CARNAVAL DE QUÍMICA

Cinética química o cómo corren las reacciones.

Este post participa en la XXII Edición del Carnaval de Química acogido en el blog Roskiencia, cuyo autor es @ismael__ds/@roskiencia

El pasado domingo anduvimos por el mundo de la química. Esta vez, por increíble que parezca, nos adentramos en la rama de la química que estudia la velocidad de las reacciones, la cinética química.

A priori, parece no tener más mérito, pero si os digo que el concepto fue explicado, y entendido a la perfección, a niños de entre 8 y 13 años, quizás si tenga algo de mérito, no por mi parte, sino por el hecho de unos niños tengan el interés por aprender, un domingo por la mañana, "algo" que además es de química. Pero entremos en harina.

Una vez definido el concepto de cinética, intentamos averiguar, experimentalmente, de que factores depende la velocidad de una reacción. Para ello usamos materiales de los que tenemos por casa: agua, pastillas efervescentes, tinta, mármol, vinagre,...

En primer lugar vimos que el vinagre ataca más rápido al mármol cuanto más desecho está. Así que, si lo demostrábamos también con las pastillas efervescentes confirmaríamos que la velocidad depende del estado físico de los reactivos y es tanto mayor cuanto mayor es el área de contacto.

Claramente vimos que se disolvía antes la pastilla desecha. Esto nos llevó a la conclusión de que para quitarnos antes un dolor, es mejor  tomar los medicamentos en polvo que en cápsula.

En segundo lugar intentamos ver la influencia de la temperatura. Para lo que disolvimos la misma pastilla en agua a diferentes temperaturas. Claramente se disolvía antes en agua caliente pues al haber mayor energía térmica, el número de colisiones es mayor y se favorece la reacción. Lo confirmamos también difundiendo tinta en agua.

Como nuestros chavales trajeron paracetamol efervescente de distintas concentraciones, pasamos a ver que pasaba con las pastillas de diferente concentración.

Procedimos a disolver en frio y en caliente paracetamol de distintas concentraciones y vimos que la concentración del reactivo también influía en la velocidad de reacción, de manera que el paracetamol más concentrado se disolvía mucho más rápido que el menos concentrado. 

Así que cuando nos duela la cabeza, siempre bajo la supervisión de un médico, hemos de tomar paracetamol de 1gr, si eres adulto, desecho y acompañado de una bebida caliente para que deje antes de doler.

Llegados a este punto, pensamos que si con la temperatura, aumentábamos las colisiones, podíamos probar a hacerlo mediante un proceso mecánico.

Así que improvisamos un agitador mecánico, usando el ventilador de un viejo ordenador y un pequeño tornillo de hierro, que hizo de pez, y un imán que daba vueltas con el ventilador. Procedimos a difundir la tinta con agitación mecánica y comparar la velocidad con la difusión en agua fría y caliente.

En nuestro caso era más efectivo agitar que difundir en agua tibia. La tinta se disolvía mucho más rápido con la agitación que con el agua caliente.

Bueno, llegado a este punto, solo nos quedaba ver como afectaba a la velocidad de reacción la adicción de un catalizador, que aumentara la energía de activación.

Nos dispusimos a ver la descomposición del agua oxigenada que tenemos todos en casa. El agua oxigenada se descompone liberando oxígeno, pero el proceso es muy lento.

 2 H2O2            O2  + 2 H2O

En un vaso añadimos agua oxigenada y un poco de detergente, al hacerlo ya podíamos ver alguna burbuja, era el oxígeno que se desprendía. Sin embargo al añadir KI (yoduro de potasio) al vaso, el catalizador elevó la energía de activación y la espuma empezó a crecer, se desprendía más oxígeno.

Vistos ya los factores de los que depende la velocidad de reacción, lo aplicamos a la vida cotidiana y construimos un airbag. 

Produciendo el choque

Airbag activado

Bueno espero os guste y si lo probáis lo paséis tan bien como lo pasamos nosotros. Ánimo y hasta la próxima semana.

Ruth Císcar

Nuestro cuerpo, ese laboratorio andante.

Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara

Después de ver que tenemos un laboratorio en nuestra cocina, vamos a ver que nuestro organismo también es un laboratorio.  Sin ir más lejos solo por respirar estamos llevando a cabo una reacción.

Todos tenemos claro que para tener una buena salud, debemos tener una dieta saludable y completa. A pesar de ello, vamos a tener que consumir la famosas Kcal que proporcionan los alimentos. Sin esta energía no podríamos realizar la actividad vital básica como es respirar, crecer, reconstruir tejidos o moverse. En definitiva que el “calor” obtenido de los alimentos y la actividad mecánica en los animales y humanos resulta de la combustión de los alimentos.

La capacidad energética de los alimentos se mide en Kcal o KJ y no es más que la cantidad de calor que eleva en 1ºC la temperatura de 1 g de agua.

A finales del siglo XVIII Laplace y Lavoisier experimentaron el fenómeno de la respiración con un conejito de indias. Después de 10 horas de respiración, el conejo había derretido 13 onzas de hielo y había producido cierta cantidad de CO2. Así  dedujeron que la respiración no era mas que una reacción de combustión, pues quemaron carbón y vieron que la fusión de la misma cantidad de hielo suponía la producción de la misma cantidad de CO2 que en el caso de la respiración del conejo.

Podemos decir que el cuerpo humano es una máquina química en la que el oxígeno que respiramos reacciona con los azúcares, las grasas y las proteínas obtenidas de la digestión para transformarlas en energía calorífica, trabajo mecánico y dióxido de carbono.

Nuestro cuerpo, tiene un rendimiento inferior al 20%. Así pues sólo el 20% de la energía calorífica procedente de la combustión de los alimentos se transforma en energía mecánica. De ahí que, de no hacer trabajo físico, esa energía se acumula en nuestro organismo en forma de grasa (reserva energética). Al realizar el trabajo físico, se produce mucha energía, el organismo se calienta y, si la disipación de calor no se realiza eficientemente, con el fin de recuperar el equilibrio térmico, 37ºC, comenzamos a sudar.

Para tener una dieta saludable hemos de consumir carbohidratos, grasas, proteínas, vitaminas y minerales.

Los carbohidratos son la principal fuente de energía. Su combustión produce energía, dióxido de carbono y agua.

Las grasas son los componentes que más energía nos proporcionan, esto es que más calorías tienen. A su vez dan lugar también al colesterol. Aunque las grasas son necesarias como amortiguador físico, como aislante térmico y protector de ciertos órganos como el intestino o el hígado, su exceso es perjudicial para la salud ya que origina obesidad y enfermedades cardiovasculares.

Con respecto a las proteínas, son la fuente principal de aminoácidos, y requieren de la acción de las enzimas para desnaturalizarlas. En la desnaturalización se producen los aminoácidos y azúcares (carbohidratos).

Por todo ello podemos concluir que hay que cuidar nuestro laboratorio personal, pues con ello nos va la vida.

Ruth  Císcar

Las drogas desde una perspectiva terapéutica.

     Esta entrada participa en la XIX edición del Carnaval de Química  organizado por @scariosHR en el blog de LEET ME Explain

Existen una serie de fármacos que actúan deprimiendo selectivamente sobre el sistema nervioso central  suprimiendo el dolor sin alterar la conciencia, pues se limitan a elevar el umbral del dolor. Son los narcóticos analgésicos.

Pese a tener distintas estructuras químicas, parece ser que entre todos ellos hay una serie de características comunes, que pueden ser las causantes de sus propiedades analgésicas.

• Un carbono cuaternario (1)
• Un grupo fenilo unido al átomo de carbono anterior (2)
• Un grupo amino terciario separado de anterior por dos átomos de carbono saturados.(3)
• En el caso de que el N terciario forme parte de un anillo de seis miembros, un grupo hidroxilo fenólico en posición meta respecto a la unión con el átomo de carbono cuaternario(4)

Este tipo de fármacos podemos clasificarlo en:

I. Morfina y derivados

El compuesto natural el la (-)-morfina, pero en medicina se emplean los sulfatos de morfina y el hidroclururo de morfina. La morfina se desintoxica en el hígado por conjugación. Se prepara por metilación del hidróxido fenólico de la morfina. La heroína también es otro analgésico, pero crea dependencia. La más potente, sin duda, la etorfina, que solo se emplea, por su elevada actividad, en captura de grandes animales salvajes.

Modelo estructural de la morfina

II. Morfirianos

El más conocido es el Levofarnol, (-)-3-hidroxi-N-metilmorfinano, que además de analgésico tiene propiedades antitusivas. La mezcla racémica es comercial en Alemania.

Levofarnol

III. Benzomorfanos

El más común es la pentazocina o cis-2-dimetilalil-5,9-dimetil-2´-hidroxi-6,7-benzomorfano, aunque también es común la fenazocina. El anillo benzomorfánico se prepara por ciclación de una mezcla racémica de dos isómeros de alquilpiridinas, pero la actividad analgésica radica en el levógiro.

IV. Fenilperidinas

Estructuralmente no parecen estar relacionadas con la morfina, sin embargo tienen en común un átomo de C cuaternario, una cadena etilénica, un grupo amino y un anillo aromático.  La petidina es el más común pero existen otros. 

petidina

V. Difenilpropilaminas

Estos analgésicos son ópticamente activos. El más común es la metadona, cuyo isómero activo más potente es el (-)

Metadona

Se sintetizó en Alemania durante la II Guerra Mundial, haciendo reaccionar el difenilacetonitrilo y el 2-cloro-1-dimetilaminopropano, dado que no había suficiente morfina para calmar el dolor de los heridos.

VI. Fenotiacinas

La más importante es la metoxifenotiacina.

Una vez presentados estos fármacos, vamos a ver cual es su mecanismo de acción. Actual fundamentalmente en el cerebro y en la médula del sistema nervioso central. El mecanismo exacto no se conoce pero parece interferir en los impulsos dolorosos cerca del tálamo por interacción con receptores específicos que pueden ser estáticos o dinámicos.

Los receptores estáticos tienen tres zonas esenciales.

• Una estructura plana que permite el enlace con el anillo aromático del fármaco mediante fuerzas de Van der Waals.
• Una zona aniónica capaz de asociarse con el centro básico del fármaco cargado positivamente.
• Una cavidad convenientemente orientada para acomodar la  porción de –CH₂-CH₂- (correspondiente a los carbonos 15 y 16 del ciclo de piperidina proyectada por delante del plano que contiene el anillo aromático y en centro básico.

Como receptores dinámicos se establece la hipótesis de que los antagonistas (fármacos que suprimen la excesiva depresión respiratoria ocasionada por la morfina y derivados) y los agonistas (opiáceos) interactúan con formaciones distintas del mismo receptor. El catión sodio induce en cambio conformacional que facilita la complejación con los antagonistas, al mismo tiempo que los iones manganeso, magnesio y niquel hacen que el receptor adquiera la conformación adecuada para interactuar con los agonistas. En ausencia de sodio se produce el efecto contario.

Así pues, como en la mayoría de los casos todos los productos químicos y/o naturales pueden ser usados en beneficio o en detrimento de nuestra salud. Todo depende de las dosis, el uso y/o abuso de la terapia y como no el conocimiento del mecanismo de acción del mismo.

Feliz Carnaval! 

Ruth Císcar

Mamá tengo controlado el pH, pero llama al 112

Esta entrada participa en la XVI edición del Carnaval de Química cuyo blog anfitrión es: jindetres.blogspot.com.es

Esta semana nuestros insaciables chicos nos han bombardeado de nuevo a preguntas. Paula, de 8 años, pregunta a Araceli porque se te hacen morados en los brazos y Álvaro, que se dio anoche un atracón, me pregunta porque se le hizo agria la cena. Aprovechando que todos tienen hermanos pequeños y todo se lo llevan a la boca, les propongo responder haciendo otra pregunta.

-“Chicos, además de llamar inmediatamente al 112, ¿que haríais si vuestro  hermano/a, ante un descuido de mamá le da un trago a la lejía  o a otro producto peligroso de los que tienen el símbolo? “

Ante sus caras era evidente que había que hablar de los ácidos y las bases.

Las sustancias ácidas y bases están distribuidas en nuestra vida cotidiana: en las frutas, algunos medicamentos, productos de limpieza, laboratorios, industrias,….

Todos conocemos ácidos como el acético del vinagre, el cítrico de las frutas, el sulfúrico que usan las baterías  incluso el clorhídrico de nuestro estómago. Estas sustancias tienen unas propiedades características:

• Sabor ácido.

• Reaccionan con los metales produciendo Hidrógeno.

• Dan un color característico a los indicadores.

• Reaccionan con las bases en un proceso llamado neutralización, en el que ambos pierden sus características.

Las bases también son muy comunes, como el amoníaco que usa mamá, como el hidróxido sódico de la sosa caustica y los antiácidos que necesita hoy Álvaro. Estos se caracterizan por:

• Ser amargos.

• Dar un color característico a los indicadores.

• Tener un tacto jabonoso.

• Reaccionan con los ácidos en un proceso llamado neutralización, en el que ambos pierden sus características.

Veamos algunos ejemplos sencillos:

Se encuentra en:	Ácido	Base
Vinagre	Acético
Aspirina	Acetil salicílico
Vitamina C	Ascórbico
Zumo de naranja/limón	Cítrico
Baterias de coche	Sulfúrico
Jugos gástricos	Clorhídrico
Limpiadores caseros		Amoníaco, lejía.
Laxantes		Leche de magnesia

- “Entonces, si mi hermano se bebe la lejía, ¿le podría dar zumo de naranja?” pregunta uno de los chicos.

- “Efectivamente, si toma un ácido hay que darle una base y si toma una base, hay que darle un ácido, mientras viene la ambulancia neutralizáis, cuando llegue el médico se le dice que ha bebido y qué le habéis dado. Pero lo primero es averiguar si es un ácido o una base. ¡Lo habéis pillado. !“

- “Entonces lo primero que hay que hacer es averiguar que contiene la botella, para saber si es un ácido o una base. Como puede que con el nombre no lo podáis saber hay que buscar la palabra pH.”

- “¿Qué es eso? – pregunta Victor de 10 años.

- “Cuando quieres saber lo que pesas mides los Kg, si lo que quieres averiguar es una longitud usas los m, para medir la temperatura usas los ºC, pues para medir lo ácido o básico que es algo usamos como unidad de medida el pH.”

- “La escala va del 0 al 14. El punto medio, cuando es neutro (ni ácido ni básico como el agua que bebemos) es 7. Todo lo que supera el 7 es básico, tanto más cuando su pH se acerca  14 y todo lo que está por debajo de 7 es ácido, lo más ácido tiene un pH de 0. Veamos algunos ejemplos en la tabla siguiente:”

- “Si miráis el pH, sabréis si hay que neutralizar con un zumo por ejemplo, o con bicarbonato o leche.”

- “¿Cómo se mide el pH?- pregunta Sergio de 9 años.

- “Hay varias maneras de hacerlo. Los químicos en los laboratorios usan unos aparatos que se llaman phmetros, también se puede usar papel indicador universal o indicadores químicos”

- “Esto es un phmetro: Al introducir el sensor en la disolución se produce un intercambio electroquímico y se mide la diferencia de potencial que nos da el valor del pH.”

- “El papel indicador, es un método más económico de medir el pH. Se trata de unas tiras de papel impregnadas de una mezcla de indicadores que dan como resultado un color preciso para ciertos valores de pH, por lo que se puede medir en una disolución sin más que comparar el color obtenido al añadir una gota de disolución con el de referencia que viene en la caja”

Los chicos se disponen a medir el pH de algunas muestras: vinagre, amoníaco, leche, zumo de naranja, agua y una disolución de bicarbonato de sodio. Ellos mismos usan el papel para medir el pH:

SUSTANCIA	pH
Vinagre	3
Zumo limón	2
Zumo naranja	3
Leche	6
Agua	7
Disolución de bicarbonato	8
Amoníaco	11

Seguidamente vamos a comparar estos resultados usando indicadores.  Los indicadores son colorantes orgánicos que cambian de color según estén en presencia de una sustancia ácida o básica. Se caracterizan porque solo funcionan en un rango específico de pH y algunos de ellos se encuentran en productos comunes como la col lombarda, los pétalos de rosa o la cúrcuma.  Veamos primero el rango de pH de algunos de ellos y que variación de color sufren:

Vamos a usar una disolución de fenolftaleína, un extracto de cúrcuma y otro de col lombarda para comparar los resultados.

La fenolftaleina es un indicador de pH muy conocido que se usa sobretodo para valoraciones ácido-base en química analítica, aunque también puede usarse para medir el pH de una disolución, de forma orientativa. Cuando el pH es inferior a 8 es incolora, pero al contacto con una sustáncia de pH suprior a 9 se vuelve violeta.

La curcumina es un colorante natural procedente de la cúrcuma, una especia que se cultiva en la India. El principio activo de la cúrcuma es el polifenol  curcumina (responsable del color amarillo). La especia es un componente del curry, así que hemos prepardo un extracto de curry en alcohol  para ver como cambia de color:

Variación del color con el pH del extracto de curry:

Variación del color con el pH del extracto de la lombarda:

Nuestros chavales se ponen manos a la obra y comprueban de manera cualitativa la coincidencia del pH teórico con los obtenidos con los indicadores naturales. Además observan que no todos los indicadores son útiles para cada disolución.

Hemos introducido el concepto de ácido-base, neutralización y pH de una manera natural, práctica y sencilla a niños de entre 8 y 12 años.

TODOS HEMOS APRENDIDO ALGO. Féliz Carnaval.

Ruth Císcar