego, puesto que estas dos no parecen tener una relación directa con el proceso químico. Al fin y al cabo, el bicarbonato no está en "contacto" para reaccionar con ellos.
El fuego simplemente nos sirve como catalizador, cuanto mayor sea la llama, más rápido cocerá. Poco más se me ocurre.
Podríamos pensar que el bicarbonato es necesario para modificar la superficie de la cazuela, pero en ese caso, se utilizaría independientemente de lo que estemos cocinando. Y no es el caso. Hay una relación directa entre legumbres y bicarbonato.

Por tanto nos quedan 2 variables (legumbres y agua). Dejando de lado por un momento las legumbres, pienso en el agua y ya me voy haciendo una idea.
Una de las principales características del agua de nuestra zona (Castellón) es la dureza de la misma, como ya vimos en un post anterior.
Cuando hablamos de dureza nos referimos (en líneas generales) a la presencia de Calcio y Magnesio en forma de óxidos.
El calcio puede precipitar en forma de carbonato cálcico si al medio (la cazuela con agua) añadimos bicarbonato sódico.
Figura 1. conjunto de reacciones para la precipitación del Calcio.

Ya tenemos claro que el bicarbonato se usa para eliminar el calcio del agua, pero exactamente para que queremos eliminar el calcio y que relación tiene con las legumbres?
Aquí he de confesar que me pierdo un poco, por lo que decidí realizar una búsqueda bibliográfica...

El resultado de dicha búsqueda fue muy interesante. El calcio presente en el agua, y en mayor medida en las aguas duras, reacciona con la Pectina de las legumbres formando pectatos.
La Pectina son heteropolisacáridos (azúcares) que constituyen las paredes de las células vegetales.
La Pectina es responsable de controlar la porosidad de la pared celular.
De modo que la formación de pectatos provoca que las legumbres se endurezcan. Eliminando el calcio con ayuda del bicarbonato, interrumpimos la formación de pectatos.

Así pues ya sabéis que los pectatos son responsables de la dureza de las legumbres y estos se producen por reacción con el calcio del medio. En aguas duras al existir mayor concentración de calcio es necesario eliminarlo y una buena manera es mediante el (bi)carbonato sódico.

Os animo a que preguntéis a vuestras abuelas u otros familiares sobre pequeños trucos para la cocina y me los comentéis! a ver si somos capaces de encontrar respuesta desde un punto de vista fisico-químico.

Fuentes:
- http://filtrosyequipos.com/GUEST/sanitaria/calsodaash8.pdf
- http://www.gastronomia.uji.es/Gastronomia/Nutricion/Entradas/2009/10/7_Como_cocer_legumbres.html




jueves, 7 de agosto de 2014

La química de la piscina



Este fin de semana hemos estado limpiando la piscina. Tras quitar las lonas y cuerdas y limpiar el agua de pequeños insectos que había en la superficie hemos añadido algunos productos químicos para mejorar y mantener limpia el agua.

He pensado que podría ser interesante explicar porque al agua añadimos pastillas de cloro, modificadores de pH, etc...

El producto más popular o que más conocemos a la hora de hablar de piscinas es el cloro. El formato a la hora de añadirlo al agua es diverso desde un líquido a sólido. Aunque el uso más general es en forma de pastillas que se van disolviendo poco a poco.
El cloro que solemos utilizar no es especificamente cloro sino hipoclorito. Y más concretamente la sal de hipoclorito sódico (NaClO). Cuando disolvemos la pastilla lo que ocurre es que la sal se separa en el ión sodio y en el susodicho hipoclorito. Dejando un rastro de olor característico.

NaClO-------> Na+ + ClO-

Este ión se transforma en ácido hipocloroso y libera al medio iones OH-. El ácido reacciona con las bacterias del agua y estas mueren.

ClO- +H2O (agua piscina) ---------->  HClO (ácido) + OH-

Como decía, la formación del ácido tiene como resultado que se formen iones OH-  que provoca que el pH se vea incrementando.
Este incremento de pH, hasta valores de 8, son valores superiores a los de nuestra piel, que es ligeramente ácida presentando valores de 5-6. Por lo que nuestro cuerpo puede resentirse. Cómo? en forma de resequedad de piel, escozor de ojos, etc... Os suena de algo?

Otro producto químico utilizado es el alguicida. Un alguicida tiene como finalidad acabar con esa capa de color verde, amarillo o negro que se forma en la superficie del agua.
Existen diferentes tipos de alguicidas en función a su manera de actuar.

Algunos alguicidas tienen como principio activo la plata. Los iones de plata son buenos agentes antibacterianos ya que inhiben la respiración de las bacterias de modo que están no pueden metabolizar (alimentarse) y mueren.
Otros alguicidas son surfactantes. Para explicar que es un surfactante planteemos un ejemplo.
Imaginemos un alga como una hoja de un arbol. Si nos fijamos en su superficie (cutícula foliar) nos daremos cuenta que poseen una ligera capa impermeable protectora, esta capa es facilmente identificable si dejamos caer agua por su superficie, el líquido en forma de gota resbala por la superfície como una bola de bolos se desliza por la pista. 
 El surfactante actúa adheriéndose a la superficie del alga, de modo que reduce la tensión superficial. Al modificarla, permite que el producto (cloro) penetre con mayor facilidad en el interior de las algas, provocando el efecto anteriormente descrito.

Por último hablaremos de los floculantes. Productos que tienen como finalidad transformar en filtrables aquellas partículas que debido a su naturaleza no lo son.
Existen partículas de tipo coloidal (inferiores a 1 micra), disueltas, etc...que por si solas no se pueden separar del agua de la piscina.
Mediante un agente floculante lo que provocamos es que las partículas se agreguen y formen floculos. O partículas de mayor tamaño que a la larga sedimenten (se depositen en el fondo de la piscina). Estas partículas las podemos filtrar o separar y por tanto eliminar del agua de la piscina.

Por último tendríamos un regulador de pH. El pH es una medida de la acidez/alcalinidad. Es un indicador de la concentración de iones H+ que hay en el medio.
En caso de que haya muchos iones H+ la acidez aumenta y por tanto el medidor de pH dará valores bajos. Por el contrario, si la concentración de H+ disminuye el medidor de pH dará valores altos y la alcalinidad aumentará. Existe un punto neutro donde la acidez y alcalinidad se encuentran en equilibrio. En ese punto el medidor de pH marca 7.
Como curiosidad comentar que hace tiempo había un anuncio de gel en la televisión que decía "Gel de pH neutro 5,5" Esto era falso. Si el gel fuese neutro tendría un valor de pH de 7 ya que la escala va de 1 a 14. El anuncio era puro marketing ya que "no vende" decir que nuestra piel es ligeramente ácida (5,5) porque asociamos lo ácido a corrosión.


martes, 3 de junio de 2014

Lo ordinario del método científico


Muchas veces no nos damos cuenta pero para la resolución de muchos problemas cotidianos utilizamos un razonamiento basado en el método científico.
Podría describir la ciencia, de una manera sencilla, como la búsqueda y resolución de problemas que nos rodean. Y por extensión, el método científico es una de las herramientas más utilizadas para lograr el fin descrito.
Pero yendo más allá de la ciencia, que muchas veces nos parece complicada y lejana, podemos identificar trazas del método científico en nuestro dia a dia. De modo que, sin muchas veces saberlo estamos aplicando un razonamiento científico a la resolución de pequeños contratiempos que nos van surgiendo.

Este post tiene como finalidad explicar que es el método científico, para que los lectores puedan o bien identificar en él aquello que llevan realizando desde hace mucho tiempo o aplicar el método para afrontar problemas.

Empecemos!

1.  Estamos en casa y de observamos que alguien de nuestra familia, se encuentra adormilado/a. No está alegre. Su comportamiento no es el de siempre. Acabamos de iniciar el método científico mediante la observación.

2.  Realizamos una suposición sobre el estado de nuestro familiar. "Estará enfermo/a. Le debe doler la cabeza por los gestos que está realizando" acabamos de formular una hipótesis.

3. Bueno, y ahora que? Tenemos nuestra hipótesis,  mediante la experimentación debemos realizar algún tipo de ensayo que nos permita demostrar nuestra hipótesis. Le ofrecemos una pastilla de Ibuprofeno que sabemos que es un medicamento que ayuda a aliviar el dolor de cabeza.
Esperamos a que el medicamento actúe y observamos si nuestro familiar mejora. En caso afirmativo, podemos decir que nuestra hipótesis se confirma y por tanto problema solucionado. Hemos demostrado la hipótesis

En caso de que el dolor de cabeza persista, debemos realizar una hipótesis segunda, que nos llevará a realizar una nueva experimentación. El proceso se repite tantas veces como hipótesis tengamos. Hasta que se acepte la hipótesis.

Siempre acabaremos con una conclusión, a modo resumen y que nos servirá para en futuras situaciones semejantes poder afrontar el problema de manera efectiva.

Esquemáticamente podemos resumir el ejemplo del siguiente modo,

Figura 1. Esquema del método científico

Por tanto, como podéis ver en nuestro día a día realizamos estos sencillos pasos de manera automática para resolver los problemas. Aunque no lo creáis estáis aplicando métodos de ciencia en la resolución de los inconvenientes que se os plantea. 
Desde coger el vaso caliente del microondas con un trapo para no quemaros, pasando por quien utiliza un objeto alargado (destornillador) para acceder a la parte de la espalda que le pica, hasta quienes añadís agua al bote de champú para que lo poco que queda salga mejor.
Son experimentaciones que realizáis para resolver problemas de vuestra día a día.

Por último decir que, en el método científico existe una controversia sobre que es primero, si la observación o por el contrario el problema. Es decir, es la observación lo que nos lleva a encontrarnos con un problema o es un problema lo que nos conduce a tener que realizar una observación de lo que nos rodea.

Ahí os dejo la disyuntiva para que seáis vosotros mismos quien me digáis que opinión os merece!


Ahí va una canción divertida sobre el método científico!!!



sábado, 29 de marzo de 2014

Como lava el jabón


 Ayer, cómo tantas otras veces a lo largo de un día. Estaba en el baño lavándome las manos cuando me fijé en la acción que estaba realizando. Concretamente me estaba lavando las manos porque de cocinar me quedaban restos de grasa de la carne.
Para poder eliminar la molesta grasa tuve que usar jabón, no por dejar mis manos perfumadas con un agradable olor a vainilla, sino por el hecho de que con agua solamente no era capa de eliminar la fina película resbaladiza que se habia formado en mis manos.

En ese preciso momento me pregunté, ¿por qué uso jabón para lavarme las manos?

La síntesis del jabón es una reacción de las primeras que se estudia en química básica. Incluso me atrevo a decir que muchos de vosotros y yo mismo. Hemos hecho jabón a lo largo de nuestras vidas y hemos aplicado la reacción química correspondiente sin pararnos a pensar que era exactamente lo que estábamos haciendo.

La reacción para la formación del jabón es la siguiente,

ácido graso (aceite) + solución alcalina (sosa) -----> Jabón + glicerina

la fórmula sería:

Cómo se puede comprobar la reacción es muy sencilla, sólo requiere mezclar aceite y sosa a una temperatura que permita al aceite hervir. De esta manera observaremos como el jabón se va formando y precipitando quedándose en la base del recipiente.

Vale, ya sabemos como se obtiene el jabón. Pero por qué se usa para limpiarnos?

Si intentamos lavarnos las manos con agua para eliminar la grasa, del tiempo que sea, observaremos que el agua resbala por la palma sin eliminar el residuo. Lo que ocurre es lo mismo que nos ocurre si mezclamos aceite (grasa) con agua en un vaso. Que no se mezclan.
Esto ocurre porque el agua y el aceite son inmiscibles. Es decir, no pueden mezclarse debido a su naturaleza.
Al no poder mezclarse entre si, el agua no puede arrastrar la grasa de nuestras manos. Es necesario un producto que pueda mezclarse con ambos. Concretamente, el jabón.

El jabón es un tensioactivo, al igual que los detergentes. Esto significa que una parte del jabón tiene afinidad por el agua y otra parte por la grasa de nuestras manos. El jabón es un enlace entre ellos !!
La parte afín al agua recibe el nombre de hidrofílica y la parte afín a la grasa hidrofóbica.

Figura 1. actuación de un tensioactivo

El jabón produce espuma, esta espuma varía en función del tipo de aceite utilizado para la obtención del jabón. La espuma se forma debido a que si la parte hidrófoba del jabón no se una a la grasa y si al aire el resultado es una pompa. jabón por la parte externa y aire en el interior. 

Figura 2. Un poco de espuma siempre viene bien
Si nos fijamos bien, al añadir un poco de jabón a una botella si agitar. Se forma espuma, si agitamos con mayor fuerza se forma más espuma o pompas de jabón, ya que las cadenas hidrofóbicas del jabón tienen más probabilidades de unirse al aire y por tanto de formar pompas.



Si tenéis interés por hacer jabón, viendo que es muy sencillo, os dejo algunos enlaces:


1. Enriquece el jabón de marsella: http://youtu.be/Hd2v_IE6IbQ
2. Hacer jabón paso a paso: http://latiamaruja.blogspot.com.es/2012/04/como-hacer-jabon-paso-paso-tutorial-con.html
3. Hacer jabón con niños: http://www.hacerjabon.es/hacer-jabon-con-ninos

Espero que puedan ser útiles y os sirvan para entrener a vuestros hijos con ciencia.





miércoles, 8 de enero de 2014

Pigmentos inorgánicos, los colores de la naturaleza


Siempre intento transmitiros el por qué de las cosas desde un punto de vista científico. Muchas de las entradas que os escribo, me obligan a mi mismo a buscar el fundamento teórico porque no son campos que domine o de los cuales esté familiarizado.

Hoy me gustaría escribir sobre aquello a lo que me dedico y por lo que creo que también puede ser interesante.

Mi especialidad es la química inorgánica cerámica. Me dedico al estudio, control y desarrollo de materiales cerámicos y más concretamente a los materiales cerámicos para la decoración.
Dentro de los materiales cerámicos que podríamos considerar, de manera general, los que están compuestos por una estructura de alumino-silicatos. Me dedico a los pigmentos.

Un pigmento es el "colorante" de la cerámica.
Se trata de una estructura cristalina formada por óxidos inorgánicos que albergan en su interior cromóforos (colorantes) de metales de transición. Los pigmentos deben cumplir dos caracteríticas:

1- Estables a altas temperaturas
2- Estables en medios agresivos (esmaltes fundidos)

Deben ser estables a altas temperaturas porque deben soportar las temperaturas de cocción de las piezas cerámicas. Un rango de 1000-1250ºC aproximadamente.

Los metales de transición, son aquellos que encontramos en la zona central de la tabla periódica de los elementos.


imagen 1. Tabla periódica de los elementos

Una de las principales características que presentan los metales de transición, es que muestran color. Como ya vimos en anteriores posts, estos es debido a las transiciones de energía entre niveles.

En función del tipo de cromóforo y de la estructura, el pigmento mostrará un color u otro. Puede darse el caso de que dos pigmentos con el mismo cromóforo o cromóforos pero distinta estructura presenten diferentes colores. Y a la inversa, misma estructura pero diferente cromóforo.  Por tanto es un compromiso entre estas dos variables la que define el color.

El proceso de obtención de un pigmento es sencillo a la par que complicado. Sencillo, ya que tan solo requiere la calcinación a elevada temperatura de una fórmula determinada de óxidos. Pero complicado, ya que un proceso a elevadas temperaturas conlleva un riesgo. 
Concretamente, las variables a tener en cuenta son muchas ya que a altas temperaturas pueden producirse reacciones secundarias que deriven en productos no deseados.

Es por tanto importante definir bien la fórmula, controlar el tamaño de partícula de los óxidos, la temperatura de reacción y la atmósfera.

La reacción de formación del pigmento se produce por contacto, por lo que el tamaño de partícula es importante. Cuanto menor es el tamaño de partícula, mayor es la superficie específica y por tanto reaccionarán dos partículas con mayor facilidad.
Decía que la temperatura de reacción hay que tenerla en cuenta. Pero no sólo la temperatura máxima que se debe alcanzar, también es importante el tiempo que va a tardar en llegar a esa temperatura y el tiempo de residencia. Es decir, el tiempo que vamos a estar manteniendo al máximo.

Cuando hablamos de atmósfera nos referimos al volumen que queda libre en el horno. En esta zona circulan los gases de descomposición de los óxidos y/o el aire. Algunos pigmentos necesitan que la atmósfera sea concreta para que en función de ello, el cromóforo presente una forma u otra. 
Existen reactivos de nombre mineralizadores que facilitan que se generen atmosferas.

Un cromóforo tiene estados de oxidación, es decir, vacantes de electrones en su estructura. 
En función  del estado de oxidación puede producirse una coloración u otra. Un ejemplo ilustrativo sería el Cromo (símbolo químico Cr).
El cromo (Cr) presenta, mayoritariamente, dos estados. El Cr+3 y el Cr+6 (los estados de oxidación se representan por el número y por un símbolo +/-)
El Cr con estado de oxidación 3 (+3) presenta un color Verde.
El Cr con estado de oxidación 6 (+6) presenta un color Amarillo-naranja. 
El óxido de cromo con estado de oxidación 2 (+2) presenta un color negro.

 Las atmósferas nos permiten reducir u oxidar los metales de transición y "dejarlos" en el estado de oxidación que más nos convenga.

Podemos encontrar muchas clasificaciones de pigmentos, una que a mi particularmente me gusta mucho es la siguiente que se basa en la posición del cromóforo en la estructura,


1-Pigmentos ocluidos. Son aquellos en los que el colorante se encuentra encapsulado, aislado. De modo que la coloración rinde siempre y cuando el cromóforo se mantenga inalterado. Cualquier modificación estructural que lo exponga conllevará una modificación en el tono o incluso la perdida total del color. Un ejemplo serían los pigmentos rojos donde el Selenio y el Cadmio se encuentran encapsulados.


2- Pigmentos idiocromáticos. Son aquellos donde los cromóforos son los componentes principales. Tienen una alta concentración de los centros de color por volumen de unidad. De modo que aunque sean degradados o modificados siguen manteniendo una elevada concentración y por tanto el poder colorante se mantiene. Un ejemplo serian las espinelas.


3- Pigmentos alocromáticos. Son aquellos donde el cromóforo aporta el color a una estructura de por sí incolora. De modo que aunque los iones colorantes no se encuentran encapsulados, ni son parte de la estructura, una modificación del pigmento provocaría una cierta perdida de coloración. Un ejemplo serian las estructuras circonato (incoloras) con cromóforos de praseodimio. Obteniéndose un color amarillo.

Algunos ejemplos de pigmentos cerámicos con su estructura y cromóforos responsables del color puede ser:

Azul
Amarillo
Marrón
Estructura Cromóforo Estructura Cromóforo Estructura Cromóforo
Espinela Cobalto (Co) Circonato Praseodimio (Pr) Espinela Hierro (Fe)Cromo (Cr)

Los pigmentos sirven para colorear esmaltes que son usados para decorar las piezas cerámicas. Por tanto, en la mayoría de casos es necesario reducir su tamaño para adecuarlo a las mezclas. Así pues, tal y como hemos visto en la clasificación, la reducción en el tamaño puede ser crítica para el rendimiento de color en función al tipo de pigmento del que se trate.

Espero que este pequeño resumen sobre los pigmentos cerámicos os haya servido para conocer un poco más sobre nuestro trabajo y sobre a que es debido el color que se observa en las baldosas y revestimiento cerámico.





jueves, 14 de noviembre de 2013

¿Qué es un cigarro electrónico?



Ese sería un resumen de lo que estamos viviendo ahora mismo. De repente han aparecido decenas de comercios que ofertan cigarros electrónicos. Vemos a la gente por la calle con sus cordones de colores al cuello y colgando el susodicho aparato.
Los vemos "fumando" en todos los sitios y más de uno y una nos preguntamos, ¿qué es ese humo que echan? "Vapor de agua" dicen los fumadores. "Vapear" lo llaman...

Hoy me gustaría describir de una forma sencilla que es un cigarrillo electrónico, su funcionamiento y que es el humo que producen.

Un cigarrillo electrónico es un dispositivo eléctrico que tiene la capacidad de vaporizar un líquido que contiene aditivos (sustancias). Pulsando un botón activa una resistencia que calienta una solución líquida hasta vaporizarla. El vapor producido puede contener aditivos tales como aromas y/o nicotina.
Por tanto un cigarrillo electrónico es tan solo un dispositivo que permite inhalar vapores generados mediante una resistencia. 

Figura 1. Estructura cigarrillo electrónico

Los líquidos que contiene y que se pueden comprar en diferentes formatos suelen ser solventes orgánicos como el propilenglicol, nicotina y otros productos entre los que se hallan aromas que confieren al vapor un sabor agradable.

El propilenglicol, se utiliza en la industria alimentaria como agente saborizante o como solvente para colorantes. Es un excelente vehículo conductor.

Cuando se inhala, se pulsa el botón y se activa la resistencia. Un nebulizador dispersa la solución líquida y entra en los pulmones. Finalmente se expulsa sin dejar rastro de olores.
El humo que se desprende es vapor de agua con pequeñas trazas de elementos orgánicos resultantes de la vaporización.

¿Pero es inofensivo que alguien fume a mi lado con un cigarrillo electrónico?

No está demostrada la seguridad de los dispositivos. 
Si es sabido que altas concentraciones de propilenglicol son irritantes al inhalarse. Caso aparte de la nicotina, que en altas concentraciones es venenosa  y en bajas concentraciones supone un estimulante que provoca adicción.
El hecho de que se capte al cliente con el anuncio de que no se fuma tabaco y por tanto se evitan productos perjudiciales como son los aditivos, no es menos cierta que el hecho de que los cigarrillos electrónicos llevan en la composición líquida muchos otros productos orgánicos cuya vaporización está en estudio por su posible perjuicio a la salud.

¿Ayuda el cigarrillo electrónico a dejar de fumar?

No existen evidencias científicas que demuestren que sustituir el cigarrillo convencional de tabaco por un cigarrillo electrónico, favorezca el abandono del consumo de tabaco.

Por tanto, podríamos decir que en la actualidad existe un vacío, en cuanto a resultados experimentales que demuestren o no si los cigarrillos electrónicos perjudican la salud. No se conoce a ciencia cierta el contenido exacto de nicotina.
Además existe un vacío legal en cuanto a si se puede permitir o no el fumar cigarrillos electrónicos en las zonas donde no está permitido el consumo de tabaco.


Fuentes:

http://www.who.int/tobacco/communications/statements/eletronic_cigarettes/en/

http://es.wikipedia.org/wiki/Cigarrillo_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Nicotina


 

jueves, 26 de septiembre de 2013

Una tabla periódica reactiva



Me gustaría dejaros un enlace a una curiosa tabla periodica.

En ella, podreís escoger elementos de la misma y hacerlos reaccionar para comprobar que moléculas se forman. La propia aplicación, además, os facilitará datos curiosos de la nueva molécula formada.

¡Os invito a que la probéis y experimentéis de una manera sencilla y muy didáctica!

Tabla periódica