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Consideramos que entre los tra-bajos de tipo experimentalapropiados para realizar con
alumnos de secundaria e inclusode bachillerato, se debe tener encuenta la obtención de cristales, yaque al ser llamativo y un tantoespectacular puede contribuir a quese desarrolle su interés por laQuímica.
Como aval a nuestra propuestacontamos con la opinión de dospremios Nobel de Química. Por unaparte Dorothy Hodgkin (1910-1994), Premio Nobel de Químicade 1964 por resolver medianterayos X la estructura de moléculasbiológicas como la penicilina y vita-mina B -12 y que, después de con-seguir el nobel, resolvió también lainsulina, cuenta en sus memoriascomo su interés hacia la cienciacomenzó cuando en la escuela primaria aprendió ahacer crecer cristales, utilizando productos que le faci-litaba un amigo de sus padres. Un excelente profesorde Química de secundaria hizo que no dudara en dedi-carse al estudio de esta materia y cuando planteó estadecisión a su madre, a la edad de quince años, lamadre le regaló un libro de William Bragg con lasConferencias de Navidad para niños titulado "Sobre lascosas de la naturaleza" que sirvió para consolidar suentusiasmo. En ese libro Bragg explicaba como através de los rayos X se podía llegar a conocer laestructura de los cristales.
Así mismo, John Cowdery Kendrew (1917-1997),Premio Nobel de Química de 1962 por el descubri-miento de la estructura de la mioglobina nos contó enuna conferencia en la Fundación Ramón Areces suinterés por el cultivo y la observación a través del mi-croscopio de los cristales y como la observación de loscristales individuales de la naftalina, que son como unaserie de rombos inscritos unos en otros, le habíanservido de inspiración para llegar a la idea de estructurahelicoidal de la mioglobina y así había podido darforma a las placas que obtenía mediante rayos X.
Nuestra experiencia como docentes, a lo largo demuchos años, nos permite afirmar que un porcentaje
mínimo de alumnos, por muy pocointerés que tenga hacia la cienciano se queda impasible después decultivar cristales. Interés queaumenta si tiene ocasión de obser-var los pequeños cristales a travésde un microscopio del tipo de laslupas binoculares de las que hay,prácticamente, en todos los centrosdocentes de enseñanzas no univer-sitarias.
Proponemos tras estas considera-ciones tres experimentos para tra-bajar con alumnos de enseñanzasmedias en los que se puedenobtener cristales de compuestosquímicos partiendo de productos deuso cotidiano.
1. OBTENCIÓN DE ÁCIDO SALICÍLI-CO A PARTIR DE LA ASPIRINA
El ácido salicílico se puede obtener a partir de la aspiri-na por hidrólisis del salicilato de etilo. Se hidroliza fácil-mente, hirviendo una disolución acuosa con unas gotasde ácido clorhídrico concentrado que actúa como cata-lizador de la hidrólisis.
Si son los alumnos los que manipulan los productosquímicos para evitar que utilicen ácido clorhídrico con-centrado se les puede dar HCl 5M y en lugar de unagotas añadirán 2 mL.
Para realizar el experimento podemos decirles quecoloquen una aspirina en un matraz de 100 mL, yañadan, aproximadamente, 75 mL de agua y una gotasde ácido clorhídrico concentrado. A continuación secalienta a ebullición hasta que se obtenga una disolu-ción casi transparente, se dejará enfriar, manteniéndolaen reposo, hasta el día siguiente.
Al día siguiente se pueden observar unas agujas blan-cas que ocupan todo el líquido. Es importante hacer elexperimento en un erlenmeyer pequeño porque resultamás interesante la observación de los cristales. Con fre-cuencia esos cristales, en forma de aguja, aparecen entorno a una serie de núcleos.
I.E.S. Fernando de Rojas,Colombia 46 37003 Salamanca
Manuela MartínSánchez
Facultad de Educación,28040 Madrid
Juan Gabriel Morcillo Ortega
MªTeresa MartínSánchez 4444
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Las agujas se retiran por decantación y para su identifi-cación se toma con una espátula una pequeña canti-dad, se coloca en un tubo de ensayo, se añade aguahasta, aproximadamente 2 cm de altura, se calientapara que se disuelvan, y se añaden una gotas de unadisolución de cloruro de hierro (III).
Los compuestos bencénicos con cloruro de hierro(III)dan una intensa coloración violeta ( morada).
Posibles preguntas para los alumnos que serán reali-zadas según la edad y conocimientos de estos:
Escribir la reacción de hidrólisis. ¿Qué iones son los que catalizan la reacción en es-
te experimento?.Describir los cristales y la forma de agruparse.Dónde se encuentra el ácido acético que se ha pro-
ducido en la hidrólisis.Explicar por qué la reacción con el cloruro de hierro
(III) será adecuada para un estudio colorimétrico.¿Cómo se podría investigar en medicina legal si una
persona ha ingerido una gran cantidad de aspirinas?
2. OBTENCIÓN DE UN ALUMBRE A PARTIR DE LATIERRA DEL JARDÍN
Un alumbre es una sal de un metal trivalente y unomonovalente que cristaliza con 12 moléculas de agua.La tierra del jardín es una mezcla de silicatos de alu-minio y metales monovalentes y divalentes. Hirviendo latierra con ácido sulfúrico se puede obtener sulfato dealuminio. Si al mismo tiempo se añade un sulfato de unmetal monovalente o bien otro compuesto de un metalmonovalente que reaccione fácilmente con ácidosulfúrico, se puede obtener un alumbre.
Los alumbres son unos compuestos que cristalizanfácilmente y " además los cristales de un alumbre cre-cen en la disolución de otro porque todos tienen lamisma estructura".
La forma de trabajar es colocar en una cápsula aproxi-madamente 30 g de tierra, añadir 40 mL de una disolu-ción 1 M en ácido sulfúrico y 1M en sulfato amónico.Se calienta a ebullición hasta eliminar todo el líquido.Una vez frío se añaden 30 mL de agua y se calientalentamente agitando para que se disuelvan las salessolubles que había en la mezcla.
Se filtra con un filtro de pliegues y la disolución se dejaen reposo hasta que aparezcan los cristales. Si sequiere que cristalice antes se calienta al baño maríahasta saturación.
Aparecerán los cristales octaédricos del alumbre rodea-dos de algunos cristales aciculares que pueden ser desulfato amónico y de sulfato de magnesio y que soncompletamente diferentes de los del alumbre. Los delalumbre se pueden separar con una espátula.
Se puede proponer a los alumnos que utilicen el alum-bre obtenido como mordiente, para teñir un trozo detela con un colorante. Bastaría con disolver los cristalesdel alumbre en agua, sumergir el tejido y añadir unasgotas de hidróxido amónico para que se forme elhidróxido de aluminio entre las fibras del tejido. Enlugar de hidróxido amónico se puede añadir carbonatode sodio. Por último se añade el colorante.
Deberán comprobar la diferencia entre teñir el mismotejido con un colorante si se utiliza el hidróxido de alu-minio como mordiente o si se tiñe sin mordiente.Después de secar la tela teñida deben lavarla parahacer la comprobación.
El hidróxido de aluminio es coloidal y tiene grancapacidad de absorción para el agua, sales, colorantes,fermentos, etc . Hay colorantes que no se fijan directa-mente en las fibras, sobre todo de algodón y de hilo, ypara teñirlas lo que se hace es precipitar el hidróxido dealuminio sobre la fibra y éste después fija el colorante.Por dicha característica al hidróxido de aluminio se leconoce como mordiente.
Preguntas para los alumnos:
Escribir la reacción de obtención del sulfato de alu-minio.
Escribir fórmulas de distintos alumbres.¿Por qué para filtrar se utiliza un filtro de pliegues?¿Cómo se llama y por qué se realiza la operación de
calentar al baño maría?¿Cuáles son las características de los cristales de
los alumbres?Escribir la reacción de obtención del hidróxido de
aluminio.Características de los hidróxidos coloidales.¿Qué es una laca?¿Qué es un mordiente?
3. OBTENCIÓN DE CAFEÍNA A PARTIR DE TÉ O DE CAFÉ
La cafeína sublima fácilmente al ser calentada y sepueden conseguir cristales, en forma de agujas trans-parentes, si los vapores chocan sobre un vidrio queesté frío.
Se puede comprobar que estos cristales no son so-lubles en agua y se disuelven con facilidad en acetona.
El experimento se puede realizar calentando en un vasopirex de forma alta, de 100 mL, que esté completa-mente seco, té o café. Sobre el vaso se coloca un vidriode reloj con agua fría.
Es importante que el vaso sea de forma alta para que elvidrio de reloj quede más lejos del foco calorífico. Elexperimento suele resultar mejor con té que con café.
Al calentar surgen unos vapores blancos, que al tocarcon el vidrio de reloj, cristalizan en la parte inferior. No
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debemos olvidar que si se calienta lentamente puedeocurrir que los cristales se formen en la parte superiordel vaso en lugar de formarse en el vidrio de reloj.Incluso alguna vez que hemos calentado despacio conun hornillo eléctrico, donde hemos dejado el recipientevarias horas después de desconectar, hemos encontra-do cristales de cafeína en formas arborescentes sobrelas hojas de té.
Es interesante observar los cristales con una lupabinocular. Son una serie de agujas transparentes queaparecen, con frecuencia mezcladas con una sustanciamarrón pegajosa.
Se pueden disolver en acetona y recristalizar.
Si se desea obtener más cantidad de cafeína y máspura, se puede seguir la receta de Mitchell (1974)que consiste en hervir, durante veinte minutos, 50 gde té en 200 mL de agua con 35 g de carbonato desodio para eliminar los taninos Después de filtrar yenfriar se extrae el té de la disolución resultante con30 mL de diclorometano, agitando suavemente,para evitar que se formen emulsiones. Se deberepetir la operación unas cinco veces, utilizandocada vez 30 mL de diclorometano. Se evapora albaño maría la disolución de diclorometano y seobtiene como residuo la cafeína. La cafeína se
puede cristalizar disolviéndola en benceno o acetona.
Esta segunda forma resulta más costosa en tiempo yproductos pero tiene varias ventajas: se obtiene mayorcantidad de cafeína y más pura y los alumnos apren-den a hacer una extracción.
Preguntas:
Indicar qué cambios de estado han tenido lugar.Describir los cristales.Comprobar si se disuelven en agua o acetona y a
partir de las conclusiones indicar el tipo de enlacequímico.
¿Los cristales de la cafeína son similares a los de lasal o a los de la naftalina?.
¿Las fuerzas que existen en los cristales son deCoulomb o de Van der Waals?.
Buscar en la bibliografía la fórmula de la cafeína y dela teobromina y compararlas.
Hacer una relación de los productos de la vida corri-ente que contienen cafeína.
¿Es buena para la salud?.Hacer una relación deventajas e inconvenientes.
¿Tiene cafeína el chocolate?.¿Cuál es el fundamento de una extracción?.¿Por qué la operación se debe repetir varias veces?.¿Qué es decantar?.
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