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REVISTA INVESTIGACIÓN QUÍMICAVICENTE GARRIDO CAPA
Asociación de Químicos de Castilla y León
Revista nº 3 – 2016
1
RevistaInvestigaciónQuímicaVicenteGarridoCapa
Índice
_______________________________________________________________________________________________________Editorial 3
EstudiodelacalidaddelasaguasdelRíoÓrbigo 5
MarinaPérez,DanielFernándezyElenaPérez(1ºBachillerato)
ProfesoraPatriciaMartínez
IESSantaMaríadeCarrizo,CarrizodelaRibera(León).
Estudiodelefectoantibacterianodeclorofilas,carotenosyxantófilas* 20
SaraDib,IrenedelReyyMilagrosBergara(4ºESO)
ProfesoraMªVegaGarrido
IESVíadelaPlata,Guijuelo(Salamanca)
Generacióndeelectricidadconfrutas 42
MiriamSuena,ÁngelaGonzálezyClaudiaBlanco(4ºESO)
ProfesoraNoeliaFranco
ColegioSanJosé,Valladolid.
Iluminacióndeemergenciaencarreteraporquimioluminiscencia* 51
ClaudiaPintado,IreneFernándezyMartaÁlvarez(1ºBachillerato)
ProfesorJoséIgnacioEsquinas.
ColegioLaInmaculada,Ponferrada(León).
Investigacióndelafermentacióndelmosto** 64CarmenAlegría,ClaudiaAlonsoyFranciscoCuevas(1ºBachillerato)
ProfesoraGemaCarrica
ColegioConcertadoBilingüeDivinaPastora,León.
Investigarlasdiferentespropiedadescoligativasendiferentesdisolucionesacuosas** 86
AdriánArribas,AliciaSamenteroyRicardoSerrano(4ºESO)
ProfesoraMªPilarLealInsua
IESMarianoQuintanilla,Segovia.
Lecheycanelacontraloshongos.Labatallafinal* 94DavidEscudero,VíctorGutiérrezyAyoubelYousfi(1ºBachillerato)
ProfesorRamónPolanco
IESTrinidadArroyo,Palencia.
Obtencióndebiodieselporreaccionesdetransesterificación 135
MaríaÁlvarez,MarcosBlancoyPaulaPosadilla(1ºBachillerato)
ProfesorJoséIgnacioEsquinas
ColegioLaInmaculada,Ponferrada(León).
Pastadedientesparaelefantes 146
AlejandroMerino,JavierMartínyFernandoPoncela(4ºESO)
ProfesoraHelenaRoncero.
ColegioCompañíadeMaríaLaEnseñanza,Valladolid.
Página
2
_______________________________________________________________________________________________________Teléfonosmóviles:Unaminadeoro* 155MiriamRobledo,MaríaSalineroyPaulaYuste(4ºESO)ProfesoraMaríadelMarGonzálezIESVíadelaPlata,Guijuelo(Salamanca).*Trabajosfinalistas**Trabajosganadoreshttp://www.quimicoscyl.org/concursoquimicaISSN:2386-5067
Número3.Mayo2016
3
Editorial
Lacienciasecomponedeerrores,queasuvezsonlospasoshacialaverdad”.
JulioVERNE,Escritorfrancés,1828-1905.
La revista de Investigación Química “Vicente Garrido Capa” es una revista digital deperiodicidad anual, editada por la Asociación de Químicos de Castilla y León, dirigidaprincipalmente a alumnos y profesores de enseñanza medias. La revista está destinada apublicar los trabajos de investigación seleccionados en la III Edición del CONCURSO deinvestigación química "Vicente Garrido Capa", iniciativa de AQCyL en colaboración con laConsejeríadeEducacióndelaJuntadeCastillayLeón.
Estapublicaciónnacióconelánimodeconstituirunespaciodereferenciadelainvestigacióncientífica que se realiza en los Centros Educativos, un medio propicio para la difusión,consolidaciónydesarrollodenuevasideaseiniciativas.
LaA.Q.C.yL. no puede pormenos que agradecer aVicenteGarrido Capa su colaboración yapoyo desinteresado. En su honor, hemos añadido su nombre al concurso, nombreindisolublementeunidoalaquímicadenuestraComunidad.
Por otro lado, su figura es digna de reseñar, no solo por su reconocida trayectoriaempresarialcomofundadordeLingotesEspeciales,S.A.,referentemundialenlafabricaciónde piezas de hierro para la automoción, sino también su talla humana debería servir deejemplo catalizador de nuestros jóvenes, su evergetismo y humanidad ha transcendido atodaslasfacetasdesuvida.
Químico de formación, VicenteGarrido Capa creó en 1968unapequeña empresa familiar,que ha sabido transformar en una empresa con una gran proyección nacional einternacional. Además, ha desempeñado una intensa actividad pública, defendiendo losinteresesdelsectorindustrialyempresarialenlosmásdetreintacargosinstitucionalesquehaocupadoensudilatadavida.
En la III Edición del CONCURSO de investigación química "Vicente Garrido Capa", se hanpresentado un total de 30 trabajos, con una participación de noventa estudiantespertenecientesacincoprovinciasdenuestraComunidadAutónoma.Enestenúmerosevanapublicar diez trabajos de investigación: los seis finalistas y cuatro más que el jurado havaloradopositivamente.
Latemáticadelostrabajospresentadosalconcursohasidomuyvariada,desdeelestudiodereacciones químicas espectaculares al análisis de algunas propiedades de sustancias quepermitanobtenerenergíasostenible,recuperarmaterialesdedesechooelusodeproductosnaturalescomofungicidasoconefectoantibacteriano.
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Debemosdestacarlasensibilidaddemuchosdeestasinvestigacionesporelmedioambiente.ElanálisisdelacalidaddelRioÓrbigoatravésdesucorrectacaracterizaciónfisicoquímicadel agua permite percibir la necesidad de mantener la calidad del agua. Esa mismaconciencia se observa en la creación de electricidad con frutas o la síntesis de biodiesel apartirdeaceitedegirasol.Elrecicladodeviejosmóvilespermiteobteneroro,metalbastantecaroycadavezmenosabundante.
La investigación básica está representada con el estudio de las propiedades coligativas dediferentes disoluciones acuosas y el análisis de las variaciones de las propiedadesfisicoquímicasdelmostocuandoseconvierteenvino.
Aprovechoesteepígrafeeditorialparaagradeceraprofesores,alumnos,CentrosEducativos,Junta de Castilla y León y, Jurado por su implicación en este proyecto. A Mila Blanco,secretaria técnica de AQCyL, por la confección del tercer número de la revista deInvestigaciónQuímica“VicenteGarridoCapa”
BegoñaNúñezdelaPlaza
PresidentedelaSecciónTécnicadeEnseñanzadeAQCYL
BegoñaNúñezdelaPlaza
PresidentedelaSecciónTécnicadeEnseñanzadeAQCYL
Mayo2016
ASOCIACIÓNDEQUÍMICOSDECASTILLAYLEÓN
C/AlfonsoV,nº11Ppal.Izda.24001LEÓN(ESPAÑA)
http://www.quimicoscyl.org
___________________________
RevistadeInvestigaciónQuímicaVGC3.Mayo2015
ISSN:2386-5067IIIConcursodeInvestigaciónQuímicaVicenteGarridoCapa
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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ESTUDIODELACALIDADDELASAGUAS
DELRÍOÓRBIGO*MarinaPérez,DanielFernándezyElenaPérez(1ºBachillerato)
ProfesoraPatriciaMartínez
IESSantaMaríadeCarrizo,CarrizodelaRibera(León)
Durantelosmesesdefebrero,marzoyabrilde2016seharealizadounacaracterizaciónfisicoquímicadelaguadelríoÓrbigo,conelfindeestimarlacalidaddelagua.Paraestosehadecidióanalizarlaevolucióndelasvariables
fisicoquímicasenuntrayectode22kmdecauce,tomandoparaellocuatropuntosdemuestreoenzonasmássensiblesdecontaminación.ApartirdedatosdepH,materialensuspensión,demandaquímicadeoxígeno,anhídridocarbónico,cloruros,turbidez,carbonatosybicarbonatos,residuosecoyconductividad
eléctricaseharegistradounabuenacalidaddelcauceenestetramo.Ademásnoshapermitoobtenerjustificacionestalescomoquenoesunaguaaptapara
consumohumanoaunqueesexcelenteparaelriego.
1.FASEDEPLANTEAMIENTO
1.1.OBJETIVOS
El objetivo principal del presenteproyecto es determinar la calidad delaguadeunsectorde22kmdecaucedelríoÓrbigoenlaprovinciadeLeón,conelfin de fijar su estado actual y lasposibilidadesdeusodelamisma.
_____________________________Revista Investigación Química VGC, 3, 5-19,*Proyectofinalista.Mayo2016.ISSN:2386-5067
Losobjetivossecundariosson:
-Determinarlacalidadfísico-químicadelasaguasdelríoÓrbigo
- Controlar y analizar la variaciónespacialdelacalidaddelasaguas.
Setratadeunainvestigacióndescriptiva,con un enfoque cuantitativo, donde lametodología corresponde a ladeterminación de parámetros físico-químicos.
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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Se han escogido cuatro puntos demuestreoquesedistribuyendesdecercadel nacimiento hasta 22 km para vercomo es la evolución de la calidad deagua.Puestoqueseviertenaguasfecalesen un punto y se realiza una forma deriego por manta y ello puede estardeteriorandolacalidaddelasaguas.
1.2.LOCALIZACIÓN
El río Órbigo nace de la unión delríoLunay elrío Omaña, en el pueblodeSecarejo, discurre de norte a sur porla provincia de León y cede sus aguasalrío Eslaaguas abajo de la ciudaddeBenavente.Tieneunalongitudde162kmydrenaunacuencade4.995km².
Su cauce da origen a una de las másfértiles riberas de España tanto por suriqueza vegetal como por sus especiesanimales.
1.3.ANTECEDENTES
Desde nuestros antepasados, el ríoÓrbigo se ha considerado un río dealtísima calidad, no sólo por sus aguas,sinotambiénporsuvegetación(chopo)ysu fauna (trucha común) tan biencuidadas. Este río nace tras la unión deotros dos muy importantes situados enzonas próximas a la Cordillera
Cantábrica que son el río Luna y el ríoOmaña, más exactamente en el puebloSecarejo, y los consideramos de estamanera importantes porque de susembalses proviene el agua que utilizangran parte de los pueblos leoneses paralaagricultura.
Hasta ahora, no ha habido un estudioexhaustivo sobre estas aguas, aunque laConfederación Hidrográfica del Duero(CHD) ha propuesto hacer un plan demedidas y sistemas para elmantenimiento de limpieza del Duero yde sus afluentes, ya que el ÓrbigodesembocaenelEslayesteenelDuero.
2. FORMULACIÓN DE DISEÑO DE LAINVESTIGACIÓN
Sehan escogido lospuntosdemuestreoqueseanrepresentativosdelaevoluciónde los parámetros físico-químicos ypoder detectar los focos decontaminaciónenlazonadeestudio.Lospuntosdemuestreosonlossiguientes:
1.-Secarejo
2.-CarrizodelaRibera
3.-LaMilladelRío
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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4.-SantaMaríadelRey
Es importante señalar que antes de lossegundos, terceros y cuartos puntos demuestreohaycercafincasdestinadasalaagricultura, donde se ha realizado riegopor manta. Además, después del tercerpunto de muestreo se han vertido lasaguas fecales de los Ayuntamientos deCimanes, Llamas y Carrizo. Todo ello hapodido contribuir a la contaminacióndeestetramoderío.
La recogidademuestras seha realizadoen frascos de polietileno opacos contapónroscado,conunacapacidadde100ml, llenadoscompletamentesinespaciospara aire para evitar la contaminaciónposterior.
Sehadecididodeterminar lassiguientesvariables, como las que caracterizan lacalidadfísico-químicadelasaguas:
2.1.pH
El estudio del pH tiene por objetoconocer si se trata de aguas ácidas,neutras o básicas, y como consecuenciasaber si existen concentraciones altas obajasdediversoselementos,así comosiesposiblelapresenciadevidaacuática.
2.2MATERIALENSUSPENSIÓN
El agua ejerce una gran acción detransporteasupasoporlasuperficiedelatierra.Unaformadeestetransporteesla suspensión, que se realiza sobrepartículas insolubles: materia ensuspensión.
Las lluvias torrenciales son causa deaumentos considerables en el contenidode materia en suspensión de un rio.Normalmenteaumentaconel caudalyalolargodelcursodelrio.
2.3.-DEMANDAQUÍMICADEOXÍGENO(D.Q.O.)
Nosbasamosenquelasaguasnaturales,aparte de las sustancias minerales,contienen en solución o en suspensiónsustancias orgánicas que provienen dellavadodelossuelos,delmetabolismodelosorganismosquevivenenelmismo,oson aportadas por el hombre en el usoquehacedelagua.
Lasmateriasorgánicassonunafuentedealimentación para los organismos del
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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agua. La materia orgánica vadesapareciendo progresivamente al iroxidándose y dar otros compuestos, porejemplo, el carbono se oxida dandoanhídridocarbónico.
Las aguas naturales suelen presentarmuy bajas cantidades de materiaorgánica. La presencia deconcentraciones poco importantes demateria orgánica indica fuentes decontaminación, que hemos muestreadoenel rioenunazonademusgooqueelrioatraviesaáreasdeturberas.
La materia orgánica se determinamidiendo la cantidad de oxigeno que senecesita para oxidarla totalmente. Elestudio de la D.Q.O. debe realizarse loantesposible.
Para ello hemos hallado el volumen depermanganato potásico utilizado en unamuestra de agua destilada paracompararlo con el utilizado en unamuestradelaguadelrioÓrbigo.
El conocimiento de la demanda químicade oxigeno es importante comoparámetrodecontaminacióndeunagua.Sin embargo, debe utilizarse solo paracompararlasmismasaguasendiferentescircunstancias, y no aguas diferentes,pues cada agua puede tener agentesreductores,conocidosono,quefalseenelresultado.
2.4ANHIDRIDOCARBÓNICO
El anhídrido carbónico es un gasrelativamentesolublequesedisuelveenelaguaorelacionaconlamismaparadarácido carbónico que se disociada encarbonato y bicarbonato se forma pordescomposición oxidación de la materiaorgánica por aportes volcánicos por larespiración de los microorganismosetcétera de lluvia puerta en una buenacantidad de anhídridocarbónico quedisolvierondelaatmósfera.
Su papel en el agua esmuy importantepor determinar en gran medida el
comportamientoquímicodelaguafrenteamuchosminerales.
2.5CLORUROS
El ioncloruro,Cl-,estásiemprepresenteenlasaguas,ysuconcentracióndependede los terrenos que atraviesan. Suintervalo de concentración es muyamplio, se han encontrado desde2mg/litro hasta 2.750 mg/litro. Lasaguas amplias del mar presentanconcentraciones mucho mayores, sobrelos20.000mg/litro.
En las zonas del interior los principalesresponsables de la salinidad no sonclorurossinoloscarbonatosysulfatos.
Algunasindustrias,comolasdesaladodecarnes y pescados, contribuyen a lapresenciadeclorurosenlasaguas.
Los cloruros dan al agua un sabordesagradable, pero su efecto nocivo escasinulo.
2.6TURBIEDAD
Laturbiedaddeunaguaestáenrelacióncon la proporción de sólidos disueltosque contiene. Se suele hablar deturbiedadotransparencia.
La transparencia de un agua se sueleexpresar normalmente como laprofundidad de visión que permite, quesemidamediante turbidímetro o con eldiscodeSecchi.
El disco de Secchi es un disco blanco, oblanco y negro, de 20 a 30 cm dediámetro, que se sumerge en el aguahasta la profundidad en que no seobserva. La profundidad hasta la que seve,estárelacionadaconlatransparenciadedichoagua.
2.7CARBONATOSYBICARBONATOS
El anhídrido carbónico CO2, puedeencontrarse en ciertos manantiales de
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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aguas carbónicas, en las aguas de lluviaque disolvieron el CO2 atmosférico,debido a la respiraciónde organismos ymicroorganismosenelmedioacuáticooa la descomposición en el mismo de lamateriaorgánica.Enelaguadeloslagoso embalses aumenta su concentraciónpor lanocheante laausenciade funciónclorofílicaquenecesitadelaluz.
En un agua natural se puede encontrartambién ácido carbónico disuelto. Elácido carbónico actúa sobre loscompuestos cálcicos magnéticos delsuelo, formando los bicarbonatoscorrespondientes. Algunas aguascontienen estas sustancias en talcantidadquedanlugaralasestalactitasyestalagmitas.
Normalmente existen carbonatos ybicarbonatosdecalcio,magnesioysodio,queson los trescationesmás frecuentesenelagua.
Elanhídridocarbónico,enelagua,puedeestar libre o combinado. El libre enestado molecular o agresivo, y/o comoácido carbónico, cuya determinacióntiene muchas veces interés industrialpues a él se debe la acción que ciertasaguas ejercen sobre el cemento y otrosmateriales de construcción. Elcombinadoestarácomobicarbonatoy/ocarbonato.
Elioncarbonatosueleexistirsiempreenmuy pequeñas cantidades, debido a subajasolubilidad.
2.8 RESIDUO SECO. CONDUCTIVIDADELECTRICA
Sedenominaresiduosecoalpesode lassustancias disueltas en 1 litro de aguasnaturales después de la evaporación dellíquido. Está compuesto, esencialmentede sales minerales. Si la contaminacióndel río es importante habrá también unporcentajealtodemateriaorgánica.
Lacantidaddesustanciasdisueltasenelagua de un río con la naturaleza
geológicade la cuenca, conel caudaldelrío, con la pluviometría, con latemperaturadelagua.
3.FASEDEEXPERIMENTACIÓN
Para determinar estos parámetros esmuy importante que el agua que seutilizaparaformarlasdisolucionesnoseencuentre contaminada por ello seprocedió a la elaboración de aguadestilada.
Para ello se utilizó un aparato dedestilación, que consta de un tubo conuna resistencia que se calienta paraproducir la evaporación del agua hastaque sus componentes más volátilespasan a la fase de vapor. Así en lafotografía adjunta se ve el color rosáceodebido a que la resistencia se hacalentado.
Despuéssepasaporunserpentíndondeel vapor se enfría y pasa a líquido
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recogiendo el componente más volátil,quesetratadeaguapura,enunagarrafalibre de contaminación. En la siguientefotografía se ven las distintas partes deldispositivodedestilación:
3-1 pH
Se utilizó un pHmetro marca Pierronmodelo Testeur pH-stylo de referenciaMT4962. Dicho pHmetro tiene lassiguientescaracterísticastécnicas:
- Rangodemedida:0a14pH- Resolución:0,1pH
- Precisión:±0,2pH- IntervalodeTemperatura:de
0ºa50ºC
3.2.MATERIALENSUSPENSIÓN
Colocamos el filtro en una capsula deporcelanapreviamentepesada(55.5g)ysecamos en una estufa a 110ºC. Latemperatura debe controlarseminuciosamenteporqueconellavariaelresultado al poder descomponerseciertoscompuestos.
Dejamos enfriar y pesamos la capsulajuntoconelpapeldefiltro.
Para hallar el valor de materia ensuspensión aplicamos la siguientefórmula:
Donde:
P es el peso final de la capsula con elfiltrado,enmg,
P´es el peso de la capsula vacía mas elpesodelpapeldefiltro,enmg.
3.3. DEMANDAQUÍMICADEOXÍGENO(D.Q.O.)
Para llevarla a cabo colocamos en unmatraz erlenmeyer 100 ml de aguadestilada, añadimos 5 ml de ácidosulfúrico 1:3 y varios ml depermanganato potásico 0.1N. Hervir lamezcladurante10minutos.
A la disolución roja ir añadiendo con laburetaacidooxálico0,01Nhastaqueseproduzca la decoloración. Acontinuación,denuevoañadirunasgotasde permanganato hasta la aparición deltonorosado.
En este líquido que ahora no tendrámateria orgánica echar 10 ml de ácidooxálico 0,01 N, calentar y añadir con la
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bureta la disolución de permanganatohastaqueapareceelcolorrosado.
Anotamos el volumen de permanganatopotásicoutilizado.
A continuación tiramos el contenido delmatraz y sin lavarlo poner 100 ml deagua de muestra, añadir 5 ml de ácidosulfúrico 1:3 y mantener en ebullicióndurante10minutos.Elvolumendeaguaperdido se repone añadiéndole aguadestilada.
A la solución hirviendo añadir 10ml depermanganato y seguir calentando aebullición suavemente durante 10minutos.
Ladisoluciónhabráadquiridocolorrojo.Inmediatamente añadir 10ml de ácidooxálico 0,01N y seguir hirviendo hastaqueladisoluciónsedecolore.
Sobre esta disolución valorar con labureta conteniendo permanganatopotásico 0,1N hasta que se aprecie unacoloración rosada fugaz. Anotamos elvolumendepermanganatoutilizado:
LafórmuladelcálculodelD.Q.O.es:
A=[(V+10)f-10]0,8
Dónde:
f es el factor de la solución depermanganatoquesecalcula f=10/M.Ves el volumendepermanganatogastadoen la valoración sobre el agua de lamuestra, y M es el volumen depermanganato gastado sobre lavaloraciónconelaguadestilada.
3.4ANHIDRIDOCARBÓNICO
Colocar 25 mililitros de agua en unmatraz erlenmeyer y añadir 25 ml dehidróxido de sodio 1N y unas gotas deindicador de fenolftaleína la disoluciónadquirirá un tono violáceo rojizo acontinuaciónvalorarconunaburetaquecontenga ácido clorhídrico 0,1 Nproduzca el viraje incoloro anotar lacantidad de clorhídrico utilizado en lavaloración.
Donde:
V=volumen de agua tomada para ladeterminación(25ml)
V1=volumen de hidróxido sódico 1 Nañadido
V2=volumen en ml de clorhídrico 0,1 Nutilizadoenlavaloración.
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3.5CLORUROS
Primero, añadimos unas gotas dereactivo cloruros a todas las muestras,presentando así un color amarillento,para a continuación, valorarlas conNitrato de Plata 0,01 N hasta queconsigamosuncolorrojoanaranjado.
Donde V es el volumen de Nitrato dePlata0,01N.
3.6TURBIEDAD
El disco de Secchi es un disco blanco, oblanco y negro, de 20 a 30 cm dediámetro, que se sumerge en el aguahasta la profundidad en que no seobserva. La profundidad hasta la que seve,estárelacionadaconlatransparenciadedichoagua.
3.7CARBONATOSYBICARBONATOS
PuestoqueelpHnoshadadounamediade 7,5 no podrá haber en disoluciónácido carbónico libreyaquedebería serelpHmenorde4,3.Perosipodráhaberbicarbonatos.
ColocarenunErlenmeyer25mldeaguapreviamente filtrada (muestra incolora),yañadir5gotasdefenolftaleína,sol.5%.
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Valorarconácidoclorhídrico0,1Nhastaque la disolución se decolore. Anotar lacantidad de ácido clorhídrico utilizado(V1).
A continuación, añadir 5 gotas deanaranjado de metilo, sol. 0.1% ycontinuar la valoración hasta que seproduzcaelvirajedeamarilloaparduzcoo salmón. Anotar la cantidad de ácidoclorhídricoutilizado(V2).
3.8 RESIDUO SECO. CONDUCTIVIDADELECTRICA
Tomar 100 ml de muestra exactamentemedidos, para ello utilizamosunmatrazaforado, y colocar en una cápsula deporcelana previamente pesada. Lavar elmatraz con agua destilada y añadir elaguaalacapsula.
A continuación practicamos laevaporación. Colocar la cápsula en unbañomaríahastasequedad.
Posteriormente desecar durante treshorasenunaestufaa110ºC.
Dejarenfriarypesar,Volveradesecarypesar de nuevo repitiendo el procesohastaconseguirunpesoconstante.
Peselpesodelacápsulaalfinalenmg
P´eselpesodelacapsulavacíaenmg
La conductividad se mide enmicromhos/cm. Conociendo el residuoseco se puede establecer la siguienterelación:
Conductividadespecífica(ohm-1cm-1=(Resíduoseco)/0,86
4.FASEDETRATAMIENTOYANÁLISISDEDATOS
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4.1.-pH
ElvalordepHfluctúaentrelosvaloresde7,3y7,8.
LatendenciaesqueelpHaumentadesdeelnacimientohasta22kmposteriores.Elagua muestra un valor básicoposiblemente debido a la erosión de lasrocasque conformanel caucedel río. Elvalor anormalmente alto de La Millapuede ser debido a la proximidad delfocodesalidasdeaguas fecalesyqueesunazonadondeelaguaseencuentramásestancada que en el resto de los puntos
demuestreo, debido a la proximidad delapresa“Espigón”.
4.2.MATERIALENSUSPENSIÓN
Apartir de los datos de lasmuestras sehaobtenidounaconcentraciónmediade11,6 mg/L con un valor máximo de14,5mg/lyunvalormínimode8,2mg/l.
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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Teniendo en cuenta la siguiente tabla,que relaciona la materia en suspensióncon la situación del cauce, podemos
concluir que no se trata de aguascontaminadas.
4.3.DEMANDAQUÍMICADEOXÍGENO(D.Q.O.)
S= materia ensuspensión(mg/l)
TIPODEAGUAS LOCALIZACIÓN
S<10 Situaciónmuybuena Zonas superiores de los ríos, arroyos ofuentes.
10<S<25 Situaciónnormal Zonas superiores y medias de los cursosdeaguademontañaypremontaña.
25<S<50 Situaciónbuena Zonas medias e inferiores de ríos demontañayllanura.
50<S<75 Situaciónbuena Zonas inferiores de algunos grandes ríos.Ríossobreterrenoarcilloso.
75<S<150 SituaciónnormalRíosdemontañaenperiododeestiaje.
Ríoscontaminados.
150<S<300 Situaciónmediocre Ciertos torrentes de montaña y ríoscontaminados
S>300 Situaciónanormal Cursos de agua particulares y zonas muycontaminadas.
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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Puesto que el valor deDQOobtenido esuna media de 2,175 mg/L podemosconcluir que se trata de aguas nocontaminadas, teniendo en cuenta laclasificacióndelatabla:
Una clasificación de un agua según suconsumodeoxígenoeslasiguiente:
Sólo hay unpunto demuestreo quenosda valores sospechosos decontaminación, debido a que las aguasfecales sonarrojadasenestepunto.Ellopodría ser un problema si en el futuroeste caudal de aguas fecales aumentara.A partir de estos resultados concluimosque estas aguas no son aptas paraconsumohumano.
4.3ANHÍDRIDOCARBÓNICO
Normalmentesuvalorsesitúaentre1y30 ppm. Por lo tanto, puesto que entodos los puntos de muestreo se sitúainferior a las 30 ppm, podemosconsiderar un dato dentro de lanormalidadparaaguasnocontaminadas.
4.5CLORUROS
Loscambiosbruscosenlaconcentraciónde los cloruros en el agua es unindicativodecontaminación.Laorinadelhombre y de los animales tiene un grancontenido de cloruros, por ellos lamedida de los cloruros en las aguasresidualesdelasindustriasganaderasesun parámetro fundamental, porinfiltrarseenelterrenoycontaminarlosacuíferos o por ser vertidos a los ríosdestruyendo su vida e impidiendo suposterior utilización. Puesto que semuestra un valor bastante regular a lolargo de estos 22 km de cauce no dasignodecontaminación.
Oxigenoconsumido(mg/l) TIPOSDEAGUAS
oxigenoconsumido<1 Aguasmuypuras
1<oxigenoconsumido<3 Aguasnaturalessincontaminar
3<oxigenoconsumido<4 Aguassospechosasdecontaminación
oxigenoconsumido>4 Aguascontaminadas.
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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Con lo cual esta agua es válida para elriego, puesto que tiene un límite detolerancia de 300 mg/l. Pero no esadecuadapara consumohumanoyaqueel código alimentario Españolrecomiendaunmínimode250mg/L.
Además observamos que las muestrasqueestánmáscercade lapoblaciónsonlasquemayoresvaloresdepHtienen.
4.6.-TURBIDEZ
En los cuatro puntos de muestreo sedeterminó que las aguas eran entreclarasyde claridadmedia. Seobservóamedidaque sedescendía en el cauceunaumentodelaturbidez.
4.7CARBONATOSYBICARBONATOS
La valoración no dio cantidades debicarbonatosendisolución.
4.8RESIDUOSECO.CONDUCTIVIDADELÉCTRICA
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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020406080100120140160180
Secarejo Carrizo LaMilla SantaMarinadelRey
Residuoseco/m
g/l
Puntosdemuestreo
Elresiduosecodaunamediade130mg,lo cual concuerda con lo esperado paraaguas dulces, cuyo valor tenía que estarentre las 50 y 1500 ppm. Además va
aumentando la cantidad de sólidos ensuspensiónalolargodelcauce.
Laconductividadquesededucedeestosresultadoses:
Nos confirma que es un agua apropiadapara riego porque es menor de 2000ohm-1cm-1.
Ademásapartirdelosresultadosvemosqueamedidaqueelaguasedesplazavaerosionando las rocas, aumentando laconcentración de iones en suspensión y
M.Pérez,D.FernándezyE.Pérez EstudiodelacalidaddelasaguasdelRío(…)
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ello da lugar a un aumento de laconductividad.
Referencias________________________________________________
Fernández, José Gumuzzio “Equipo deAnálisisdeAguas”EditorialTecnologíaySistemasDidácticos,S.A.(1993).
Porras Marton, J. “Calidad yContaminación de las AguasSubterráneasenEspaña.IGMEMadrid.
Rodríguez Ramos, Isabel “El Órbigo”EditorialLoboSapiens(2015)
UNE-EN ISO 5667-1. Calidad del agua.Muestreo.Parte1:Guíaparaeldiseñodelosprogramasdemuestreoytécnicasdemuestreo.(ISO5667-1:2006)(2007)
UNE-EN ISO 5667-3. Calidad del agua.Muestreo. Parte 3: Guía para laconservación y manipulación de lasmuestras de agua. (ISO 5667-1:2006)(2004)
http://www.chduero.es/
http://www.diariodeleon.es/
https://www.google.com/maps
http://www.magrama.gob.es/es/agua/planes-y-estrategias/
https://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/quality.shtml
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
20
Estudiodelefectoantibacterianode
clorofilas,carotenosyxantófilas*
SaraDib,IrenedelReyyMilagrosBergara(4ºESO)
ProfesoraMªVegaGarrido
IESVíadelaPlata,Guijuelo(Salamanca)
Ennuestrotrabajohemosaisladoclorofilaycarotenosdediversos
vegetales(espinacas,pimiento,tomateyzanahoria),condoblepropósito,porun
ladoaprenderlastécnicasexperimentalesparaaislarestassustancias,yporotra
parteinvestigarelposibleefectoantibacterianodeclorofilasycarotenos,
documentadoenvariaspublicacioneseldelasclorofilasyapenasestudiadoelde
loscarotenos.Eltrabajoseenmarcaenlanecesidaddeinvestigarnuevos
productosquepuedancontribuiraunusomenosextensodelosantibióticos,cada
menosútilesdebidoalasmúltiplesresistenciasbacterianasqueestán
apareciendo,paraintentarencontrarotrasopcionespreventivasoterapéuticas
paralasinfecciones.Hemosrealizadoenprimerlugarunestudioteóricosobrelos
antibióticosqueactualmenteseempleanylosproblemasderesistenciaquese
estáncreando,ademásdeunestudiobibliográficodelosestudioscientíficos
llevadosacabohastaelmomentosobrepropiedadesantibacterianasdelaclorofila
yloscarotenos.Hemosencontradodatoscontradictorios,algunosautores
describenunpoderantimicrobianoclarodelasclorofilasendeterminadas
concentracionesyotrosnoencuentranningunacapacidaddemostrable.Nohemos
encontradotrabajosdeestetiposobrecarotenos.Nohemospodidoobservar
ningúnefectoantimicrobianoapreciabledelasclorofilasyloscarotenos..
_____________________________
Revista InvestigaciónQuímicaVGC,3,20-41,
mayo2016.*Proyectofinalista
ISSN:2386-5067
JUSTIFICACIÓN
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
21
Este trabajo se presenta en base a un
proyecto multidisciplinar surgido de la
colaboraciónentrelosDepartamentosde
BiologíayGeologíayFísicayQuímicadel
IES Vía de la Plata de Guijuelo en el
marco de las áreas Ampliación y
Profundización de Biología y Geología y
Física y Química, ambas, con un fuerte
carácterexperimentale impartidasenel
curso4ºdelaE.S.O. Portratarsededos
materiasíntimamenteligadasenmuchos
campos, hemos querido utilizar una
formadetrabajoconjuntoquepermitaa
los alumnos comprender como las
técnicasylosavancesdeunoscamposde
la ciencia son la base para el avance de
otros.
El propósito de dicho trabajo es la
investigación acerca del posible efecto
antibacteriano—documentado en
publicaciones varias—de productos
naturales como Clorofilas, Carotenoides
yTerpenos.
1-MARCOTEÓRICO
1.1. LAS SUSTANCIAS
ANTIBACTERIANAS
Una sustancia antibacteriana es aquella
que inhibe o hace más lento el
crecimientodelasbacterias.
Los antibióticos son compuestos
químicos que matan las bacterias o
impidensucrecimiento.Enlaactualidad
son ampliamente utilizados para tratar
enfermedadesinfecciosas.Nosonactivos
contravirus.
La historia de los antibióticos comienza
con el descubrimiento de la penicilina
por Alexander Fleming en 1928. En
realidad las mezclas de sustancias que
contienen ciertas propiedades
antimicrobianas utilizadas en el
tratamiento de las infecciones se han
descritodesdehacemásde2000años.Y
varias culturas antiguas como, por
ejemplo, los egipcios y los antiguos
griegos,hicieronusodeunavariedadde
materiales derivados de plantas para
tratar, de forma empírica, infecciones.
Perofueen1928cuandocomenzóeluso
de los antibióticos modernos, cuando
AlexanderFlemingobservóenunaplaca
Petri, que el crecimiento de bacterias
llamadas Estafilococus aureus fue
inhibido cuando entraron en contacto
con un hongo del género Penicillium,capaz de producir una sustancia contra
las bacterias. El uso de la penicilina
cambiólahistoriadelamedicina.
El antibiótico término fue acuñado por
SelmanWaksmanen1942paradescribir
cualquier sustancia producida por un
microorganismo que es antagónico al
crecimiento de otros microorganismos
en alta dilución. Esta definición excluye
las sustancias que matan las bacterias
pero no son producidas por
microorganismos (por ejemplo los jugos
gástricos y peróxido de hidrógeno).
También excluyó compuestos sintéticos,
talescomolassulfonamidas.
En la actualidad se emplea la palabra
antibiótico para definir una amplia
variedad de compuestos con actividad
antimicrobiana. Muchos compuestos
antibacterianos son moléculas
relativamente pequeñas con un peso
molecular de menos de 2000 unidades
de masa atómica. Debido a los avances
logrados en el campo de la química
medicinal,losantibióticosmásmodernos
sondetrestipos:
a) Sustancias antibacterianas semi-
sinteticas, modificadas a partir de
diversoscompuestosnaturales.Podemos
citar como ejemplo, antibióticos beta-
lactámicos,que incluyensustancias tales
como las penicilinas (producida por
hongos del género Penicillium),cefalosporinas,yloscarbapenémicos.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
22
Fórmuladelapenicilina
Fórmulasdevariascefalosporinasdeúltimageneración.
b) Producidos por organismos vivos,
como los llamados aminoglucósidos
(Estreptomicina que se aísla de
Streptomyces griseus, Neomicina se
obtiene de Streptomyces fradiae,Kanamicina se aísla de la actinobacteria
Streptomyceskanamyceticus
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
23
c)Producidosexclusivamenteporsíntesisquímica:comolassulfonamidas,lasquinolonas
yoxazolidinonas.
Estructuraquímicadeunaquinolona Estructuraquímicadesulfonamidas
Lacicloserinaeslaprimeraoxazolidinonautilizada
1.2.- LA PROBLEMÁTICA DE LOS
ANTIBIÓTICOSDESÍNTESIS
Laresistenciaantibióticaeslacapacidad
que tienen los microorganismos de
resistir los efectos de un antibiótico.
Cada día las bacterias son más
resistentes y los antibióticos menos
útiles. Este hecho se debe a varios
factores, el uso inadecuado parece ser
unodelosproblemasfundamentales.
Losmecanismosporlosquelasbacterias
adquieren resistencia a los antibióticos
son variados y pueden aparecer de
manera espontánea, pero nosotros
agravamos la situación con su uso
indebido. Hasta hace muy poco, en
Españalaventadeantibióticoseralibre,
sin necesidad de receta médica, esto ha
dado lugar a un uso inapropiado, por
ejemplo, para tratar infecciones víricas
que no son sensibles a los antibióticos.
Escomúntambiénlaprácticadedejarde
tomarloencuantolossíntomasmejoran,
a pesar de la prescripción médica de
mayor duración del tratamiento. Con
esto se consigue que desaparezcan del
paciente las cepas más sensibles al
antibiótico, pero pueden permanecer
algunasque,pormutacionesalazar,son
más resistentes, esto tiene como
consecuencia reinfecciones en el propio
paciente, o contagio a otros, por cepas
resistentes a ese antibiótico, que ya no
servirá.
Multitud de organismos oficiales
intentan sensibilizar a gobiernos y
ciudadanossobreunacuestiónqueseha
convertido en un problema de salud
públicaentodoelmundo.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
24
En concreto, la UE está especialmente
preocupada por los países del
Mediterráneo. España, Francia, Grecia,
Portugal e Italia ya que poseen los
nivelesdeconsumomásaltosy también
los mayores problemas de resistencia,
pese a los esfuerzos por controlarlo.
Aunque el consumo abusivo de estos
medicamentosnoexplica la totalidadde
las resistencias, es el factor más
significativo y a la vez el que puede ser
evitadomásfácilmente.Alaumentodela
resistencia antibiótica por consumo
humano de medicamentos se suman
otras causas, comoel consumode carne
de animales tratados con antibióticos
para su rápido crecimiento o la propia
ecologíamicrobiana.
Actualmente existen numerosas
campañas que pretenden convencer al
públicodelanecesidaddeerradicareste
problema, con lemas como el del
Ministerio de Sanidad: “Usándolos bienhoy, nos protegerán mañana”. Con estosmensajes se intenta concienciar a la
sociedaddelproblemaquerepresentala
aparición de bacterias resistentes al
antibiótico,queenelmomentodesuuso
no va a funcionar y no podremos
combatirla.
El problema se agrava debido a que la
industriafarmacéuticanoestáinteresada
en desarrollar nuevos antibióticos dada
la gran inversión necesaria para la
investigación de nuevas sustancias. A
estas industrias les conviene encontrar
un antibiótico ideal, es decir, que se
pueda utilizar contra todos los
microorganismos y obtener buenos
resultados en todos los casos. Lo más
cercano que se ha conseguido son los
llamadosantibióticosdeamplioespectro,
capaces de combatir a algunas, pero no
todas, la especies. Aunque son los más
utilizados actualmente, son también los
que más contribuyen a la aparición de
resistencias, debido a su consumo
indiscriminado.
El primer informe mundial de la OMS
(Antimicrobial resistance: global reporton surveillance, abril 2014) sobre laresistencia a los antibióticos pone de
manifiesto una grave amenaza para la
saludpúblicaentodoelmundo
Es el primer informe de carácter
mundial acerca de la resistencia a los
antimicrobianos, y en particular a los
antibióticos, y revela que esta grave
amenazahadejadodeserunaprevisión
para el futuro y es ya, en todas las
regiones del mundo una realidad. La
resistencia—que seproduce cuando las
bacterias sufren cambios que hacen que
losantibióticosdejendefuncionarenlas
personas que los necesitan como
tratamiento para las infecciones—es ya
unagranamenazaparalasaludpública.
«En ausencia de medidas urgentes y
coordinadas por parte de muchos
interesados directos, el mundo está
abocadoaunaerapostantibióticosen la
que infecciones comunes y lesiones
menores que han sido tratables durante
decenios volverán a ser potencialmente
mortales», ha dicho el Dr. Keiji Fukuda,
Subdirector General de la OMS para
Seguridad Sanitaria. «Los antibióticos
eficaces han sido uno de los pilares que
nos ha permitido vivir más tiempo con
mássaludybeneficiarnosdelamedicina
moderna. Si no tomamos medidas
importantes paramejorar la prevención
de las infecciones y no cambiamos
nuestra forma de producir, prescribir y
utilizarlosantibióticos,elmundosufrirá
una pérdida progresiva de estos bienes
de salud pública mundial cuyas
repercusionesserándevastadoras.»
1.3. - INSTRUMENTOS
FUNDAMENTALES PARA HACER
FRENTE A LA RESISTENCIA A LOS
ANTIBIÓTICOS,
El informe de la OMS revela que son
muchos los países que carecen de
instrumentos fundamentales para hacer
frente a la resistencia a los antibióticos,
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
25
tales como sistemas básicos de
seguimiento y monitorización del
problema, o en los que estos presentan
grandesdeficiencias.Algunospaíseshan
tomado medidas importantes para
solucionarelproblema,peroesnecesaria
unamayoraportacióndetodoslospaíses
ytodaslaspersonas.
Otrasmedidas importantes consisten en
la prevención de las infecciones
medianteunamejorhigiene,elaccesoal
aguapotable,elcontroldelasinfecciones
enloscentrossanitariosylavacunación,
a fin de reducir la necesidad de
antibióticos. La OMS también llama la
atención sobre la necesidad de
desarrollar nuevos productos,
diagnósticos, antibióticos y otros
instrumentos que permitan a los
profesionales sanitarios tener ventaja
antelaresistenciaemergente.
Este informe es el arranque de un
esfuerzo mundial liderado por la OMS
para hacer frente al problema de la
farmacorresistencia, que implicará el
desarrollo de medidas adecuadas, así
como una mejora de la colaboración
mundial en el seguimiento de la
farmacorresistencia, la medición de sus
repercusionessanitariasyeconómicas,y
el planteamiento de soluciones
específicas.
El problema hay que atajarlo desde
múltiplesfrentes:
Medidasenquepuedencontribuir todas
laspersonas:
• Utilizar los antibióticos
únicamente cuando los haya
prescritounmédico.
• Completar el tratamiento
prescrito, aunque los síntomas
hayandesaparecido.
• No dar sus antibióticos a otras
personas ni utilizar los que les
hayansobradodeprescripciones
anteriores.
Contribucióndeprofesionalessaniariosy
farmaceúticos:
• Mejorar la prevención y el
controldelasinfecciones.
• Precribirydispensarantibióticos
sólo cuando sean
verdaderamentenecesarios.
• Prescribir y dispensar los
antibióticos adecuados para
tratarcadaenfermedad.
Los planificadores de políticas pueden
contribuir:
• Reforzando el seguimiento de la
apariciónderesistencias.
• Regulando y fomentando el uso
apropiadodelosmedicamentos.
• Fomentando la investigación y
desarrollodenuevassustancias.
• Promoviendo la cooperacióny el
intercambiodeinformaciónentre
todaslaspartesinteresadas.• Promoviendo otras opciones
terapéuticasparalasinfecciones.
2.- ANTECEDENTES E HIPÓTESIS DE
TRABAJO
Tal como recomienda la OMS es
necesario investigar nuevos productos
que puedan contribuir a un uso menos
extenso de los antibióticos,
proporcionando otras opciones
preventivas o terapéuticas para las
infecciones.
En numerosas ocasiones se ha
documentado la existencia de una gama
más amplia de compuestos
antimicrobianos, con mayor o menor
eficacia, que podrían ayudar a paliar el
problema expuesto, utilizándose en
determinados tipos de infecciones o
cuando estas no son muy virulentas,
evitandolautilizacióndelosantibióticos
propiamente dichos, que podrían
reservarse para casos más extremos.
Ciertamente las demostraciones del
poderantibacterianodemuchasdeestas
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
26
sustancias no está científicamente
probado,osólosehanhechoensayosde
laboratorioperono invivoenhumanos.
Como ejemplos podemos citar los
trabajos publicados por Castillo, I. et al
(2001),RomeroLópezetal.(1999)
Entre las sustancias cuya actividad
antimicrobiana se ha tratado de
determinar se encuentran las clorofilas.
La estructura de la clorofila fue
descubiertaporelpremioNobel alemán
RichardWillstätter, quien ya le atribuyó
algunas propiedades como corrector de
la anemia dada la similitud de su
moléculaconladelahemoglobina.
Tras los trabajos de Willstätter se
pusieron en marcha numerosas
investigaciones sobre la clorofila, que
dieron lugar a que se empleara
terapéuticamente en distintas
situaciones. Por ejemplo, en los
hospitales de campaña durante la II
GuerraMundialseempleóparaprevenir
y tratar infecciones quirúrgicas y para
estimularlacicatrizacióndelasheridas.
En varios trabajos hemos encontrado
referencias a su capacidad de prevenir
lasinfeccionesydeestimularlacreación
de células defensivas, en algunos sólo
haydatosempíricos,enotrosevidencias
científicas probadas (Medina Arce, M.
1993; Sinvololov, SL, et al.1989). En la
bibliografíaserepitelaafirmacióndesus
propiedades como cicatrizante y como
tratamiento de las infecciones.Mancebo
Dorvigny et al., 2011, demostraron el
efecto favorablede la pastade clorofila-
caroteno obtenida de las acículas del
Pinuscaribaeaenelprocesodecuraciónde heridas abiertas, efecto que también
refierenCorderoManchadoetal (2003).
PachoSaavedraetal.(2007)refierensu
uso como antiséptico bucal y Meira
CostaBorghietal.(2005)afirmanquela
clorofila reduce las perturbaciones
causadas por las bacterias. Quesada
Romero et al. (2009) en cambio, no
encuentran ninguna actividad
antibacteriana en los extractos de
pigmentosdehojasextraídosconetanol,
técnica que hemos utilizado en nuestro
estudio.
La explicación que se aduce en algunos
deestostrabajosesqueexistenbacterias
quenopuedensobrevivirensitiosdonde
hay mucho oxígeno, la clorofila es una
gran fuente de este elemento. De esta
manera, las bacterias dañinas y
productorasdeenfermedadesnopueden
desarrollarse. Y como es un potente
alcalinizador de la sangre, otro tipo de
bacterias tampoco podrán sobrevivir en
lasangrenienelcuerpo.
Romero López et al. (1999) encuentran
sensibilidad de los patógenos a la
cuproclorofila húmeda, pero no seca en
diferentes concentraciones. Rojas
Hernández el al. (2002) detectaron que
lacuproclorofilaaunaconcentracióndel
8%esantimicrobiana frentaaun92%
delasbacterias,yfungicidafrenteal62,5
%deloshongos.
Apenas hemos encontrado estudios
sobre capacidad antimicrobiana de los
carotenos, salvo la referencia de
Mancebo Dorvigny et al., 2011, que los
utilizaron combinados con clorofila. Los
carotenos actúan como antioxidantes
protegiendo los lípidos, la sangre y
demás fluidos corporales del ataque de
radicales oxigenados libres. Pueden
proteger parcialmente del aumento del
daño oxidativo al ADN, inducido por
agentes químicos o biológicos. Esto
últimopodríaexplicar, segúnalgunos, la
capacidad preventiva de las dietas ricas
enfrutasyverduras(queparecefuerade
duda) frente al desarrollo del cáncer
(García Iturrioz,2002). Elmismoautor
refiere su uso en varias patologías
relacionadas con la visión, ya que estas
moléculas son las precursoras de la
vitaminaA.
2.1.-OBJETIVOSDELTRABAJO
En nuestro trabajo nos proponemos
aislar clorofila a y b de espinacas, así
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
27
comocarotenosyxantofilasde tomatey
zanahoria, y tratar de evaluar el posible
efecto antimicrobiano de la clorofila y
los carotenos mediante siembra en
placas de Petri, con y sin presencia de
estassustanciasenelmediodecultivo.
- Separar y reconocer los distintos tipos
de pigmentos fotosintéticos que se
encuentran en diferentes alimentos
como el tomate, el pimiento, las
espinacasolazanahoria
- Comprobar si estos pigmentos tienen
algúnpoderantibacteriano.
Los pigmentos fotosintéticos son
insolublesen agua,pero sí sonsolubles
en solventes orgánicos como el alcohol
etílico. Estos extraen dichos pigmentos
de las hojas y se los conoce como
extractantes.Existenotrossolventesque
presentan afinidad por algunos
pigmentosyse llamanseparadores, por
ejemplo el tetracloruro de carbono,
metanolohexano.
Aprovechando las características de los
pigmentos y la solubilidad de cada uno
hemospodidoaislarlosdistintostiposde
pigmentos fotosintéticos según sus
propiedades de solubilidad. También
llevaremos a cabo un experimento que
consistirá en cultivar bacterias de
nuestrasmanos y añadirles almedio de
cultivo pigmentos fotosintéticos y
observarlaacciónqueéstostienensobre
ellas.
2.2.- INFORMACIÓN SOBRE
PIGMENTOSFOTOSINTÉTICOS.
El término 'pigmento' es utilizado para
describirunamoléculaqueabsorbeluzy
presentauncolor,aqueldelaluzqueno
absorbe.Lasplantas contienenunagran
variedad de pigmentos en flores, frutos,
hojas y tallos, que incluyen las
antocianinas, flavonoides, flavinas,
quinonas y citocromos. Los pigmentos
fotosintéticos son los únicos que tienen
lacapacidaddeabsorberlaenergíadela
luz solar y hacerla disponible para las
reacciones fotosintéticas. En las plantas
terrestres hay dos clases de pigmentos
fotosintéticos: las clorofilas y los
carotenoides.
La capacidad de las clorofilas y los
carotenoidesparaabsorberlaluzdelsol
y utilizarla de manera efectiva está
relacionada con su estructuramolecular
ysuorganizacióndentrodelacélula.
Lospigmentosabsorbenlaenergíadelos
fotones a través de sus sistemas
deenlaces dobles conjugados. Estos
sistemas de enlaces dobles conjugados
sonlosqueconfierenadichasmoléculas
la capacidad de absorber la energía de
losfotones.
2.2.1.-CLOROFILAS
Las plantas terrestres presentan dos
formas de clorofilas denominadas
clorofilaa(Chla)yclorofilab(Chlb).La
diferencia entre ambas clorofilas es que
Chlapresentaungrupometilo(-CH3)en
el perímetro del anillo tetrapirrólico,
mientras que en Chl b este grupo es un
formol o formilo(-CH=O).Tal diferencia
permitequelasclorofilasaybabsorban
luz de longitudes de onda ligeramente
diferentesdentrodelespectrovisible.Se
encuentran prácticamente en todas las
plantasterrestresyenlasalgas.Aveces
pueden encontrarse enmascaradas por
otrospigmentoscomoeselcasodehojas
deotroscoloresquenosonverdes,pero
siempre están presentes.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
28
Estructuramoleculardelaclorofilaa.
Observamos en el gráfico un sistema de
enlaces dobles que circundan el anillo
tetrapirrólico; lanubedeelectronesque
forman estos enlaces dobles es el
componenteresponsabledelaabsorción
de los fotones.Debido a ello la clorofila
cuando se excita al absorber fotones
desprende electrones. La clorofila
absorbe fotones tanto de la región roja
como de la región azul del espectro
visible. El movimiento de los electrones
desprendidos de la clorofila a través de
moléculas transportadoras situadas en
las membranas tilacoidales de los
cloroplastosdalugaralatransformación
de la energía luminosa en química, en
forma de ATP, que será usada
posteriormente para reducir CO2 y
transformarlo en los compuestos
orgánicosquelaplantanecesita.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
29
Cuando vemos la luz reflejada o
transmitida por las hojas de las plantas,
laspercibimosdeuncolorverde.Estose
debe a que las clorofilas, que son los
principales pigmentos de las hojas, no
absorben fotones en la región verde del
espectro, siendo éste el color que se
reflejaosetransmite.
Loscloroplastosestánrodeadosporuna
membrana externa y además contienen
unareddemembranasinternasllamadas
TILACOIDES que pueden formar
estructuras en forma de sacos apilados
llamados GRANA. Las clorofilas y
carotenoidesseencuentrandentrodelas
membranasdelostilacoides.
2.2.2.-CAROTENOIDES
Dentro del sistema de membranas del
tilacoide lasmoléculasdeclorofilanose
encuentran en forma aislada sino
acompañadas por los carotenoides y
otros componentes necesarios para la
fotosíntesis.
La clorofila y los carotenoides están
estructurados en grupos de cientos de
moléculasllamadosfotosistemas.Debido
a su organización espacial y geométrica,
la mayoría de los pigmentos funcionan
como receptores de luz, transfiriendo la
energía de excitación a la clorofila
(centro de reacción) Los carotenoides
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
30
realizan una función esencial en los
tilacoides:captanla luzde longitudesde
onda diferentes a las que capta la
clorofila y transfieren su energía a las
moléculas de clorofila, de esta forma se
recoge una porción mayor de la luz
visible.
Cada pigmento absorbe un tipo distinto
de luz solar y todos la transmiten a la
clorofila a, que realiza la fotosíntesis. La
misión de los carotenoides es permitir
que la planta absorba energía luminosa
en intervalos energéticos más amplios
quesiposeyeraunsolotipodepigmento.
La estructura básica de todas estas
moléculasestácompuestadeunaunidad
ramificada repetida de cinco carbonos.
Lasmoléculas formadas a partir de esta
unidad básica son conocidas
comúnmente como isoprenoides. Las
estructuras de los carotenoides también
contienen sistemas de enlaces dobles
conjugados,queson los responsablesde
laabsorcióndelaluz.
Los carotenoides, denominación con la
que se reúnen a los carotenos y las
xantofilas, sonderivados tetraterpénicos
quepresentandoblesenlacesconjugados
y un anillo ciclohexano sustituido
insaturado en cada extremo de la
cadena lineal. Son sustancias de color
anaranjado,exceptoelpigmentorojodel
tomate,llamadolicopeno.
Tiposdecarotenoides
- Carotenos: carotenoides que poseen
una coloración rojiza o anaranjada. Sonsolublesensolventesorgánicosnopolares.
- Xantofilas: son carotenoides que
presentan una coloración amarillenta o
parda.Sonmásresistentesalaoxidación
que las clorofilas y proporcionan a las
hojas secas ese color amarillento
parduzco. A menudo se encuentran
enmascaradasporlaclorofila.Poseenun
color amarillento. Son solubles ensolventes orgánicos polares y son algomás hidrosolubles porque sonisoprenoidescongruposalcoholycetoensumolécula.
Lamayoríadeloscarotenoidesabsorben
fotones en la región azul del espectro
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
31
luminoso y muestran una coloración
amarilla.
El caroteno más importante en las
plantaseselβ-carotenoylaluteínaesla
principalxantofila
.
Moléculadecaroteno.
Estructuramoleculardelaluteína,uncarotenoide.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
33
2.2.3.-FOTOSÍNTESIS
Faseluminosa
En el centro de reacción de un
fotosistema, la energía de un fotón es
utilizada para excitar electrones de la
clorofilayelevarlosaunnivelmayorde
energía. Loselectronesson transferidos
al NADP (nicotín-adenín dinucleótido
fosfato),pasandoatravésdeunaseriede
sustancias situadas también en las
membranas tilacoidales. Al aceptar
electrones la molécula de NADP se
reduce. En el paso de electrones por la
cadenatransportadorasevaliberandola
energía adquirida y ésta se aprovecha
parasintetizarATP(adenosintrifosfato),
una molécula almacenadora de energía,
capaz de cederla a reacciones químicas
endergónicas.
Al perder un electrón, la clorofila se
oxida y queda en posibilidad de aceptar
electrones de otras moléculas. La luz
originatambién la fotolisisdelagua,que
liberaelectronesyH+, loselectronesvan
a ocupar el lugar de los emitidos por la
clorofila que se regenera quedando
disponibleparaunnuevouso,eloxígeno
del agua se libera al exterior por los
estomas. Los H+ serán aceptados
también por el NADP que, junto con los
electrones de la clorofila formará
NADPH2.
Faseoscura
Enlafaseluminosasehageneradopoder
reductor (NADPH2) que será utilizado
para reducir CO2 y generar glucosa (C6
H12 O6) utilizando la energía del ATP
sintetizadograciasalflujodeelectrones.
3.- FORMULACIÓN DE DISEÑO DE LA
INVESTIGACIÓN
3.1.-MATERIALESEMPLEADOS
Para la separación de los distintos
pigmentos vamos a utilizar los métodos
experimentalesdescritosporCostaPérez
Herrero, A. et al, 1984, basados en las
diferentescaracterísticasdesolubilidady
colordecadaunadelassustancias.
MATERIALES
Material de laboratorio: Gradilla con
tubos de ensayo, tijeras, varillas de
vidrio, placas de Petri, pipetas y
cuentagotas, asas de siembra, baño
María,ypapeldefiltro.
Productos químicos y reactivos: Alcohol
etílicode96%,metanolyhexano.
Material biológico: Hojas de espinaca,
tomates,zanahoriasypimientos.
3.2.-METODOLOGÍA
3.2.1.EXTRACCIÓNDEPIGMENTOS
Estos pigmentos son lípidos y no son
solubles en agua, pero sí en disolventes
orgánicos como el alcohol etílico, la
acetona, el benceno, el hexano o el
metanol.
Cadapigmento tienemayorafinidadpor
undisolventedistinto.
A los solventes que extraen
simultáneamentetodoslospigmentosde
la hoja se los suele llamar extractantes,
como el alcohol etílico. Otros presentan
mayorafinidadporunospigmentosque
por otros, dependiendo del mayor o
menor carácter polar o apolar de cada
disolvente y se llaman separadores.
Vamos a aprovechar estas diferentes
afinidades para ir separando unos
pigmentosdeotros:
Clorofila a: soluble en solventes
orgánicos no polares, presenta una
coloraciónverdeazulada.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
34
Clorofila b: Mayor solubilidad en
solventes polares, de color verde o
verde-limón.
Carotenos: Solubles en solventes
orgánicosnopolares. Decoloramarillo-
naranja.
Xantofilas: Solubles en solventes
orgánicos polares,debidoa lapresencia
de grupo alcohol en su molécula. Color
amarilloclaro.
Hemos colocado unas hojas de espinaca
en agua caliente durante un minuto al
baño maría para destruir las enzimas
oxidantes y después las hemos secado
conpapeldefiltro.
Hemos cortado dichas hojas en trozos
pequeños y los hemosdepositado enun
morterodecristal.Hemosañadido,como
solvente extractante, alcohol etílico de
96% hasta tapar los trozos cortados
anteriormente y hemos machacado las
hojas hasta que hemos obtenido un
líquido de color verde oscuro, en el que
suponemos que se encuentran clorofilas
ycarotenoides.
Cogemosunembudoyloponemosenun
tubodeensayo,ysobreélcolocamosun
papel de filtro. Después, echamos las
espinacasmachacadasy ladisoluciónde
alcohol sobre el papel de filtro para
separarelalcoholdelashojas.
A esta solución obtenida en alcohol, de
color verde intenso la llamaremos
SOLUCIÓN DE PIGMENTOS
FOTOSINTÉTICOS.
3.2.2.- SEPARACIÓN DE PIGMENTOS
ENLASESPINACAS
-Separacióndeclorofilas:
Hemospuestoenuntubodeensayo2ml
de la solución de pigmentos
fotosintéticos, hemos añadido 4 ml de
hexano y hemos agitado bien el tubo
ayudándonos de un guante de plástico
para protegernos los dedos. Lo hemos
dejadoen lagradillaesperandoaquese
separen dos fases o capas: una superior
formadaporhexanodecolorverdeyuna
inferior de alcohol de color amarillo. En
el hexano se han quedado las clorofilas
puestoquesonmássolublesensolventes
apolares como él, y en la parte inferior
permanecen los carotenoides disueltos
enelalcohol.
Conunapipetaprovistadeperillahemos
cogido la fasesuperiorverdey lahemos
pasadoaotro tubo.Lehemosañadido2
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
35
mldemetanol,hemosagitadootravezy
hemos vuelto a dejar el tubo en la
gradilla donde hemos vuelto a observar
dos capas: la superiordeuncolorverde
intenso(clorofilaa)ylainferiordecolorverde limón (clorofila b). Esto ha
ocurrido porque la clorofila a se haquedadoenelhexano,alsermássoluble
en disolventes apolares, y la b, conmayor afinidad por disolventes polares,se disuelve en el metanol y por eso se
depositadebajo.
-Separacióndecarotenoides:
Hemospuestoenuntubodeensayo2ml
de la solución inicial de pigmentos
fotosintéticos, lehemosañadido1mlde
hexanoyhemosagitadoeltubo.Luego,le
hemos añadido 1 ml de agua y hemos
vuelto a agitar. Posteriormente hemos
dejado reposar el tubo en la gradilla y
hemos visto como aparecían dos capas:
unasuperiordeclorofilasyotra inferior
queposeíaloscarotenoides,yaqueestos
son algo más hidrosolubles que las
clorofilas.
Hemosintroducidounapipetaconperilla
hasta el fondo del tubo tomando con
cuidado la solución de carotenoides y
hemosdepositadolamismaenotrotubo
deensayo.
Hemos puesto el mismo al baño maría
paraqueseevaporepartedelcontenido
yquedereducidoaunpequeñovolumen.
Hemossacadoentonceseltuboycuando
estaba frío le hemos añadido a la
solución 1 ml de hexano y 1 ml de
metanol. Hemos agitado la solución
dejando luego el tubo otra vez en la
gradilla para que reposara. Hemos visto
aparecerdoscapas:1másoscuraconlos
β-carotenos y otra más pálida con lasxantofilas(coloramarillento).
Los β-carotenos tienen mayor afinidadpor los disolventes apolares como el
hexano y por eso están arriba y las
xantofilasenelmetanolysedepositanenlaparteinferior.
3.2.3.- SEPARACIÓN DE LOS
PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS EN EL
PIMIENTO,TOMATEYZANAHORIA.
En los tres casos hemos utilizado el
mismo procedimiento. Con un cuchillo,
cortamos el vegetal en trozos, los
ponemos en el mortero y los cubrimos
con alcohol etílico. Los machacamos
hasta obtener un líquido de color
anaranjado,resultadodeladisoluciónde
los carotenoides en el alcohol. No hay
clorofilas en estos productos. A
continuación, colocamos un papel de
filtrosobreunembudo,yesteenuntubo
de ensayo, y vertemos el contenido del
morteroenélparafiltrarladisolución.
Al tubo de ensayo con la disolución le
añadimos 1ml de hexano y 1ml de
metanol para separar los β-carotenos,
que son más oscuros y tienen mauor
afinidad por el hexano apolar, de las
xantofilas,quesedisuelvenenelmetanol
polarysonmásclaritas.
3.2.4.- COMPROBACIÓN DEL EFECTO
ANTIBACTERIANO DE CLOROFILAS Y
CAROTENOS.
Hemos utilizado placas de Petri con
medio de cultivo para microorganismos
aerobiosconlasiguientecomposición:
Peptona5g/l
Extractodelevadura2.5g/l
Glucosa1g/l
Agar15g/l.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
36
LosmediosdecultivoenBiología:
Unmicroorganismonecesitaparacrecer
nutrientes que le aporten energía y
elementos químicos para la síntesis de
susconstituyentescelulares.Elcultivode
microorganismos consiste en
proporcionarles las condiciones físicas,
químicasynutritivasadecuadasparaque
puedan multiplicarse de forma
controlada. El medio de cultivo es el
materialalimenticioenelquecrecen los
microorganismos.
Uno de los sistemas más importantes
para la identificación de
microorganismos es observar su
crecimiento en sustancias alimenticias
artificialespreparadasenellaboratorio.
Los componentes de las células son:
carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo,
azufre y otros elementos traza entre los
queseencuentranFe,K,Mg,Mn,Co,Mb,
Cu y Zn. La elaboración de medios de
cultivo requiere proporcionar los
elementos antes citados en una forma
asimilable.
Hay numerosos medios de cultivo
diferentes. En función de los
microorganismos que pueden crecer en
ellos, los medios pueden ser generalescuando crecen casi todos los
microorganismos, selectivos cuando
favorecen el crecimiento de ciertos
microorganismos mientras suprimen el
de otros, o diferenciales, cuando algunode sus componentes permite identificar
las colonias de un tipo. En función del
estadosólidoolíquido.
Ennuestroexperimentoutilizaremosun
medio de cultivo general, en estado
sólidoquenospermitaapreciarasimple
vistadiferenciasdecrecimiento.
Condiciones ambientales que afectan el
crecimientodelosmicroorganismos:
Para que las bacterias crezcan
adecuadamente en un medio de cultivo
artificial además de los nutrientes debe
reunirunaseriedecondicionescomoson
la temperatura, grado de humedad ypresióndeoxígenoadecuado,asícomoungrado correcto de acidez y debe estarexento de todo microorganismo
contaminante ajeno a aquel que nos
interesacultivar.
1- Disponibilidad de nutrientes
adecuados
Un medio de cultivo adecuado para la
investigación microbiológica ha de
contener como hemos indicado, como
mínimo, carbono, nitrógeno, azufre,
fósforoysalesinorgánicas.Laformamás
extendida de aportar estas sustancias a
los medios es utilizar peptona, que
aporta el nitrógeno, glucosa que aporta
carbonoyextractodecélulasdelevadura
queaportaelrestodelosnutrientes.
2-Consistenciaadecuadadelmedio
Actualmente los medios sólidos son de
uso universal, por su versatilidad y
comodidad,ynospermitelaobservación
de colonias, forma, color, etc que nos
permite identificar los microorganismos
El agar es el elemento solidificante más
empleadoparalapreparacióndemedios
de cultivo, es un polisacárico gelatinoso
queextraedevariasespeciesdealgas,se
disuelve en agua caliente y al enfriarse
solidifica.
3- Presencia (o ausencia) de oxígeno y
otrosgases
Hay que controlar la presencia de
oxígenoenfuncióndeltipodebacteriaa
estudiar pues algunas crecen en
condiciones atmosféricas, pero otras
puedenrequerirmenorconcentraciónde
oxígenooinclusoseranaeróbicas
4-Condicionesadecuadasdehumedad
Hay que prever el mantenimiento de
unas condiciones mínimas de humedad
enelcultivoa35-37ºCyproporcionando
una fuente adecuada de agua que
mantenga la humedad necesaria para el
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
37
crecimiento de los cultivos y evitar así
quesedesequeelmedio.
7-Temperatura
Cada microorganismo tiene una
temperatura óptima en la cual su
crecimiento es más rápido; una
temperatura mínima por debajo de la
cualnocreceyunatemperaturamáxima
por encima de la cual el crecimiento no
es posible. En líneas generales los
microbiosqueseencuentranenlapielde
humanos crecen en rangos de
temperatura muy cortos en torno a 35-
36ºC.
8-Esterilidaddelmedio
Todoslosmediosdecultivohandeestar
perfectamente estériles para evitar la
apariciónde formasdevidaquepuedan
alterar, enmascarar o incluso impedir el
crecimiento microbiano normal de los
inoculadosendichosmedios.
Es muy útil porque permanece sólido
incluso a temperaturas relativamente
altas. Además, el crecimiento bacteriano
ocurre en la superficie, por lo que se
distinguenmejorlascoloniaspequeñas.
En un caldo de nutrientes, la bacteria
crece en el líquido, y aparece como una
sustancia espesa, con colonias
difícilmenteobservables.
En una placa se inocularon bacterias
directamentedelasmanos,secultivaron
a 35º C durante dos días y aparecieron
colonias de tres tipos, cuyas
características correspondían con las
descritas en el Manual Bergey de
Sistemática Bacteriológica paraMicrococcus luteus y Micrococcus roseus,ambas frecuentes en la piel humana, se
comportan como comensales o
saprofíticosyStaphylococcusepidermidisque se presenta frecuentemente en la
piel de humanos y de animales y en
membranas mucosas. Se considera
parte de la flora microbiana habitual
humana.
Se eligieron las colonias de
Staphylococcus epidermidis para ser
transferidas a las placas objeto del
ensayo por ser las más abundantes y
características en la piel humana. La
transmisión se realizómediante asas de
cultivo.
Como control y para comparar se
inocularon dos placas sin ninguna
sustancia añadida al mediode cultivo y
dos placas en las cuáles se puso un
antibiótico extendido sobre la superficie
en la mitad de la placa. El antibiótico
elegido fue levofloxacino, del grupo de
las quinolonas y de amplio espectro, es
decir, activo contra muchos tipos de
bacterias. En dos placas se extendió
sobre la superficie del medio clorofila y
enotrasdoscarotenos.
4.-RESULTADOS
4.1.EXTRACCIÓNDEPIGMENTOS
Al echar el hexano en el tubode ensayo
que contiene la solución original de
pigmentosextraídosdelasespinacas,los
carotenoides quedan disueltos en el
alcohol porque son más solubles en
solventes polares como éste y van a la
parte inferior ya que el alcohol es más
denso que el hexano. En el hexano
quedandisueltaslasclorofilasyaqueson
más solubles en disolventes apolares
como el hexano y suben a la parte
superior.
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
38
Una vez que hemos separado los
carotenoides de las clorofilas y hemos
añadidoelmetanol al tuboque contiene
las clorofilas, observamos como la
clorofilaaquedadisueltaenelhexanoy
permaneceenlapartesuperiorporqueel
metanolesmásdensoqueelhexano.La
clorofilabsedisuelveenel metanol
porque tiene mayor afinidad con
solventespolares.
En los tubos que contienen los
carotenoides, tanto los procedentes de
espinacas,comodepimientos, tomatesy
zanahorias después de añadir 1 ml de
hexanoy1mldemetanol, podemosver
como los β-carotenos, de un color más
oscuro, quedan disueltos en el hexano
porque son solubles en solventes
apolares,ylasxantofilas,deuncolormás
claro, se disuelven en el metanol,
viajando al fondo del tubo de ensayo
debido a que el metanol es más denso
queelhexano.
4.2.- Valoración del efecto
antimicrobiano
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
39
Fig.1.Conantibióticoen laparte inferiordelaplacasinadiccióndesustancias
Fig.2.Placadecontrol
Fig.3Placasconcarotenos
Fig.4.Placasconclorofila
S.Dib,I.delReyyM.Bergara Estudiodelefectoantibacteriano(…)
40
Como podemos observar en la fig. 1 el
efecto antimicrobiano del antibiótico se
manifiestaclaramente,yaqueenlaparte
de la placa donde se colocó no aparece
ninguna colonia bacteriana, mientras se
distribuyen abundantemente en la parte
quecarecíadeél.
Las placas de control (fig. 2) muestran
un crecimiento masivo de bacterias
circunscrito a las zonas donde se
depositaronconelasadesiembra.Enlas
placas con carotenos (Fig. 3) el
crecimiento es también masivo pero
repartido por toda la placa, en un caso
pareceserinclusomásabundantequeen
las placas de control. En cuanto a las
placas con clorofila (Fig. 4) el
crecimiento bacteriano es abundante,
pero parece percibirse una menor
densidaddemicroorganismos.
5.-CONCLUSIONESYDISCUSIÓN
Nopodemosafirmarqueexistaunefecto
antibacteriano claro de los carotenoides
ni de la clorofila, a pesar de observarse
menor densidad de bacterias en las
placasdeestaúltima. Esto coincidecon
los datos de Quesada Romero et al.
(2009), que utilizaron la clorofila en
disolución etanólica como nosotros. El
restode lostrabajosquehemoscitadoy
que refieren un efecto antibacteriano
utilizan los pigmentos purificados, en
distintas concentraciones, de las cuáles
sóloalgunassemuestranefectivas.Otros
autores utilizan moléculas con ligeras
transformaciones químicas, caso de la
cuproclorofila utilizada por Rojas
Hernándezelal.(2002)yRomeroLópez
et al. (1999). ManceboDorvigny et al.,
2011 y Cordero Manchado et al (2003)
encuentran un efecto favorable de la
combinaciónclorofila-caroteno.
Pensamos que merece la pena seguir
ensayando con estas sustancias hasta
encontrar las condiciones o
combinaciones en que puedan ser
activas,yaquelospigmentosclorofílicos
son los pigmentos biológicos más
abundantes en la tierra, con lo que un
efecto antimicrobiano probado nos
suministraría un producto alternativo a
los antibioticos de síntesis, que podría
obtenerseengrandescantidadesporser
unproductoabundanteyfácildeextraer.
Esnuestra intenciónmodificarelensayo
en cursos venideros, a pesar de las
dificultades técnicas que encontramos
pararealizarextraccionesmáscomplejas
conelmaterialdequesepuededisponer
enuninstitutodeenseñanzasecundaria,
máximecuandoestásituadoenunazona
ruralynoesfácilbuscar lacolaboración
de organismos de enseñanza superior
para realizar ensayos con material
tecnológicamentemásavanzado.
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M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
42
Generacióndeelectricidadconfrutas
MiriamSuena,ÁngelaGonzálezyClaudiaBlanco(4ºESO)
ProfesoraNoeliaFranco
ColegioSanJosé,Valladolid
Nuestroprincipalobjetivoalrealizaresteproyectofuecomprobarsieraposiblela
obtencióndeenergíamedianteotrosmecanismos,olvidándonosdelos
convencionales.Trasbuscarinformaciónsobreeltema,descubrimosquesehabían
llevadoacaboexperimentoscondiferentestiposdecítricos,principalmentelos
limones.Deestaforma,hemosintentadoaprovecharlaspropiedadesdedistintas
frutasparapodergenerarenergíaeléctrica.Paraesto,hemoscreadounaseriede
circuitoseléctricoscaserosayudándonosdeunaláminadezinc,unadecobre,
ademásdecableydiferentesfrutas,comonaranjas,limasylimones.
Posteriormenteparacomprobarlaobtencióndeenergíaencendemosdiferentes
tiposdeleds,ademásdecomprobandoqueenergíaseobteníaayudándonosdeun
voltímetro.
INTRODUCCIÓN
El objetivo de este proyecto es poder
comprobar y entender ciertas
observaciones cotidianas en lo referente
a la obtención de energía de forma
natural a través de determinadas frutas,
asícomopoderremplazarlasporunapila
común.
Nos produce una gran curiosidad que
aquellos frutasque son cítricos, comoel
limón,lanaranjaolalima,produzcan
_____________________________
RevistadeInvestigaciónQuímicaVGC,3,42-
50.
Mayo2016.
ISSN:2386-5067
una mayor cantidad de energía que
aquellasfrutasquenoloson,comoesel
caso del plátano, por lo tanto, lo que
queremos investigar es a qué se deben
estas diferencias de producción de
energíaentreunas frutasyotras,y si es
posible su sustitución por una pila
cotidiana para lograr que funcionen
determinados objetos, experimentando
con diferentes frutas para ver los
distintosresultados.
OBSERVACIONESSabemos que la energía ni se crea ni se
destruye, se transforma. Además
sabemos que necesitamos alimentarnos
para conseguir la energía necesaria que
nos ayudará a rendir apropiadamente.
Nuestrocuerpotransformalaenergíade
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
43
los alimentos digeridos durante ladigestión mediante varios tipos deenzimasenenergíaqueseutilizaráparaproducir movimiento o para reparartejidos. Por eso nos preguntamos si eraposible transformar la energía de losalimentos en otro tipo de energía, comolaeléctricaporejemplo.
Después de realizar una búsquedadescubrimosqueeraposibletransformarla energía de algunas frutas ácidas enenergíaeléctrica.Estoesdebidoaquelosácidos de ciertas frutas se asemejan aunapila.
PROBLEMAAINVESTIGAR
Basándonos, entonces, en todas lasobservaciones realizadas, la preguntaque nos surge a continuación es: ¿lasfrutascítricasrealmentegeneranmayorenergíaqueotrasfrutasysoncapacesdeser utilizadas como una fuentealternativasustituyéndolosporpilas?
HIPÓTESIS
Lahipótesisdelaquepartimosesquelaenergía generada es diferente para cadafrutaydependedesuacidez,esdecir,dela cantidadde ácido (fundamentalmentecítrico)quecontienecadafruta.
DISEÑOEXPERIMENTAL
Paracomprobarnuestrahipótesishemosdiseñado un proyecto experimental, queexplicamosacontinuación.
Es importante tener en cuenta que lasfrutas tienen una determinada acidezdependiendo de la cantidad deelectrolitos que estas contienen. Unelectrolito es cualquier sustancia quecontieneionesen su composiciónorbitandolibres,detalformaqueactúancomo unconductor eléctrico. Hay frutasque tienenmás cantidad de electrolitos,por tanto una mayor conductividad
eléctrica.Mientras que lasmenos ácidastienenmenorconductividadeléctrica.
Para un mejor desarrollo de nuestraexperiencia, elegimos frutas de ambostipos tanto cítricos, como es el caso dellimón, la naranja o la lima, como frutasjugosas como el plátano que se leconsidera peor conductor eléctricodebido a su menor cantidad deelectrolitos. Como explicamosposteriormente,pudimoscomprobarquela cantidad de energía generada fuediferentedependiendodesisetratabadeuntipouotrodefruta.
Losmaterialesutilizadosenelexperimentoson:
-2 limones:cítricocongrancantidaddeelectrolitos.- 2 limas: cítrico que tiene mayorcantidaddeelectrolitos.-2naranjas:cítricoconmenoracidez- 2 plátanos: fruta jugosa con menorcantidaddeelectrolitos.- Un multímetro: instrumento utilizadoparamedir el voltaje generadopor cadapiezadefruta- Una lámina de cobre: actúa como polopositivo-Tornillosgalvanizados:actúacomopolonegativo- Láminas de zinc: actúan como polonegativo- Bombillas led de colores: paracomprobar si generan suficiente energíaeléctrica
o Rojo=1,8a2,2voltioso Amarillo=2,1a2,4voltioso Verde=2a3,5voltios
- Cable de cobre: para realizar lasconexionesennuestrocircuito-Uncuchillo-Unaregla:paramedirladistanciaentrelas ranuras que debemos hacer en cadafruta-Tijeras-Tablademadera-Tabladeplástico
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
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Para comprobar la hipótesis planteada,hemosrealizadolossiguientespasos.
1. Crearunapilacaseraconlimones.
Conmediolimón:Comenzamoshaciendodosranurasaambosextremosdellimóne insertando en ellas la lámina de cobreen un lado y el cobre galvanizado en elotro. Las situamos en una tabla deplástico. Finalmente comprobamos elvoltaje conectando el cable rojo delmultímetro (el positivo) a la lámina decobre libre y el cable negro(común) altornillogalvanizado.Obtenemos0.9V.
Con un limón: Repetimos el procesosituando en los extremos de ambasmitadas una lámina de cobre y untornillo galvanizado. Establecemos uncircuito en serie uniendo mediante uncable de cobre uno de los tornillosgalvanizadosconlaláminadecobredelaotra.Posteriormente,medimoselvoltaje
producidoconelmultímetrosiguiendoelproceso anterior. En este caso usamospinzas de sujeción para enganchar loscables.Obtenemos1,38V.
Con un limón y medio: Situamos aambosextremosdecadamitadde limónuna lámina de cobre y un tornillogalvanizado. Establecemos de nuevo uncircuito en serie como anteriormenteuniendo mediante cable de cobre eltornillo (primer limón) con la láminadecobre (segundo limón). También se unemediante cable el tornillo galvanizado(segundo limón) con la lámina de cobre(tercer limón).Medimoselvoltajeconelmultímetroyobtenemos1,86V.
Condos limones: Insertamosel tornillogalvanizado y la lámina de cobre en laúltimamitadquenosquedayrepetimos
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
45
el proceso del paso anterior añadiendoun fragmento de cobre de cable deltornillo galvanizado (tercer limón) a lalámina de cobre del cuarto limón.Medimos el voltaje y obtenemosalrededorde2,56V.
En una tabla de madera: Repetimosexactamente el mismo proceso en unataba de madera y observamos comoaumenta considerablemente el voltaje.Alcanza3,68V.
Con un limón seco: Tras dejar secar ellimón cinco días observamos comoaumenta ligeramente el voltaje,alcanzando3,78V.
2. Crearunapilacaseraconlimas.
Tras comprobar que se obtiene mayorvoltaje en una tabla de maderarealizamos exactamente el mismoproceso con las limas. Con media limaobtenemos 0,95 V, con una entera 1,72,conuna ymedia 2,27V y condos limas3,00V.
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
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3. Crear una pila casera connaranjas.
Denuevorealizamoselprocesorealizadocon anterioridad con las naranjas,situándolasenunatablademadera.Conmedia naranja obtenemos 0,99 V, conuna naranja 1,96 V, con una naranja ymedia2,70Vycondosnaranjas3,30V.
4. Crear una pila casera conplátanos.
Para finalizar lo repetimos con laúltimafruta, el plátano, situándolo también enunatablademadera.Conmedioplátanoobtenemos0,93V,conunplátano1,67V,conunaplátanoymedio2,53Vycondosplátanos3,13V.
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
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RECOLECCIÓNDEDATOS
Tras realizar los diversos circuitos conlasdistintas frutasy recoger losvoltajesobtenidosintentamosconestosencenderdistintosleds.
Paraproporcionarelvoltajeacualquieradelosledsyhacerqueestosseiluminenunimos el cable saliente de la láminadecobre al terminal del cátodo (el máslargo) y el terminal del ánodo al cablesalientedelaláminadezinc.
Ø Condoslimones.
Conunledrojo
Conunledamarillo
Conunledverde.
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
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Ø Condoslimas.
Conunledrojo.
Ø Condosnaranjas.
Conunledrojo.
Conunledamarillo.
Conunledverde.
Ø Condosplátanos.
Conunledrojo.
Conunledamarillo.
Conunledverde.
EVALUACIÓNDELOSRESULTADOSOBTENIDOS
Los resultados obtenidos tras laobservación de estos, noestánprácticamente de acuerdo con loqueesperábamos.
En primer lugar, el limón es la segundafruta que más energía ha producido.
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
49
Nuestra hipótesis esperaba que fuese lafruta que mayor energía produjeradebido a su mayor acidez (en este casocítrica),sin embargo hemos podidocomprobar queha sido el plátano,considerado como una fruta no cítrica,conunamenorcantidaddeacidezqueellimón, , el mayor productor de energía:.Esto se debe a que los plátanos queutilizamosteníanunmayorjugodebidoasu excesivamadurez, y este jugo resultóbene$icioso para la producción deenergía.
Ensegundolugar,lasnaranjasylaslimashan dado el resultado esperado:tratándosedecítricos,hanproducidounagran cantidad de energía, aunque no haresultado mayor que la de losplátanosyloslimones
Por otra parte, Se ha podido observargrandes diferencias con respecto almaterial del que estaba hecha la tablasobre la que hemos colocado elexperimento. Hemos podido comprobarque sobre la tabla de madrea, segenerabaunamayorenergíaquesobreladeplástico.Estosedebeaquelamaderaes un mayor aislante de energía que elplástico,locualimpideenmayormedidalaperdidadeenergía
Finalmente también se ha podidocomprobarque ladivisiónde la frutaenvarias partes generaba una mayorcantidad de energía que la fruta en unasola pieza, ya que la fruta dividida envarias partes supone la generación deenergíadesdemásfuentes.
CONCLUSIÓN
Hemos podido con,irmar la hipótesisplanteada: la energía generada esdiferenteparacadafruta.
De los resultados obtenidos, podemosconcluirquelageneracióndeenergíaporla fruta no depende tanto del tipo defruta (si se tratan de cítricos o no), sinodel contenido de ácidos que tenga cada
una de ellas, y este contenido en enácidos depende en mucha medida delgrado demaduración de lasmismas. Deeste modod, una furta en principio conmenor contenido acido que un cítrico,como es el caso del platano,puedeproudcirmayorenergíaeléctricacuandose encuentra en un estado de incipientemaduraciónquesuponetenerunelevadocontenido en acidos que aun no se hanconvertido en azucares en la parte 1inaldelprocesodemaduración.
Por otro lado podemos a-irmar queeltipodematerialempleadocomosoportepuede in(luir en la cantidad de energíaeléctricaproducida; cuantomayor sea lacapacidadaislantedel soporte,mayoresla energía eléctrica que se produce,motivado por la existencia de menorperdidadeenergíaenelpropiosoporte.
Estehechoseconsideraunaevidenciaenelcasodelplátanoquecorrespondeal
Ejemplo más claro: sobre la tabla demadera su energía era de3,42voltios,mientrasquesobreelplásticosegenerounos2,8voltios.
Finalmentehemospodidocon0irmarqueladivisióndelafrutaenvariostrozosnosgenerabaunamayorcantidaddeenergía.
Referencias________________________________________________http://www.experimentosparaniños.org/hacer-una-pila-casera-con-limones/http://www.ehowenespanol.com/crear-electricidad-usando-limones-como_219591/http://www.experimentosfaciles.com/crear-bateria-de-electricidad-con-limones/http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/limon.jsp
M.Suena,A.GonzálezyC.Blanco(4ºESO) Generacióndeelectricidadconfrutas
50
https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_li
m%C3%B3n
http://www.livestrong.com/es/lista-frutas-verduras-info_17641/
https://es.wikipedia.org/wiki/Electrolit
o
https://www.nlm.nih.gov/medlineplus/s
panish/ency/article/002350.htm
https://curiosoando.com/que-es-una-
pila-de-limon
http://sciencefairadventure.com/Project
Detail.aspx?ProjectID=154
https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_lim%C3%B3n
http://www.ehowenespanol.com/proyec
tos-ciencia-generar-electricidad-limones-info_88054/
http://www.experimentoscaseros.info/2013/09/bateria-de-limon.html
http://www.ehowenespanol.com/crear-
electricidad-usando-limones-como_219591/
http://www.xn--experimentosparanios-
l7b.org/hacer-una-pila-casera-con-
limones/
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
51
Iluminacióndeemergenciaencarreterapor
quimioluminiscencia*ClaudiaPintado,IreneFernándezyMartaÁlvarez(1ºBach.)
ProfesorJoséIgnacioEsquinas.
ColegioLaInmaculada,Ponferrada(León).
Anteunaccidenteosiniestro,losalrededoresdelvehículoaccidentadodebenserseñalizadosparaalertaraotrosusuariosdelavíaydeestaformaevitaraccidentesencadena,asegurandolazonayfacilitandolalabordelosequiposdeemergencia.Estaspremisasresultanmáscomplicadasdecumplirenaccidentesnocturnosyenausenciadeluz,cuandoserequiereaumentarlavisibilidad.Lainvestigaciónque
harealizadonuestroequiposehacentradoenestudiarlaviabilidaddelaaplicacióndefluidosquimioluminiscentescomosistemadeiluminacióndeemergenciaencarreteras,delimitandolazonasiniestradaypermitiendosuvisualizacióneiluminación.Enconcreto,sehanestudiadodosprocesosde
quimioluminiscencia;lareaccióndeluminolconperóxidodehidrógenoyunasalférrica,ylareaccióndeésteresdeácidooxálicoconperóxidodehidrógenoyun
fluoróforo.
1. FASEDEPLANTEAMIENTO
OBJETIVODELAINVESTIGACIÓNLas reacciones dequimioluminiscenciason aquellas en lasque se desprenden energía en forma deluzvisible.Esta radiaciónemitidapuedeserdeunaespecialintensidad, _____________________________RevistadeInvestigaciónQuímicaVGC,3,51-63.*Proyectofinalista.Mayo2016.ISSN:2386-5067
suficiente como para poder estudiar suaplicación para la señalización desiniestrosencarreteras.
El objetivo de la investigación espresentaryestudiardistintasreaccionesde quimioluminiscencia, y atendiendo avariablescomoeltiempo(duracióndelaintensidad), intensidad de la luz ycondiciones térmicas, evaluar laconveniencia de cada reacción para laaplicaciónprevista.
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
52
Tras presentar el diseño de la
investigación y la fase de
experimentación se contrastarán los
resultados y en base a los mismos se
evaluará lahipótesisdepartida.Encaso
de ser verificada se propondrá un
método para la implementación de
sistemas de iluminación de emergencia
envehículossiniestrados.
MARCOTEÓRICO
Existen dos términos que en ocasiones
inducen a confusión, como es el caso de
lafluorescenciaylaquimioluminiscencia,
ambos considerados procesos
fotoquímicos.
Cuando a una molécula se le irradia
energía, se produce la absorción de
cuantosde luz (fotones)y laproducción
de estados electrónicos excitados muy
reactivos.Comoes evidente, lamolécula
nopuedequedarseenunestadoexcitado
indefinidamente ya que representa una
situacióninestable,porloquesufriráuna
reacción química o bien liberará el
excesodeenergíadeformatérmicaopor
radiación.
La fluorescencia es precisamente el
proceso de emisión en el cual las
moléculas excitadas por la absorción de
radiación electromagnética liberan su
exceso de energía en forma de fotones
con menor energía, generalmente con
una longitud de onda más larga que la
inicialmente recibida. Este proceso dura
tanto como el estímulo (energía
irradiada), de tal forma que cuando la
energía irradiada cesa, también cesa el
fenómeno de fluorescencia, a diferencia
por ejemplo de la fosforescencia (la luz
absorbida se vuelve a emitir despuésde
transcurrirunciertotiempo).
Lassustanciasenlascualesseobservael
fenómeno de fluorescencia se llaman
fluoritas, siendounejemplode este tipo
de sustancias la fluoresceína,una salde
resorcinol fltaleína que diluida en agua
tiene un color amarillo, y cuando se
encuentra en soluciones de pHmayor a
5, se torna verde, y su fluorescencia
aumenta.
Enlapresenteinvestigaciónlautilización
de la fluoresceínase limitaa favorecery
amplificar el efecto de una reacción de
quimioluminiscenciacomoladelluminol
conunasalférrica.
No obstante, la presente investigación
tiene su fundamento químico en el
proceso de quimioluminiscencia. Este
término se utiliza para describir la
emisión de luz como resultado de una
reacción química, de tal forma que la
energía liberada en esta reacción es la
responsabledeexcitarciertasmoléculas,
que tras una desactivación vibracional
dentro del mismo estado excitado,
liberansuexcesodeenergíaenformade
radiación con una longitud de onda que
puedeestarenelespectrovisible,loque
es fácil de ver y de identificar. Sin
embargo, a menudo el fenómeno de la
quimioluminiscenciaesdemasiadobreve
como para pensar en potenciales
aplicaciones que requieran de cierta
permanencia en cuanto a la radiación
emitida.
Para evaluar su conveniencia con
respecto al objetivo de la investigación,
se han estudiado y desarrollado dos
procesos químicos en laboratorio;
quimioluminiscencia de luminol y
quimioluminiscenciadeésteresdelácido
oxálicos.
Acontinuaciónseresumebrevementeel
fundamentoteóricodecadaproceso.
1. Quimioluminiscencia del luminol.El luminol (5-amino-2,3-
dihidroftalazina-1,4-diona) es un
derivado del ácido ftálico que en
condiciones estándar se encuentra
en fase sólida y con una coloración
verdosa. Da la reacción
Quimioluminiscencia con peróxidos
y en presencia de complejos de
hierro como catalizadores, por lo
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
53
que se emplea en química forensepara la detección de rastros de
sangre.
2. Quimioluminiscenciadeésteresdelácido oxálico. Laquimioluminiscenciaproducidaporlaoxidacióndederivadosdeésteresdelácido oxálico en presencia decolorantesfluorescentesdeberíaser,apriori, de mayor intensidad yduración que la obtenida con elluminol. Al hacer reaccionar ésteresdel ácido oxálico con peróxido de
hidrógeno en presencia de distintoscolorantes se supone que emitirándistintos coloresde luz, (RodaminaBpara luz roja, rodamina 6G para luznaranja, 9,10-Bis(Feniletinil)-antraceno para luz verde y 9,10-Difenilantraceno para luz azul). Elmarco teórico de este procesoquímico se resume en los siguientespuntos:
a) Unésterderivadodelácidooxálico, comoeloxalatodedifenilo reaccionaconelaguaoxigenadayproducendossustancias,fenoly1,2-dioxetanodiona
b) La1,2-dioxetanodionaesunasustanciaintermediamuyinestablequesedescomponeendióxidodecarbonoliberandoenergía.
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
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Estaenergíaesabsorbidaporlasmoléculasdecolorantequeexcitanunelectrón.Cuandoeseelectrónregresaasuestadofundamentalemiteunfotóndeluz.
FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS DEINVESTIGACIÓN
Teniendo en cuenta el objetivo de lainvestigación y la aplicación perseguida,lahipótesisdeinvestigacióndelaqueseparteeslasiguiente:
1. Aplicación de fluidosquimioluminiscentes sobrepavimento como sistema deiluminacióndeemergencia
Se pretende que ante un accidente osiniestro, los alrededores del vehículoaccidentado se pueden volverluminiscentes en la oscuridad con laaplicación de fluidosquimioluminiscentes, y de esta formaaumentar la visibilidad. Con ello, seconseguiría señalizar la zona delaccidenteparaalertaraotrosusuariosdela vía intentando evitar accidentes encadena,permitiendolocalizarelvehículoy contribuyendo a asegurar la zona y ailuminarlas para facilitar la labor delosequiposdeemergencia.
La hipótesis base o de partida se puededividir en dos subhipótesis conconsideraciones imprescindibles quedeben cumplir los fluidosquimioluminiscentes que se obtenganparapoderdarleselusoprevisto:
1.1. El fluido quimioluminiscenteproporciona luz de intensidad
suficiente como para permitir suvisualización en la oscuridada100metrosdedistanciacomomínimo
1.2. EL tiempo de luminiscencia seprolonga en el tiempo un mínimode 4-5 horas, siendo así suduraciónsuficiente.
La investigación diseñada, que sepresentaenelsiguientecapítulo,permitecontrastarlashipótesisdeestudio.
2. DISEÑODEINVESTIGACIÓN
La investigación se basa en laexperimentación de dos reaccionesquímicas que produzcan luminiscencia,detalformaquepermitaelestudiodelassiguientesvariables, fundamentalesparaevaluarlahipótesisdeestudioyconellolaviabilidaddelaaplicación:
• Intensidad de la luz, que permita sersuficiente para su observación comomínimoa100metrosdedistancia
• Tiempo de luminiscencia,estableciendo un mínimo de 4 horasdeduración
• Temperatura,analizandosuinfluenciasobrelaluminiscenciaproducidaenlareacción
Los procesos químicos elegidos para suestudio son las reacciones del luminolcon una sal férrica y la reacción de losderivados de ésteres del ácido oxálicoconperóxidodehidrógeno,quehansido
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
55
descritas en la fase de planteamiento. Acontinuación se describe lametodologíacientífica seguida, estructurada ensendosprocesos:
1. Quimioluminiscencia delluminol.Partiendode labaseteórica,sediseña un experimento en el que seprepare una disolución de luminol y sehaga reaccionar con peróxido dehidrógeno en presencia de ferricianurode potasio (K₃[Fe(CN)₆]) comocatalizador.Elprocedimientoseráelsiguiente:
o Inicialmente se preparará unadisolución de luminol en un mediobásico, añadiendo para ello NaOH.Servirá una pequeña cantidad deluminol,apenas0,1g,disueltosen50mldeaguadestilada,yconadicióndedoslentejasdeNaOH.
o Sepreparará tambiénunadisolución,en recipiente independiente, deferricianurodepotasioapartirdeunacantidad de 2 g de esta sal (no serequiere mucha cantidad, al actuarcomocatalizador)y5mldeperóxidodehidrógeno.
o Mezclaremos las dos disoluciones yañadiremos posteriormente otradisolución de fluoresceína sódica, enmediobásico,quesupuestamenteviraelcoloraunverdemásintenso.
o Para comprobar los efectos se haceoscuridad, y se evalúan las variablesde estudio anotando el tiempo quedure la luminiscencia, la distanciadesdelaqueseobservayelpotencialefecto de la temperatura al acercarloalfuego(mecherodealcohol).
2. Quimioluminiscencia deésteres del ácido oxálico. El estudiodocumental de este proceso químicoindica que a priori se debería obtenerunaluminiscenciademayorintensidadyduración que la anterior, con unaexperiencia aparentemente máscomplejaencuantoasumetodología:
o Se prepara una disolución de bis-oxalato con las siguientesproporciones aproximadas; 75mg deoxalatodebis(2,4-dinitrofenilo)en45mldeunamezcla80:20deacetatodeetilo/acetonitrilo
o Acontinuación, sepreparadisoluciónde peróxido de hidrógeno (H2O2)añadiendo0,75mldeaguaoxigenadaal30%enunmatrazaforadode25mly se enrasa hasta 25 ml conacetonitrilo.
o Se preparan cuatro tubos de ensayolimpios y se depositan en ellos, unosmiligramos de cada uno de lossiguientes fluoróforos; rodamina B(luzroja);rodamina6G(luznaranja);9,10-Bis(Feniletinil)-antraceno (luzverde); 9,10-Difenilantraceno (luzazul)
o Sobrecadaunodelostubosdeensayose añaden 7,5ml de la disolución debis-oxalato previamente preparada.La quimioluminiscencia se inicia trasla adición de 1-2 ml de la disoluciónde peróxido de hidrógeno enacetonitrilo.
o Al igual que con la experienciaanterior, sedeberáhaceroscuridadyanotar los resultados en cuanto aintensidad, tiempo e influencia de latemperaturaacercándoloalfuego.
Cabe destacar que este diseño tuvo quesermodificado posteriormente debido alapocadisponibilidadyalaltopreciodeloxalatodebis(2,4-dinitrofenilo);se trataes un producto extremadamente caro yporesoserecurrióaemplearcomoésterdelácidooxálicoeloxalatodedifenilo,demayor disponibilidad (se encuentra enlas denominadas “barras luminosas” -“glowsticks”)yaunmenorprecio.
3. FASEDEEXPERIMENTACIÓN
En esta fase se ejecutó el diseño,mediante experiencias realizadas en ellaboratorio escolar y en exteriores, seprocedióalarecogidadeinformaciónyalaobtencióndedatosexperimentalesconrespectoalasvariablesobjetodeestudio.
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
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Experimento 1. Quimioluminiscenciadelluminol
Elmaterialempleadofueelsiguiente:
Imagen1.Reactivosempleadosparalareaccióndequimioluminiscenciadel
luminol.Deizquierdaaderecha;luminol,fluoresceínasódica,ferricianurode
potasioehidróxidodesodio
Inicialmente se deben preparar dosdisoluciones, cada una en un vaso deprecipitadosomatrazaforado:- Disolución A. Echamos 50 ml de aguadestilada en el matraz o vaso deprecipitadosyañadimos2gferricianurodepotasio.Removemosbienduranteuntiempohastaqueladisoluciónestémásomenos homogénea. Posteriormentevertemos unos 5 ml de agua oxigenadacomercial.
- Disolución B. Disponemos 50 ml deagua destilada en el matraz o vaso deprecipitados y añadimos 2 lentejas deNaOH. Removemos bien hasta que sedisuelvenlasdoslentejas.
Posteriormente sobre esa mismadisolución A añadimos media punta deespátula (0,1 g aprox.) con luminol.Agitamosyremovemos.
-DisoluciónC.Preparamosuna solucióndefluoresceína,cogiendo1g,yañadimos50 ml de agua destilada. Removemosbienhastaobservarladisolucióndetodalafluoresceína,inicialmentesólida.
Imagen2.DetallededisolucionesA,ByCpreparadas.
Hacemos oscuridad y mezclamos 25 mlde las disoluciones A y B sobre unerlenmeyer. Observamos el resultado yevaluamoslasvariablesdeestudio(colore intensidad, influencia de temperatura,tiempo). Cogemos otro erlenmeyer yrepetimos la operación; mezclamos loquequedadeladisoluciónAyByahoraadicionamos50mldeladisolucióndelafluoresceína en este erlenmeyer.Hacemos oscuridad y evaluamos lasvariablesdeestudio.
Los datos experimentales relativos a lasvariables de estudio se apuntarondurantelaexperiencia,yserecogenenlasiguientetabla:
o Vasodeprecipitadoso Aguadestiladao Embudosdecristalo Erlenmeyero Pipetao Varillaso Espátulao Mecherodealcoholo Pinzasdemaderao H2O2(aguaoxigenada)o NaOH(hidróxidodesodio)o Fluoresceínasódicao K3[Fe(CN)6](ferricianurode
potasio)o Luminol
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
57
Reactivos Cantidad Coloreintensidad
Influenciatemperatura
Tiempo(duración
luminiscencia)5-amino-2,3-dihidroftalazina-1,4-diona(luminol)
C8H7N3O2
0,1gAzulvioláceo,
confluoresceína
verde.
Intensidadmedia,visiblecortadistanciaenoscuridad(<100m)
Sininfluencia 5-10segundos
Ferricianuro depotasio
K3[Fe(CN)6]2g
Hidróxidodesodio
Na(OH)2lentejas
Peróxido dehidrógeno
H2O25ml
Fluoresceínasódica 1g
Tabla1.Obtencióndedatosexperimentalesparalareaccióndequimioluminiscenciaconluminol.
Imagen3.Quimioluminiscenciaporreaccióndeluminolconperóxidodehidrógenoyferricianurodepotasio
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
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Experimento2.Quimioluminiscenciadeésteresdelácidooxálico
Enestecaso,elmaterialempleadofueelsiguiente:
* Por losmotivos esgrimidos en el diseñode anterior (alto precio, pocadisponibilidad), se decide no emplearoxalato de bis(2,4-dinitrofenilo) sino
partir de una disolución de oxalato dedifenilo obtenida a partir de las “glowstick”,obarrasdeluz.
Abrimosinicialmenteunabarradeluz,oglowstick,de laqueseextraeeloxalatode difenilo, que se dispone en unaprobeta en una cantidad de 15 ml. Seprepara una disolución de peróxido dehidrógenoapartirde0,75mldeH2O2al30%enunmatrazaforadode25ml.Entres tubos de ensayo distintos, sedisponen los fluoróforos (rodamina,9,10-Bis(Feniletinil)-antraceno y 9,10-Difenilantraceno ) a partir de 2 mg decadauno.Sobrecadaunodelostubosdeensayo se disponen 5ml del oxalato dedifenilo y 1 mil de la disolución deperóxido de hidrógeno. Hacemososcuridad y observamos el resultado.Evaluamoslasvariablesdeestudio(colore intensidad, influencia de latemperaturaytiempodeluminiscencia)
Los datos experimentales relativos a lasvariables de estudio se apuntarondurantelaexperiencia,yserecogenenlasiguientetabla:
o Vasosdeprecipitadoso Aguadestiladao Embudosdecristalo Erlenmeyero Probetao Matrazaforadoo Pipetao Varillaso Espátulao Mecherodealcoholo Pinzasdemaderao H2O2(peróxidodehidrógeno)o Oxalatodedifenilo*o Fluoróforos (rodamina, 9,10-
Bis(Feniletinil)-antraceno y9,10-Difenilantraceno)
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
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Tubodeensayo Reactivos Cantidad Colore
intensidadInfluenciatemperatura
Tiempo(duración
luminiscencia)
TuboA
Oxalato dedifenilo 5ml
Naranja
IntensidadaltaVisiblelarga
distanciaenoscuridad(>100m)
Considerableaumentodeintensidad
5horas,peroapenas40minutossisecalienta
Peróxido dehidrógeno
H2O2
1ml
Rodamina 2mg
TuboB
Oxalato dedifenilo 5ml
Verde-amarillo
IntensidadaltaVisiblelarga
distanciaenoscuridad(>100m)
Considerableaumentodeintensidad
4-5horas,peroapenas40minutossisecalienta
Peróxido dehidrógeno
H2O2
1ml
9,10-Bis(Feniletinil)-antraceno
2mg
TuboC
Oxalato dedifenilo 5ml
AZUL
IntensidadaltaVisiblelarga
distanciaenoscuridad(>100m)
Considerableaumentodeintensidad
4-5horas,peroapenas40minutossisecalienta
Peróxido dehidrógeno
H2O2
1ml
9,10-Difenilantraceno 2mg
Tabla2.Obtencióndedatosexperimentalesparalareaccióndequimioluminiscenciaconoxalatodedifenilo.
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
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Imagen3.Quimioluminiscenciaporreaccióndeoxalatodedifeniloconperóxidodehidrógenoyrodamina
4. ANÁLISISDERESULTADOS
Los resultados obtenidos en la fase deexperimentación confirman que los dosprocesos químicos realizados enlaboratorio producen luminiscencia. Sinembargo, arrojan conclusiones muydistintascuandoseevalúanlasvariablesde estudio en cada caso,y se contrastanlashipótesis.
Acontinuaciónseresumenyanalizanlosresultados obtenidos en cadaexperimento.
Quimioluminiscenciadelluminol
La reacción química dio como resultadouna luminiscencia conun color azul contonosvioláceosmuycaracterística.
Sin embargo, la duración fue de apenas5-10 segundos, bastante por debajo delos 40 segundos que el estudiodocumental revelaba como tiempo de
duración para la luminiscencia delluminol.
Por otro lado, la intensidad no erasuficiente para poder percibirse a unadistancia superior a los 100 metros, yanteunaumentodetemperaturaapenasaumentaba la intensidad de laluminiscencia.
Por todo ello, se descartó laquimioluminiscencia del luminol para laaplicaciónprevista,rechazandoparaesteprocesolashipótesisdeestudio.
Quimioluminiscenciadeésteresdelácidooxálico
En este caso, los resultados fueron máspositivos con respecto a la hipótesis departida. La intensidad de la luz erasuficiente como para ser observada connitidezaunadistanciasuperioralos100menoscuridad.
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
61
Además,laduracióneracomomínimode
5 horas, pues se realizó la experiencia a
primera hora de clase y al finalizar la
última clase (14:20), aún se apreciaba
luminiscencia.
En cuanto a la influencia de la
temperatura, en este caso era notable,
pues al acercarlo a un foco de calor
(mecherodealcohol)seapreciabaquela
intensidad aumentaba sustancialmente,
pero disminuía la duración de la
luminiscencia a apenas 30-40 minutos.
Imagen4.Influenciadelatemperaturaenlaquimioluminiscencia.Seobservaun
incrementonotabledelaintensidaddelaluzemitidaalacercarloaunfocodecalor
Los resultados de esta experiencia por
tanto indicaban que la reacción de
oxalato de difenilo con peróxido de
hidrógeno y un fluoróforo podría ser
válida en condiciones ambientales, sin
incremento de temperatura, pues era
positiva para las variables de estudio y
confirmabalashipótesisdeestudio.
A modo de resumen, la siguiente tabla
recoge el resultado del contraste de las
hipótesis de partida con respecto a los
procesosquímicosestudiados.
Tabla3.Evaluacióndehipótesisdepartida,deacuerdoalmétodocientíficorealizado,paralaprimeraexperiencia
HipótesisdeestudioQuimioluminiscenciadeluminol
Aceptada/
RechazadaMotivo
Aplicacióndefluidos
quimioluminscentessobrepavimentocomosistemadeiluminacióndeemergencia
1.1Elfluidoquimioluminiscente
proporcionaluzdeintensidadsuficientecomoparapermitirsuvisualizaciónenlaoscuridada100metrosdedistanciacomo
mínimo
RechazadaLuminiscencianovisible
aunadistanciasuperior
a100metros
1.2ELtiempodeluminiscenciaseprolongaeneltiempoun
mínimode4-5horas,siendoasísuduraciónsuficiente
Rechazada Escasaduración,apenas
5-10segundos
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
62
Hipótesisdeestudio Quimioluminiscenciadeésteresdelácidooxálico
Aceptada/Rechazada Motivo
Aplicaciónde
fluidos
quimioluminscen
tessobre
pavimentocomo
sistemade
iluminaciónde
emergencia
1.1Elfluido
quimioluminiscente
proporcionaluzdeintensidad
suficientecomoparapermitir
suvisualizaciónenlaoscuridad
a100metrosdedistanciacomo
mínimo
AceptadaIntensidadsuficiente,visibleenoscuridadadistancia>100m
1.2ELtiempodeluminiscencia
seprolongaeneltiempoun
mínimode4-5horas,siendoasí
suduraciónsuficiente.
Aceptada
Tiempodeluminiscencia
superiora5horas,atemperaturaambiente
Tabla4.Evaluacióndehipótesisdepartida,deacuerdoalmétodocientíficorealizado,para
lasegundaexperiencia
5. CONCLUSIONES.VIABILIDADDEAPLICACIÓNPROPUESTA
Las reacciones quimioluminiscentes hanalcanzado gran interés en los últimosaños debido, por un lado, a la granamplitud de sus posibilidades deaplicación a la Bioquímica Clínica y, porotro,a las importantesventajas, frentealasmetodologíasconvencionales,quelasnuevas metodologías luminiscentesparecen aportar en el campo de lasdeterminacionesanalíticas.Eselcasodelos inmunoanálisis quimioluminiscentesque emplean marcadores como elluminol,muyestudiadoyempleadoenlaactualidadenlaquímicaforense.
Sin embargo, son escasos los estudiossobre las potenciales aplicaciones de laquimioluminiscencia en otros camposcomo puede ser la señalización deemergencia en infraestructuras viariascomo carreteras. Atendiendo al númerodeaccidentesnocturnosquetienenlugaren nuestro país, con un número dedesplazamientos por la noche muy alto
en comparación con otros países, y lamalaseñalizaciónde losmismos,resultauncampomuyinteresantesiendoesteelmotivo por el que se ha decididoinvestigar.
En la investigación realizada, losresultados obtenidos permitenestablecercomoconclusiónprincipalquela reacción de ésteres del ácido oxálico(comoeloxalatodedifeniloempeladoenel experimento 2) con peróxido dehidrógeno y un fluoróforo podría serempleadaatalfin,enbasealaspositivascondicionesde intensidadyduracióndelaluminiscencia.
El siguiente reto era decidir cuál es laformamás adecuada de aplicar el fluidoquimioluminiscentesobreunasuperficiecomo el asfalto o pavimento de unacarretera. En el equipo hemos pensadoque, de igual formaque se utiliza con elluminol en la química forense, podríaresultar interesante diseñar un esprayque se pudiera recargar con oxalato dedifenilo y peróxido de hidrógeno con
C.Pintado,I.FernándezyM.Álvarez(1ºBach.) Iluminacióndeemergencia(…)
63
fluoróforo, dispuestos en envases
independientes y que solo semezclaran
enelesprayenelmomentodeseñalizar
lazonasiniestrada.
Imagen5.Espraydeluminolempleadoenlaactualidad(izquierda)ypropuestadeespray(derecha)paraaplicaciónprevista
Por último, y como colofón a las
conclusiones de la investigación,
debemos decir que si bien creemos que
este sistema puede resultar válido y se
puede implementar para iluminación de
emergencia en carretera, somos
conscientesde las limitacionesquetiene
unainvestigacióndeestascaracterísticas
en el entorno escolar. Sería necesario
desarrollar más esta aplicación con un
estudio demayor profundidad y con un
equipamiento más completo que el
propio de un laboratorio de un centro
educativo.
6. VALORACIÓNPERSONAL
Para nosotros es una manera de
acercarnosdeunaformamásdirectaala
química, y al tratarse de algo propio
ponemos en ello más dedicación y
preocupación.
Desde nuestro punto de vista es una
oportunidad para tratar temas como la
quimioluminiscencia,elcuálnopodemos
abordar tanto como nos gustaría, y
además al ser este trabajo algo
ciertamente más llamativo por sus
resultados; es decir, la luz y los colores;
resultamásatractivo.
Y no hay mejor manera de aprender y
entenderalgoqueexperimentarlo,porlo
tanto nos alegramos de haber probado
esta experiencia y con ello de haber
explorado un poco más acerca de los
tipos de reacciones químicas y sus
posibles aplicaciones, con el fin en este
caso de intentar mejorar los problemas
actualesdetráficoyevitarelnúmerode
accidentes.
Referencias________________________________________________
-BREWSTER,R.Q.yotros.“Curso
prácticodequímicaorgánica”,Editorial
Alhambra,1986.
-PAVIA,D.yotros.“Químicaorgánica
experimentarl.,EUNIBAR,1978.
https://www.ucm.es/data/cont/docs/41
0-2014-11-06
gui%C3%B3n_practicas_QOII_2014_15_v
2.pdf
http://www.shu.edu/~chm_tgc/chemilu
mdir/chemiluminiscence.html
http://www1.chem.leeds.ac.uk/delights/
http://www.madsci.org/
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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Investigacióndelafermentacióndelmosto*
CarmenAlegría,ClaudiaAlonsoyFranciscoCuevas(1ºBach.)
ProfesoraGemaCarrica
ColegioConcertadoBilingüeDivinaPastora,León
Enelestudioquesepresentaserecogenlosdatosdelprocesodefermentacióndelauva,obtenidosporparteungrupodetresalumnosde1ºdeBachilleratodel
ColegioDivinaPastoradeLeón,encolaboraciónconlabodegaLeyendadelPáramodeLeón.Durantedichoestudioseanalizaránloscambiosqueseproducenenladensidad,enlaintensidaddecoloryenlaconcentracióndepolifenolesduranteelprocesodefermentacióndelauva.Tambiénseinvestigarásobrelarelaciónqueexisteentrelaconcentracióndeazúcardelmostoinicialylaconcentración
alcohólicadelproductofinal,vino.
PLANTEAMIENTODELPROYECTO
A) Objeto: En el estudio que sepresentaserecogenlosdatosdelprocesodefermentacióndelauva.Durantedichoestudioseanalizarán loscambiosqueseproducenenladensidad,enlaintensidadde color y en la concentración depolifenoles durante el proceso defermentacióndelauva.B) Marco teórico: En el marcoteórico se tratará la estructura de lamateriaprima,elcálculodelrendimientodelauva, latransformacióndelauvaenvino, la vinificación del tinto y lafermentación alcohólica. Todo elloimprescindibleparallevaracabonuestrotrabajodeinvestigación.
_____________________________
RevistadeInvestigaciónQuímicaVGC,3,64-85.*Proyectoganador.Mayo2016.ISSN:2386-5067
a) Estructura de la materiaprima.:Lamateriaprimaquesirveparaelaborarelvinoeslauva.Losracimosdeuvasecomponen fundamentalmentedelraspónydelosgranos:o El raspón: El raspón -tambiénllamado raspa y escobajo- forma elesqueletodelracimo.Suestudiodesdeelpunto de vista enológico nos permiteconocer que sustancias puedenincorporarsealvinocuandolosrasponesestánpresentesdurantelafermentación.Elraspónpuedellegaralabodegaendosestados: verde omaduro (lignificado) Elraspón verde tiene gran contenido deagua, clorofila, taninos, ácidos málico ytartárico, y sales acidas. Durante lafermentación confiere al vino ciertosabor vegetal o herbáceo. Los rasponesmaduros contienenmenos agua, taninosy ácidos libres -a menudo carecen deácidomálico-, y tienen, por el contrario,mayor proporción de sales acidas.Durante la fermentación de los tintos,una parte de estas sustancias se
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incorpora a los vinos, aumentandofundamentalmente su acidez y sucontenido en taninos, de forma que sehacen más duros y astringentes. En elcaso de fermentaciones defectuosas olargamente encubadas, los rasponespueden ceder al vino saboresdesagradables o herbáceos. Por losmotivos anteriormente expuestos, elraspón se separa del grano antes delencubado,demodoquenoestépresentedurantelafermentaciónymaceracióndelauvatinta.o Elgrano:Losgranosdeuvaestánconstituidos por hollejos o pieles, lapulpay laspepitasLoshollejosopielesatesoran la mayor parte del color y dearoma,ydeterminandeformadecisivaelsabor de los vinos. Están compuestos,fundamentalmente por agua, ácidosmálicoytartárico,sales,taninoymateriacolorante. Los granos de uva estánrecubiertos de una sustancia cerosa,llamada pruina, a la cual se adhierenmuchosmicroorganismospresentesenelaire, entre ellos las levaduras quedesencadenan la fermentaciónespontanea. La proporción de acidez,sales acidas y taninos varía según elestadodemadurezdelauva.Lostaninos,en especial, difieren mucho de unavariedad a otra, o según sean los vinosblancos o tintos. Muy variables sonigualmenteel espesory ladurezade loshollejos. El color de las uvas se debe ados clases de pigmentos: antoxantinasdecoloramarillento,queestánpresentesen todas las pieles de uvas blancas otintas; y antocianinas, de color rojo enmedio acido, que son exclusivas de lasvariedadestintas.Enlapulparesidenlosprincipales componentes del mosto(agua,azucaresyácidosorgánicos),que,durante la fermentación, se convierten
en vino. Como la pulpa contiene muypocos taninos, éstos son muy pocoapreciables en los vinos blancosprocedentes de la primera prensada,cuyos mostos apenas han permanecidounosbrevesinstantesencontactoconloshollejos. Laspepitas o semillasdifierentambién según las variedades, e inclusoexisten uvas que carecen de ellas. Laspepitas poseen una capa externa muydura y prácticamente no se rompendurantelavinificación,aunquecedenunapequeñaproporcióndetaninosalvino.
Enlassiguientesimágenespuedenversetanto la estructura del racimo como laestructuradelgrano:
b) Cálculodelrendimientodelauva.
La composición porcentual de cada unodeloselementosdelracimodeuvavienedadoenlasiguientetabla:
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Raspónoescobajo 5%
Hollejo 7%
Pepitas 4%
Pulpa 84%
Estosporcentajesvaríansegúneltipodeuva y el estado de maduración de lamisma. Por ejemplo, cuando la uva estámuy madura la mayor parte del pesocorrespondealapulpadelauva.
Para calcular el rendimientode la uva ocomposición porcentual de cada uno desus elementos se realizan las siguientesoperaciones:
a. Sepesaelracimodeuvayseanota.b. Se separan los granos del raspón y
seanotasupesoc. Se calcula el peso del raspón
restandoalpesodelracimodeuvaelpesodelosgranos.
d. Se separan las pepitas y las pielesdelgranoyseanotansuspesos.
e. El peso de la pulpa se calcularestando al peso del grano, el pesodelaspepitasydelaspieles.
f. Secalculaeltantoporcientodecadauno de los componentes del racimode uva mediante una relaciónsencillaentreelpesodelracimoyeldecadacomponente.
c) Transformación de la uva envino.:La transformacióndeuva en vinoes un proceso natural y, a la vez,espontaneo.Paralaobtencióndevinonose requieremásqueuna cierta cantidaddezumodeuvas-el llamadomosto-y lapresencia de un microorganismo -conocido como la levadura- que seencuentrade formanaturalsobre lapielde los granos de uva cuando estánmaduros. Esa transformación se havenidoproduciendodeformaesporádicadurante millones de años, sin más
intervención que la de la propianaturaleza.Denominamos vinificación al conjuntode operaciones mediante las cuales elmostodelasuvassetransformaenvino.Aunque la fermentación es el puntoculminante de esta transformación, elproceso de la vinificación es complejo yestá sujeto a una serie de procesosanteriores y posteriores quedeterminaran el tipo de vino final.Podemosdiferenciartresetapas:1. La prefermentación, que es el
conjunto de operaciones anterioresalafermentación;
2. La posfermentación, que es elconjuntofinaldeoperaciones.
3. La fermentación, la cual está sujetaal conjunto de operacionespredeterminadas en las otras dosetapas.
Todasellasserealizandeacuerdoconelproducto final que se quiera obtener. Elcontrol adecuado de estas tres etapaspermitirátenernumerosostiposdevino,cada uno con características claramentediferenciadas. Algunas de estasoperaciones son comunes y otrasespecíficas. Estas últimas van de losdiferentestiposdevinificación,ysonlasresponsablesdelcarácterfinaldelvino.Los sistemas de vinificación difierenmuchodeun lugar a otro, según el vinoque se pretende obtener y de lastradicionestípicasdecadalugar.Perolosgrandesgruposdevinificaciónenblanco,tintoyrosadorespondensiempreaunospatronesgenerales.
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d) Vinificación en tinto: Lacaracterística distintiva de unavinificación en tinto es que el mostozentanecesariamenteencontactoconlaspartes solidas de la vendimia (hollejo ypepitas, fundamentalmente). Laelaboración de un vino tinto puededescribirseencuatroetapas:
1. Operaciones mecánicas. Estrujado,
despalilladoysulfitado.El estrujado consiste en romper elhollejo de la uva, de manera quelibereelzumoylapulpa.El despalillado es la operación deseparar los granos de uva, de losescobajosoraspones.Elsulfitadoconsisteen laaplicaciónde anhídrido sulfuroso (SO2) a losmostos. Esta sustancia es el únicoantisépticopermitidoporley.
2. Encubado del mosto (correcciones,fermentación alcohólica ymaceración)Encubaresalmacenarlosmostosencubasodepósitosparaquefermenteysetransformeenvino.
3. Descubeyprensadodeorujos.El descube es la operación de sacarel vino del depósito donde hafermentado.Losvinossetrasieganotrasvasan a otros depósitos parasepararlos de los orujos (hollejos ypepitas).
4. Acabado(fermentaciónmaloláctica)
e) Lafermentaciónalcohólica: Lafermentación alcohólica es el procesomediante el cual el azúcar del mosto setransforma en alcohol etílico y gascarbónico por efecto de las levaduraspresentesenelmedio.Lareacciónpuedeformularseasí:
C6H12O6+levaduras→2C2H6O+2CO2
GlucosaAlcoholGascarbónico
Este sería el esquema más elemental.Pero este proceso es muy complejo y,además de alcohol y gas carbónico, seproducen otro tipo de sustancias encantidades muy pequeñas, como son: laglicerina, que da cuerpo al vino y unacierta suavidad al paladar; el ácidosuccínico;losalcoholessuperiores…
C) Antecedenteseinvestigacionesprevias: Durante casi tres millones deaños,lauvaestápresenteenlaevolucióndelhombre.Losrestosfósilesdelasuvasaparecen frecuentemente en las zonassubtropicales.
La historia del vino es inseparable de ladelhombre.Elvinoquesebebehoytienea sus espaldas un largo y afanosorecorrido.
Lahistoriadelvino, consusaltibajos,esla historia del hombre. Desde el pasadohasta el presente, ha ido acumulandotodo el espíritu de la cultura y de lacivilización.
Delascavernas,elhombrehapasadoalacultura tecnológica; de la vid silvestrecultivada, y de los vinos primitivos, quese mezclaban con tierras espesantes yagua,hemosllegadoa losvinosactuales,máspurosymáshigiénicos.
El vino aspira a ser hoy no sólo "lamássana e higiénica de las bebidas” comoopinaba Pasteur, sino también unaauténticaobradearte:unamuestradeloque el ingenio y el trabajo humanos -lacultura, en suma- pueden hacer con losfrutos primarios y silvestres de lanaturaleza.
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D) Hipótesis: La concentración deazúcar del mosto inicial determina laconcentración alcohólica del productofinal,vino.
I. VARIABLES:Lasvariablesquesevan a determinar en este estudio son ladensidad,el índicedepolifenoles totalesyelcolor.
La densidad. La determinación de ladensidad en los vinos es una prácticafrecuente en bodega. Analizando ladensidad del mosto obtenido trasestrujar las uvas recibidas de lavendimia, podemos determinar suriqueza azucarada y por consiguiente elgrado de alcohol que tendrá el vino
despuésdelafermentación.Alolargodelproceso de la fermentación alcohólica elanálisisperiódico,ennuestrocasodiario,de la densidad del mosto enfermentación, nos indica la evolucióndelamisma y si hay algún problema comounaposibleparada.Elmétodoempleadoparamedir la densidad del mosto, es ladensimetría. Esta técnica se basa en elprincipio de Arquímedes para ladeterminacióndelamasavolumétricadelíquidosenfuncióndelaflotabilidadquepresenta en ellos un cuerpo de pesoconstante. A continuación se muestranlos materiales necesarios y elprocedimiento seguido para ladeterminación de la densidad en ellaboratorio:
MÉTODODENSIMÉTRICO
Materiales Procedimiento
– Probetade250ml.decapacidad– Termómetrocontrastado.– Densímetrocontrastado.– Embudoyfiltrosdepapelplegado.– Equipodefiltración.
a) El mosto debe estar perfectamentelimpio
b) Depositar aproximadamente 250 mlenunaprobetalimpiayseca.
c) Introducir el termómetro y anotar latemperatura
d) Introducir el densímetro y tomar lalecturaporencimadelmenisco
e) Volver a introducir el termómetro yanotar la temperatura, en el caso dequevaríe,hacerlamedia.
Durantenuestraprácticanoserealizóunestudioexhaustivodelatemperatura,yaque el proceso de fermentación delmosto se realizó en el colegio y nodispusimos de medios para controlar latemperatura del mosto. Sin embargo, ycomo veremosmás adelante, este hecho
no influyóprácticamenteenel resultadodenuestrapráctica.
Concentración de polifenoles. Lospolifenolesson los llamadoscompuestosfenólicos o materias tánicas.Proporcionanalvinosucoloryunaparte
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de su sabor. Pertenecen a cinco gruposquímicos:1. Antocianosocolorantesrojos2. Flavonas,decoloramarillo.3. Ácidos fenólicos en forma de ésteres(ácidocinámicoybenzoico)
4. Taninos condensados, que procedende las pepitas, los hollejos y delraspón. Estos, son responsablesademás de que los vinos tintos muyenvejecidos comiencen a volverse decolor rojo ladrillo o teja. Los taninosprotegen a los antocianos de laoxidación, y se combinan con ellosestabilizandoelcolor.
5. Taninos hidrolizados. Estos noprovienen del racimo. Se encuentranen los vinos elaborados con taninoscomerciales (autorizados), y puedenprocedertambiéndelamaderadelosenvases.
Elcálculodelíndicedepolifenolestotales(IPT) es una expresióndel contenidodesustancias fenólicas que influyen en el
sabor y la longevidad de los vinos.Prácticamenteseutilizasoloenlosvinostintos (como en el que nosotrosobtuvimos tras el proceso defermentacióndelauvaPrietoPicudo).Elmétodo empleado paramedir el IPTes la espectrofotometría. Para ello seutilizan aparatos denominadosespectrofotómetros,queconsistenenunfoco luminoso que envía luz a unfotómetroyentreellosse interponeunacantidaddevinoexacta,generalmentedeun centímetro de espesor. No sueleemplearse luznormal,sino la luzqueencada caso dé mayor precisión. Por lotanto, ha de ser monocromática yopuestaalcolorquesequierecontrolar.La determinación del IPT se basa en laabsorcióndelosanillosbencénicosdelaluzultravioletaenlaregiónde280nm.
A continuación se muestran losmateriales y aparatos, el procedimientoseguidoy los cálculosnecesariospara ladeterminación en el laboratorio del IPTdelasmuestrasrecogidas:
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ESPECTROFOTOMETRÍAPARAELANÁLISISDELIPT
Materialesyaparatos Procedimiento
– Espectrofotómetro– Cubetasdecuarzode1cm.delongitud
óptica.– Matrazaforadode100ml– Pipetaaforadade2ml– Centrífuga o equipo de filtración
manual.
– Utilizaraguadestiladacomolíquidode
referenciaparaponerelaparatoacero
enlaescaladeabsorbanciaa280nm.– Centrifugar o filtrar el vino para
eliminar sustancias que pudiera tener
ensuspensión– Diluir el vino50veces.Poner2mlde
vinoenunmatrazde100mlyenrasar
conaguadestilada.– Esta dilución se coloca en otra cubeta
de1cm.delongitudópticaysellevaal
aparato. Se lee la absorbancia y este
valor es el que se empleará para el
cálculo.
CálculosIPT(ÍndicedePolifenolesTotales)=A280x50
A280=ValordelaAbsorbanciaa280nm
El Color.El color del vino se define pordosparámetros, la intensidad (cantidadde color que tiene el vino, algunos lo
llaman capa) y la tonalidad (precisiónajustada del color que nos permite
prejuzgar laedaddelvinoy/osuestado
deoxidación).Losdosconceptospueden
determinarse cuantitativamente en el
laboratorio y ofrecen información sobre
elorigendelvino,suestadoysuedad.
Elmétodoempleadoparamedirelcolor
delvinoeslaespectrofotometría(técnica
comentada en el apartado anterior
‘Concentracióndepolifenoles’)
La intensidad de color se mide en
absorbanciaaunalongituddeonda.
– Absorbancia 420 nm. mide tonos
amarillos.
– Absorbancia 520 nm. mide tonos
rojos.
– Absorbancia 620 nm. mide tonos
azules.
En vinos tintos, como el que nosotros
obtuvimos, semidecon luza420,520y
620nm.
En los vinos rosados y tintos es preciso
tambiénexponer lacantidaddecolor,es
decir,eltono.
A continuación se muestran los
materiales y aparatos, el procedimiento
seguidoy los cálculosnecesariospara la
determinación de la tonalidad y el color
delvinoenellaboratorio:
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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ESPECTROFOTOMETRÍAPARAELANÁLISISDELCOLOR
Materialesyaparatos Procedimiento
– Espectrofotómetro– Cubetasdecuarzode0.1;0.2;0.5;y1
cm.delongitudóptica.– Centrífuga o equipo de filtración
manual.
– Utilizaraguadestiladacomolíquidodereferenciaparaponerelaparatoaceroen la escala de absorbancia a 420nm,520nmy620nm.
– Centrifugar o filtrar el vino paraeliminar sustancias que pudiera tenerensuspensión.
– Medirdirectamentelasmuestrasenelespectrofotómetro las absorbancias a420nm,520nmy620nm.
CálculosIntensidaddecolor=(A420+A520+A620)/bTonalidaddecolor=A420/A520;
b=espesordelacubetaencm.;A420=Absorbanciaa420nm;A520=Absorbanciaa520nm;A620=Absorbanciaa620n
Durante el proceso de fermentación denuestro mosto fuimos recogiendodiariamente muestras de mosto y lasguardamos en un congelador. Una vezfinalizadalafermentación,analizamosenel laboratoriode la bodega ‘LeyendadelPáramo’elíndicedepolifenolestotalesyla intensidad de color de las muestrasrecogidas. Finalmente analizamos losresultados obtenidos y extrajimosconclusiones.
II. EXPERIMENTACIÓN: Ejecución,recogida de información y obtención dedatos. Las fotos del proceso deexperimentaciónseadjuntanenelanexo.
Etapasdelaexperimentación:
1. Procesado delmosto, operacionesmecánicas: eliminar el raspón de lauva, despalillar el grano, romper elgrano y añadir SO2 en forma demetabisulfitodepotasio.
Nuestro proyecto comenzó el 15 deoctubrede2015alrecibirunacajadeuva en el colegio. De la uva que
recibimos reservamos 2 racimosrepresentativos (ni muy grandes nimuy pequeños) para calcular elrendimientode lauvaenotrasesiónposterior.
Nos pusimos manos a la obra ycomenzamos eliminando, connuestrasmanos,elraspóndelauvaydespalillandoelgrano.
Pesamos el granode uva y nos diounvalorde12kg.
Continuamos rompiendo el grano ypara ello utilizamos una batidora devaso. Como simplemente queríamosque el grano rompiera y que noquedase muy machacado, le dimosdos o tres golpes con la batidora.Poco apoco fuimos introduciendoelgrano roto en un cubo, donde seharíalafermentación.
Finalmente procedimos al sulfitadode la uva como indicamosanteriormente. La adición de esteantisépticoeslimitada,yaqueporley
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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un vino tinto, como fue nuestroproducto final, no puede contenermásde160mg/LdeSO2total.
La dosis utilizada fue 10 g/qm demetabisulfitodepotasio, equivalentea unos 5 g/qm de SO2. Esta es unadosisnormalpara el buenestadodelavendimia.
Una vez añadido los 1,2 gramos demetabisulfito de potasio, lomezclamosbien con toda lauva y lodejamos reposar en espera delcomienzodelafermentación.
2. Cálculodelrendimientodelauva.
El16deOctubrede2015realizamosel cálculo del rendimiento de la uva.Para ello comenzamos pesando losracimosquereservamosen lasesiónanterior. A continuación eliminamosel raspón y pesamos el grano.Después separamos las pepitas y laspieles u hollejos del grano y laspesamos. Finalmente calculamos elporcentajedepepita,hollejos,raspóny pulpa de los dos racimos de uvarepresentativos.
RESULTADOSMasadelracimo 829gMasadelgrano 775gMasadelraspón 54g
Masadeloshollejos 269gMasadelaspepitas 85gMasadelapulpa 421g
3. Recogidadiariademuestras
Durante el proceso de fermentaciónfuimos tomando muestrasdiariamente. Estas muestras,previamentefiltradas,sedepositabanenbotesde250mldecapacidadyseguardabanenuncongelador.
Una vez finalizado el proceso defermentacióndelmosto,lasmuestrasse centrifugaron y se llevaron allaboratoriodelabodega‘LeyendadelPáramo’, para realizar allí el análisisdel color y del índice de polifenolestotales.
4. Análisisdiariodeladensidaddelamezcla y registro de losresultados.
Tal y como hemos comentado en elapartado de variables, el métodoempleadoparamedirladensidaddelmosto, es la densimetría (ver másinformación acerca del método eseapartado).
Los resultados obtenidos tras elanálisis de la densidad fueron lossiguientes:
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5. Siembradelevaduras
Debido a la tardanza en el comienzode la fermentación, el20deOctubredel 2015, nos vimos obligados arealizar una siembra de levadurasseleccionadas. La levadura empleadafueSaccharomycescerevisiae.
Añadimos esta levadura a razón de25 g por cada 100 kg de uva. Ennuestrocasocomoteníamos12kgdeuvatuvimosqueañadir3g.
Altratarsedelevadurassecasactivas,las tuvimos que rehidratar antes desuadiciónalauva.
Seguimos,paraello,elprotocoloqueindica el fabricante: Para lahidrataciónutilizamosaguadestiladaa razón de por cada 10000 ml deagua por cada 1000 g de levadura,por lo tanto, nosotros tuvimos queañadir 30 ml de agua a los 3 g delevadura.
La temperatura durante el procesode hidratación se mantuvo entre30ºC y 40ºC durante 20 min(temperatura y tiempo propiciosparalahidratación).
A continuación adaptamos laslevaduras al medio. Para elloagregamos 30mL de mosto a laslevaduras y lo dejamos reposardurante10minabañomaría.
Finalmente añadimos las levadurashidratadas y condicionas al medio anuestromosto.
6. Descupeyprensadodelamezcla
El27deOctubrede2015realizamosel prensado de la mezcla. Pararealizar el prensado tuvimos queseparar hollejos con ayuda de uncolador y quedarnos con el vino sinpielesnipepitas.
7. Centrifugadodemuestras.
Fecha Densidad(kg/m3)oct15 1092oct16 1097oct17 1097oct19 1096,5oct20 1091oct21 1085oct22 1062oct23 1050oct24 1030oct26 1010oct27 1007oct28 997oct29 1000oct30 996oct31 996nov01 995,5nov02 995,5nov03 995,5nov04 995,5
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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El28deOctubrede2015seprocedióalacentrifugacióndelasmuestrasdemosto/vino tomadas diariamentedurante el proceso de fermentación,para ello nos servimos de unacentrífuga(equipodelaboratorioquegenera movimientos de rotación ytiene el objetivo de separar loscomponentes que constituyen unasustancia).
8. Análisis de las muestras en ellaboratorio de la bodega LeyendadelPáramo.
El 5 de Noviembre de 2015realizamos la determinación de laintensidad de color y del índice de
polifenoles totales de las muestrastomadas durante el proceso defermentación maceración y ladeterminación del grado alcohólicodenuestrovinoresultante.
o Intensidad de color (Ic) e índicedepolifenolestotales(IPT)
ElIcyelIPTdenuestrasmuestrasseanalizómediante espectrofotometría(vermás información acerca de estemétodoeseapartadodevariables).
Losvaloresdeabsorbancias,medidasa 280nm, 420nm, 520nm y 620nm,obtenidas para cada una de lasmuestras fueron los siguientes:
Muestra A280 A420 A520 A620oct15 0.328 0.19 0.256 0.033oct16 0.511 0.237 0.472 0.079oct17 0.567 0.281 0.413 0.097oct19 0.624 0.286 0.495 0.114oct20 0.649 0.252 0.512 0.098oct21 0.617 0.226 0.448 0.081oct22 0.776 0.293 0.593 0.103oct23 0.825 0.295 0.529 0.100oct24 0.901 0.317 0.569 0.102oct26 1.207 0.307 0.470 0.086oct27 1.057 0.354 0.554 0.107
Conlosdatospudimoscalculardeformasencillaelíndicedepolifenolestotales(IPT)ylaintensidaddecolor(Ic).
IPT=A280x50
Ic=(A420+A520+A620)/
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o Determinación del grado alcohólicodenuestrovino.
Ladeterminacióndelgradoalcohólicoserealizómedianteelmétododeebullición.
Los resultados obtenidos, en ellaboratorio de las bodegas Leyenda delPáramo, mediante el método deebulliciónfueron:
• Temperatura de ebullición del aguadestilada=97,55ºC
• Temperatura de ebullición del vinopatrón=89ºC
• Temperatura de ebullición denuestrovino=89,15ºC
• "Gradodealcoholdelvinopatrón"=12,25º
Parasaberelgradoalcohólicodenuestrovinoempleamosunaregladecálculo.Enestaregla introdujimos lastemperaturasdeebullicióndelaguadestilada,delvinopatrón y de nuestro vino. Tambiénintrodujimoselgradodealcoholdelvinopatrón (necesario para calibrar la regladecálculodeebullición).
Finalmente obtuvimos elcorrespondiente grado alcohólico denuestrovino.
Resultado=12ºdealcohol.
9. VisitaguiadaalasinstalacionesdelabodegaLeyendadelPáramo.
Muestra Icoct15 0,479oct16 7,88oct17 7,91oct19 8,95oct20 8,62oct21 7,55oct22 9,89oct23 9,24oct24 9,88oct26 8,63oct27 10,01
Muestra IPToct15 16,4oct16 25,55oct17 28,35oct19 31,2oct20 32,45oct21 30,85oct22 38,8oct23 41,25oct24 45,05oct26 60,35oct27 52,85
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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El16deNoviembrede2015acudimosala bodega Leyenda del Páramo dondepudimos observar la maquinaria y losequipos empleados para la fabricacióndelvinoagranescala.
10. Trasiegodelamezcla
El20deNoviembrede2015alobservarque el vino ya estaba bastante claro,procedimos a separarlo de los posos(lías) que habían sedimentado en elrecipientedondeestabadepositado.
Para la extracción del líquido utilizamosuna jeringuilla de 250 ml unida a una
goma alargada. Con este sistema fuimosretirando el vino sin posos a unasbotellasydejamoslospososenlagarrafainicial.
III. TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DEDATOS: Obtención de resultados,contrastedehipótesisyconclusiones.
o DENSIDAD,IPTyIcLos resultados de la variación de ladensidad, índice de polifenoles totales eintensidaddecolorduranteelprocesodefermentación-maceración de nuestro
mostosepresentanenlassiguientesgráficas:
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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Trasobservarlasgráficasdeladensidad,intensidad de color e índice depolifenolesconel tiempopodemosdecirque conforme avanza el proceso defermentación-maceracióndelmosto:
• La densidad disminuye conformeavanza el proceso de fermentación. Elresultado es el esperado, ya que ladensidad de la mezcla disminuyeconforme las levaduras vanconsumiendo los azúcares que setransformanenalcohol.
• La intensidad de color aumenta con eltiempo de maceración. Los colorantesrojos contenidos en el hollejo –antocianinas- van pasando del hollejodelauvaalmosto-vino.
• Elíndicedepolifenolestotalesdelvinoaumentapor lamismarazóndelpuntoanterior. Además de las antocianinas,
lostaninostambiénpasandelhollejoalmostovino.
Sinembargo,sehanproducidopequeñasvariacionesenlosresultados,talescomo:
• Bajadas en el color y el IPT algunosdías. Esto es debido a que durante lafermentación-maceración se producenotrasreaccionesentreloscomponentesdel mosto-vino que hacen queprecipitenalgunosdesuscomponentes.
• Alfinaldelproceso,hayunaespeciedeautoclarificaciónqueayudaaposar lasmaterias que se encuentran ensuspensión enturbiando el vino reciénobtenido. Entre otras reacciones deautoclarificación está la floculaciónmutua de proteínas (+) con lostaninos(-), con la consiguiente bajadadelIPT.
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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Otrotipodefluctuacionesenlasgráficas
sehanpodidodebera:
• Lafaltadehomogeneidaddelproductoen el momento de la toma de las
muestras.
• No haber controlado la temperaturaduranteelprocesodefermentacióndel
mosto, debido a que no dispusimos de
ningún equipo de refrigeración para
poderhacerlo.
En cualquier caso son pequeñas
variaciones que no desvirtúan el
resultadofinal.Seapreciaperfectamente
cómo ha ido bajando la densidad al
tiempo que desaparecían los azúcares,
como ha ido subiendo la intensidad de
coloryelíndicedepolifenolestotalesdel
vino, conforme avanzaba el proceso de
fermentación-maceración. Este era el
objetivodelproyectoysehacumplido.
o RENDIMIENTODELAUVA
Analizandolosresultadospodemosdecir
que la mayor parte de la uva es pulpa,
lugar donde residen los principales
componentes delmosto, los azúcares, el
aguaylosácidosorgánicos.Elporcentaje
de hollejos también es elevado y eso es
importantetantoparaelcolorcomopara
el aroma del vino. Los hollejos traen
adheridas las levaduras que
desarrollarán la fermentaciónalcohólica.
Elporcentajedepepitasy de raspónes
bajo.
A continuación realizaremos una
comparativaentreelrendimientorealde
la uva y el rendimiento de la uva
obtenidoenlapráctica:
Cálculodelrendimientodelauva%deraspón:
6,5%
%dehollejo:
32,4%
%depepita:
10,3%
%depulpa:
50,8%
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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Se observa que en ambos casos elporcentajedepulpaeselmáselevadodetodos.Sinembargo,creemosquehayunagran desviación en todos loscomponentes debido a que nosotroshicimoslaseparacióndelapulpaydelaspepitasdeformamanualygranpartedelapulpasepesójuntoconestosotrosdoscomponentes.
o RIQUEZA AZUCARADA YGRADOALCOHÓLICO
La hipótesis inicial de nuestro proyectodecía que de la riqueza en azúcares(glucosay fructosa)que tengaunmostodependerá el grado alcohólico del vinoresultantedespuésdelafermentación.
Ladensidaddenuestromostoinicialera1092 kg/m3. Al llevar este valor a latabla de correspondencia entre ladensidad, grado Baumé, riquezaazucaradayalcoholprobableenelmosto(ver tabladeequivalenciasenel anexo),observamos que la cantidad de alcoholdelvinoresultanteesde12,6º.
Sin embargo, en la determinación delgrado alcohólico de nuestro vinomediante el método de ebulliciónobtuvimosunvalorde12º.
Esta desviación se puededeber a que latransformación de los azúcares enalcoholnoesunareacciónquímicapura,sinounprocesobioquímicoresultantedelaactividaddelaslevaduraspresentesenel medio, que son las encargadas detransformar el azúcar en alcohol. Esteprocesoexotérmicoconsumepartede lamateria en energía, pero además, laslevaduras producen otras sustanciasdiferentes del alcohol, a costa de losazúcaresdelmosto.Poreso,comonormageneral, se toma la equivalencia de17 gde azúcares = 1º de alcohol. Perodependiendo de otras circunstanciascomo las condiciones en las que serealiza la fermentación, (a veces menosfavorables para la actividadfermentativa), puede que incluso selleguealarelación18=1ºdealcohol.
Finalmente podemos concluir diciendoque sí se cumple la hipótesis queplanteábamos inicialmente, ya que laconcentracióndeazúcardelmostoinicialdetermina la concentración alcohólicadelproductofinal,vino.
Referencias________________________________
Gómez Corral, Antonio (2014) Enología.Técnicasdelaelaboración,lacrianzayel
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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embotelladodelosvinos.UniversidaddeLeón,ESTdeIngenieríaAgrariadeLeón.
GómezCorral,Antonio(2014)ControldeCalidad. Técnicas usuales en ellaboratorio enológico. Universidad deLeón,ESTdeIngenieríaAgrariadeLeón.
Gómez Corral, Antonio (2014) Cata delvino. Técnicas de análisis sensorial.Universidad de León, EST de IngenieríaAgrariadeLeón.
Gómez Corral, Antonio (2014)Viticultura. El cultivo de la vid.Universidad de León, EST de IngenieríaAgrariadeLeón.
Conocimiento del medio. Grupo AnayaS.A,1995.
Enciclopedia libre del vino. EdicionesOrbis,1987.
Gran Enciclopedia Larousse. EditorialPlanetaS.A,1989.
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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ANEXOS
Unproyectoenimágenes1.Procesadodelmosto,operacionesmecánicas(15/10/2015)
2.Cálculodelrendimientodelauva.(16/10/2015)
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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3.Recogidadiariademuestras
4.Análisisdiariodeladensidaddelamezclayregistrodelosresultados.5.Siembradelevaduras(20/10/2015)
6.Descupeyprensadodelamezcla(27/10/2015)
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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7.Centrifugadodemuestras.(28/10/2016)
8. Análisis de las muestras en el laboratorio de la bodega Leyenda del Páramo.(5/11/2015).Determinacióndelaintensidaddecolorydelíndicedepolifenolestotales.
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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Determinacióndelgradoalcohólico.
9.VisitaguiadaalasinstalacionesdelabodegaLeyendadelPáramo.(16/11/2015)
C.Alegría,C.AlonsoyF.Cuevas(1ºBach.) Investigacióndelafermentación(…)
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10.Primertrasiegodelvinotintoelaborado(20/11/2015)
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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Investigarlasdiferentespropiedadescoligativasendiferentesdisoluciones
acuosas*AdriánArribas,AliciaSamenteroyRicardoSerrano(4ºESO)
ProfesoraMªPilarLealInsua
IESMarianoQuintanilla,Segovia.
Eneldesarrollodeesteproyectosehaninvestigadolaspropiedadescoligativasdediferentesdisolucionesacuosas;enconcretoelaumentodelatemperaturade
ebulliciónyeldescensodelatemperaturadefusión.Atravésdelaexperimentaciónsehandeducidoalgunadelasleyesquelasrigenyconocidoaplicacionesprácticasdelasmismas.Sehanmedidolastemperaturasde
congelaciónydeebullicióndedisolucionesacuosascondiferenteconcentracióndesoluto,obteniendolosresultadosquepredicenlasleyesquelasrigenpara
disolucionesdiluidas,permitiéndonoscalcularlaconstanteebulloscópica(Ke)ycrioscópica(Kc)delaguaycomprobarqueestasnodependendelanaturalezadelsoluto,sinosólodelaconcentracióndelmismo.Laprimeranosdio0,5ºC/mylasegunda1,82ºC/m.Además,paraelcasodelNaCl,alserunelectrolitofuerte,larelaciónentreelincrementodetemperaturaylamolalidaddeladisolución,nosdio,tantoparalaebullicióncomoparalacongelacióneldobledesusrespectivasconstantes,cumpliéndoselopredichoporVan´tHoff,altenerqueintroducirenlafórmuladeRaoultelfactori=2,paraestasal.Finalmente,sehaaplicadoeste
fenómenoparaanalizarlainformacióndedosanticongelantescomerciales,unodemarcablancayotrodemarcaconocida,comprobandosicoincideconloindicado
enelenvase.
RevistadeInvestigaciónQuímicaVGC,3,86-93.*Proyectoganador.Mayo2016.ISSN:2386-5067
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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1.Introducción
Las propiedades coligativas son elconjunto de propiedades físicas de lassoluciones líquidas que dependen,exclusivamente, del efecto ocasionadoporelnúmerodepartículasdelsolutonovolátil presente sobre las propiedadesoriginales del disolvente líquido,independiente de la naturaleza y/otamaño de la partícula (átomo, ión omolécula).
DisminucióndelaPresióndeVapor
La presión de vapor de un disolventedesciende cuando se le añade un solutono volátil, pues este dificulta el paso delasmoléculasdedisolventeavapor.Estadisminución de la presión esproporcional a la fracción molar delsoluto(LeydeRaoult).Estaleysecumplesóloendisolucionesideales,
ElevacióndelPuntodeEbullición
La presencia de un soluto no volátilprovoca un incremento en latemperatura de ebullición para lasolución líquida, con respecto al valororiginal del disolvente. La magnitud dedicho incremento es directamenteproporcional a la concentración(molalidad) del soluto. DTe = Kem ; Ke=constanteebulloscópica
DisminucióndelPuntodeCongelación
La adición de un soluto no volátilprovoca una disminución en latemperatura de congelación de lasolución, con respecto al valor originaldel disolvente; la magnitud de ladisminución es directamenteproporcional a la concentración(molalidad)delsoluto.
DTc=Kcm;Kc=constantecrioscópica
Cuando tenemos solutos iónicos lasituación varía. Los solutos iónicos se
disocian en iones. Teniendo en cuentaque las propiedades coligativasdependen del número de partículas desoluto, un soluto iónico generara variaspartículas y se incrementará el efectocoligativo de manera proporcional. Lasfórmulas en estos casos son las mismasnada más que agregamos el factor “i”(llamadofactordeVan’tHoff).Lafórmulasería ΔT = K .m. i. El valor de i para elaguaes2.
Sin embargo, Van’t Hoff dedujo que elpunto de congelación experimental eramenor que el teórico, debido a unadisociación parcial (electrolitos débiles)o asociaciones parciales de iones(electrolitosfuertes).
Para finalizar, resulta interesanterealizar un análisis de las posiblesaplicaciones de las propiedadesestudiadas, en especial el descenso delpunto de congelación. Destacamos lassiguientes:
-Aplicacionescientíficas,paradeterminarla concentración del soluto en unproductoyconellolapurezadelmismo,utilizada en la industria agropecuariaparadetectaralteracionesdelaleche.
-Aplicacionesanalíticasparaeldescensocrioscópico de los líquidos corporales(sangre, orina, lágrimas, etc.). Pudiendodeterminarse enfermedades comodiabetes,patologíasdelriñónentreotras.
-Anticongelantes,seañadensustanciasalagua para conseguir disminuir latemperaturadecongelaciónyevitarqueesta se congele. Entre ellas, la sal paraeliminar las placas de hielo de lascarreteras, o el etilenglicol para que elmotordelosvehículosnosecalienteenexceso. De hecho, es convenientedestacar laexistenciadeanticongelantesen la propia naturaleza, como el aguamarina de los océanos y los elaboradosfisiológicamente por animales en lasestacionesfrías.
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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2.-Objetivos
1. Estudiar el impacto que tienenlos solutos no volátiles en laspropiedades coligativas de lassolucionesacuosas.
2. Realizar la determinaciónexperimental de las propiedadescoligativasde solucionesacuosasde solutos electrolitos y noelectrolitos.
3. Conoceraplicacionesprácticasdeestosfenómenos.
3.-Hipótesis
1. El punto de congelación y el deebullición de una disoluciónacuosa varían con laconcentracióndelsolutodisuelto.
2. El aumento ebulloscópico y eldescenso crioscópico, para unmismo disolvente, dependen delanaturalezadelsoluto.
3. Para una misma disolución, lamagnitud del descensocrioscópico es diferente a la delaumentoebulloscópico.
4.-Metodología
Sehanestudiado,mediantedosmontajesexperimentales, la temperatura deebullición y la temperatura decongelacióndedisoluciones acuosas condiferente concentración y se hacomparado con las correspondientes aldisolvente puro. Una con cloruro desodioyotraconetilenglicol.
4.1.- Cálculo de temperaturas deebullición
Para calcular la temperatura deebullición realizamos el siguientemontaje(figura4a).Ladisoluciónseechaenunmatrazde fondo redondo, se tapacon un corcho y se conecta a través dedosorificiosconun refrigerante,elcualtiene la función de que la disolución sereconcentre lomínimo posible y con unsensor de temperatura. Para obtener lagráfica con todas las temperaturashemosutilizadoelprogramaDataStudio(gráfica 4a)
.
Figura 4a: Montaje para calcular lastemperaturasdeebullición
Gráfica4a Temperatura de ebulliciónde una disolución 1,25m en clorurodesodio
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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Preparamos disoluciones con unaconcentraciónentre0,25molaly4molal,de cloruro de sodio y de etilenglicol. Laelección de estos solutos se fundamentóentenerunelectrolitofuerteyotrono,yasí poder constatar su diferentecomportamiento.
4.2.- Cálculo de temperaturas decongelación
Tras varios intentos fallidos, pudimosllegar a las temperaturas necesarias aladquirirhieloseco(sólidoquesublimaa-78ºC). Para calcular la temperatura decongelación realizamos el siguiente
montaje (figura 4b). Colocamos ladisolución en un tubo de ensayo sujeto,dentro de un vaso de precipitados, porun soporte. En dicho vaso deprecipitados vertimos el hielo seco paraenfriar el tubo de ensayo. Colocamos elsensor en el tubo de ensayo a través deun tapón de goma con un orificio. A suvez, este montaje está encima de unagitador magnético, para que no seformencristalesantesde llegaralpuntodecongelaciónyparaquelatemperaturaseauniforme.Aligualqueenelcasodelaebullición, hemos utilizado el programaData Studio para obtener la gráficacorrespondiente (gráfica 4b).
Figura4b:Montajeparacalcularlastemperaturasdecongelación
Gráfica4b:Temperaturadecongelacióndelaguadestilada.
4.3Cálculodelaconductividad
Medimos la conductividad de lasdisoluciones preparadas utilizando unsensor de conductividad del programaDataStudio,paraconstatarelqueunoesunelectrolitofuerteyotrodébil.
4.4.Aplicación
Partiendo del hecho, que en Castilla yLeónsealcanzantemperaturasquebajande 0ºC en invierno, nos ha parecidointeresante investigar sobre lasaplicaciones de estas propiedades comoanticongelantes.
Así, con el montaje utilizadoanteriormenteconhieloseco,calculamosla temperatura de congelación de dos
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anticongelantes comerciales, uno demarca blanca y otro demarca conocida,comprobando si la temperatura decongelaciónera la indicadaenelenvase.Además, como el primero tenía unporcentaje de 10% en masa deetilenglicol, preparamos una disolucióndelamismaconcentraciónycalculamossu temperatura de congelación para versi coincidía con la señalada la muestrablanca.
5.-Resultados
Los resultados de la medida delincremento de la temperatura de
ebullición frente a la molalidad de ladisolución acuosa de etilenglicol estánrecogidosenlagráfica5a
Los datos experimentales muestran quela temperatura de ebullición de ladisolución aumenta al aumentar laconcentración de la misma. La relaciónentreΔTey lamolalidadde ladisoluciónes 0,51 coincidiendo prácticamente conla constante ebulloscópica del agua(0,512ºC/m).Locualindicaqueestamosfrente a unadisolucióndeun electrolitomuy débil, tal y como ya sabemos
.
Gráfica 5a: Incremento de temperaturade ebullición frente a la molalidad paradisolucionesdeetilenglicol .
Gráfica5b:Incrementodetemperaturade ebullición frente a la molalidadparadisolucionesde clorurodesodio.
Los resultados de la medida delincremento de la temperatura deebullición frente a la molalidad de ladisolución acuosa de cloruro de sodioestánrecogidosenlagráfica5b
Como se puede apreciar, los puntosexperimentales demuestran el aumentode la temperatura de ebullición alaumentar la concentración de la
disolución. También se observa como larelación entre ΔTe y la molalidad de ladisoluciónes1,02;esdecir,eldobledelaconstante ebulloscópica del agua (0,512ºC/m), lo cual corrobora las anomalíasdescubiertas por Van´t Hoff, que eranexcepcionalmente elevadas paraelectrolitosfuertes.Deahíquetengamosque introducir en la Ley de Raoult elfactor de corrección “i”. En la gráfica seobserva como su valor es 2, pues la
ΔTe=0,51mR²=0,995
ΔTe(ºC)
Concentración(m)
AumentoebulloscópicoEtilenglicol
ΔTe=mR²=0,977
ΔTe(ºC)
Concentración(m)
AumentoebulloscópicoNaCl
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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pendientees1,04,elcualeselvaloridealpara soluciones acuosas de cloruro desodio.
Los resultados de lamedida del descensodelatemperaturadecongelaciónfrenteala molalidad de la disolución acuosa deetilenglicol están recogidos en la gráfica5c.
Comprobamos como se produce undescensode la temperaturaal aumentarla concentración de la disolución. Larelación entre ΔTc y la molalidad de ladisolución, -1,82ºC/m, que se aproximamucho a la constante crioscópica delagua-1,86ºC/mtalycomoesdeesperarpara los electrolitos débiles
.
Gráfica 5c: Descenso de temperaturade congelación frente a la molalidadparadisolucionesdeetilenglicol
Gráfica5d:Descensodetemperaturadecongelación frente a la molalidad paradisolucionesdeNaCl
Los resultados de lamedida del descensodelatemperaturadecongelaciónfrenteala molalidad de la disolución acuosa decloruro de sodio están recogidos en lagráfica5d
Comprobamos como se produce undescensode la temperaturaal aumentarlaconcentracióndeladisolución.Aligualqueen lagráficade laebullicióndeestamismasal,vemoscomolarelaciónentreΔTc y la molalidad de la disolución esaproximadamente-3,72;esdecireldobledelaconstantecrioscópicadelagua(1,86ºC/m), lo cual concuerda con lanecesidad de utilizar el factor decorrección “i” propuesto por Van´t Hoff.Así, la ecuaciónque relaciona laΔTc y lamolalidad para el caso del cloruro desodioesΔTf=2x1,86xm.
Si comparamos esta gráfica con la de laebullicióndelamismadisolución,vemoscomo la magnitud del descensocrioscópicoesmayorqueladelaumentoebulloscópico.DeahíqueparaelcasodelagualaKcsea1,86ºC/mylaKesea0,512ºC/m.
Paraconfirmarlanaturalezaelectrolíticade ambos solutos hemos medido laconductividad de disoluciones condistinta concentración. En el caso delclorurodesodio(gráfica5e),convalorescomprendidos entre 23.700s/m y90.500s/m, podemos deducir que laconductividadesaltaporlapresenciadeiones, lo cual corresponde con unelectrolitomuyfuerte.Sinembargo,paralas de etilenglicol, los valores eranprácticamente iguales que los del agua
ΔTc=-1,82mR²=0,991y=-1,8234x+0,406
R²=0,99187
ΔTc(ºC)
Concentración(m)
DescensocrioscópicoEtilenglicol
ΔTc=-3,72mR²=0,988y=-4,0452x+0,5423
R²=0,98848
ΔTc(ºC)
Concentración(m)
DescensocrioscópicoNaCl
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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destilada, lo que explica el que estadisolución se comporte como un
electrolito muy débil
.
Gráfica 5e: Conductividad de disoluciones de cloruro de sodio con distintaconcentración
Para finalizar, resulta interesantereflexionar sobre los resultadosobtenidos al medir la temperatura decongelación de los dos anticongelantescomerciales.
Al medir la temperatura deanticongelante de marca blanca,disoluciónal10%enetilenglicol,nosdio-1,1ºC, en vezde los -4ºCquemarcabanensuetiqueta, loquecorrespondeaunaconcentración de 3,53%. Este datosignifica que, la cantidad de etilenglicoles inferior a la indicada, por lo que,debemos reconocer la existencia de unfraudeporpartedelfabricante.
Al medir la temperatura de congelacióndeladisoluciónpreparadadeetilenglicolal10%obtuvimos -3ºC(gráfica5f),muypróxima a los -3,3ºC que daría según laLeydeRaoult.Estosdatosindicanquelautilizacióndeestamarcablancaes muypeligrosa,puesennuestracomunidadsealcanza temperaturas inferiores muchosdías de invierno, lo cual puede generardañosyaveríasenlosvehículos.
Al medir la temperatura delanticongelante de marca conocida, latemperatura de congelación resultó -68,3ºC (gráfica 5g), muy cerca de los -70ºC que señalaba la etiqueta
.
y=-17619x2+86486x+672,62R²=0,99716
Conductividad(S/m
)
Concentración(m)
CONDUCTIVIDADNaCl
Gráfica5f:Temperatura de fusión de Gráfica5g:Temperatura de fusión del
A.Arribas,A.SamenteroyR.Serrano(4ºESO) Investigarlasdiferentespropiedades(…)
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6.Conclusiones
a-Se han investigado las propiedades
coligativas (aumento ebulloscópico y
descenso crioscópico) en diferentes
disoluciones acuosas, deducido las leyes
quelasrigenatravésdelainvestigación
y realizado aplicaciones prácticas de las
mismas.
b-Sehanmedido lasrelacionesentre los
aumentosdetemperaturadeebullicióny
los descensos crioscópicos frente a la
molalidad de las disoluciones de un
electrolito débil, obteniendo los
resultados que predice la Ley de Raoult
paradisolucionesdiluidas.
c-Sehanmedido las relaciones entre los
aumentosdetemperaturadeebullicióny
los descensos crioscópicos frente a la
molalidad de las disoluciones de un
electrolito fuerte, obteniendo los
resultadosqueprediceVan´tHoff;deahí
quetengamosqueintroducirenlaLeyde
Raoultelfactordecorrección“i”.
d-Seha comprobadoexperimentalmente
que para el caso del cloruro de sodio el
factor de Van´t Hoff es 2 para
disoluciones
e-Sehaaplicadoeldescensodelpuntode
congelación a dos anticongelantes
comerciales,yelresultadohasido,queel
anticongelante de marca blanca no
cumple lo indicado en la etiqueta,
mientras que el de marca conocida es
muyfiable.
Agradecimientos
Este trabajo de investigación, no habría
llegado a su fin sin la colaboración de
otra mucha gente, la cual queremos
reconocer. Por eso, agradecemos la
colaboracióndelServiciodeFarmaciadel
Hospital General de Segovia, por
cedernos el hielo seco. A los profesores
del instituto, en especial a los del
departamentodeFísicayQuímica,porsu
ayuda y aportaciones, y a nuestros
compañeros.
Referencias
________________________________________________
http://www.quimicayalgomas.com/qui
mica-general/propiedades-coligativas-
quimica/propiedades-coligativas
http://quimica2medio.blogspot.com.es/
p/propiedades-coligativas.html
http://lacienciadelfuturo.galeon.com/co
ntenido13.htm.
una disolución al 10% en masa deetilenglicol.
anticongelantedemarcaconocida
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
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Lecheycanelacontraloshongos.Labatallafinal*
DavidEscudero,VíctorGutiérrezyAyoubelYousfi(1ºBach.)
ProfesorRamónPolanco
IESTrinidadArroyo,Palencia.
Elsiguienteestudiopretendeestudiarlacapacidadfungicidadelaleche(vaca,ovejaycabra)ydelextractodecanela,paralocualhemostrabajadoconcincohongos(Aspergillus,Botrytis,FusariumOxysporum,PenicilliumyAlternaria)inVitromuycomunesypresentesenplantasyalimentosyqueprovocangrandespédidaseconómicasalecharaperdergrandescantidadesdealimentosfrescos.Se
hanrealizadodilucionesdelecheenproporciones1/5,1/10y1/20ysehaatacadoelcrecimientodelhongoenplacapetriyhemoscalculadoel%de
inhibiciónrespectoaunpatrón,deigualmanerahemosatacadoelhongoenplacaconextractodecanelayhemosseguidolaevolucióndelcrecimientodeeste.Lafinalidaddeltrabajoesdeterminarsielaceiteesencialdecanelatienepoder
fungicidayantimicrobianocomoindicalabibliografíaasícomodeterminarquetipodelechetiene,sillotiene,mayorpoderfungicidaydiseñarunfungicidatotalmenterespetuosoconelmedioambienteyquesepuedautilizaren
agriculturaecológicayenparquesyjardines.
1.INTRODUCCIÓN:
El uso de fungicidas es uno de losprincipales métodos para controlar lasenfermedades en plantas, pero su usoconstante puede conducir a la selecciónde cepas de hongos resistentes, queponenenpeligrolaeficienciadelmétodo(GhiniyKimati,2000).___________________________RevistaInvestigaciónQuímicaVGC,3,94-134.*Proyectofinalista.Mayo2016.ISSN:2386-5067
El control racional de las enfermedadesproducidas por hongos sobre cultivoscomerciales es uno de los mayoresproblemas con los que se encuentra laindustria alimentaria. La diversidad deespecies de hongos, su granadaptabilidad a condiciones extremas ysucapacidadparadesarrollarresistenciaa los fungicidas hacen de estasenfermedades unas de las más temidasporlosagricultores.Con la llegada de los insecticidas desíntesis en ladécadade los cincuenta, y,posteriormente, de los fungicidas, se
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
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alcanzó un control eficiente de un grannúmerodeplagas.Estehechosupusounaimportante revolución técnica desde elpunto de vista del control de lasenfermedades en las cosechas y cultivoscomerciales.Estamejoraenlascondicionessanitariasdeloscultivoshasidounodelosfactoresque ha permitido un crecimiento en laproducción de cereales, frutas yhortalizas, con una repercusiónimportantísima en la alimentaciónhumana, desde el punto de vista de laproducción total y de la sanidad en losalimentosconsumidos.La aplicación de productos químicos desíntesis es el sistemamásutilizadoparaelcontrolde laspodredumbresfúngicas.Sin embargo, la gran capacidad deadaptación de los patógenos a losplaguicidasdesíntesis,lapersistenciadeestos compuestos en el suelo durantelargos periodos de tiempo y laincorporación de estos a la cadenaalimentaria, están haciendo disminuir laconfianza en la utilización de pesticidasde síntesis tradicionales y estánmotivando la aparición de nuevastécnicas y métodos de controlcompatiblesconelentornoambiental.Además, cada vez son mayores lasobjeciones de orden higiénico-sanitariasque los fungicidas de síntesis plantean,yaque estos sepresentan comoagentesoncogénicos potenciales cuando sonaplicados en frutas y verduras. Lapreocupación por sus posibles efectosnocivos en la fruta adquiere especialimportancia si tenemos en cuenta queésta suele ser consumida en fresco y laproximidad temporal entre la aplicaciónde los tratamientos y su consumo.Debido al grave problema querepresentan los residuos de productosquímicos para la salud humana, losdiferentesEstados,yenespecial losmásdesarrollados, han establecido una seriede límites máximos de residuos (LMR)bastante restrictivos, en muchos casos
por debajo de los recomendados por elCodexAlimentarius(FAO/OMS).Dentro del control químico de lasenfermedades fúngicas ocupan un lugardestacado las aproximaciones racionalesal diseño de fungicidas, entre las cualesdestaca el diseño biosintético, quepermite obtener productos químicosselectivos, no persistentes y que no seincorporanalacadenaalimentaria,yqueson,portanto,respetuososconelmedioambiente.Dado el amplio número de hongosfitopatógenos que afectan a cultivoscomerciales, en este estudio noscentraremos fundamentalmente en losdel género Botrytis y Colletotrichum.Especies de ambos géneros seencuentran entre los agentesfitopatógenos más agresivos,produciendoelevadaspérdidas, tantoenlas cosechas como en los productosalmacenados.Los fungicidas se pueden clasificar dediversasformas:atendiendoalapartedela planta que se pretenda tratar, al tipode aplicación o al mecanismo de acciónque presenten. En el presente trabajo,distinguiremos dos tipos principales defungicidas:32 los protectores y lossistémicos.Se conoce con el nombre de fungicidasprotectores a aquéllos cuya aplicaciónprevienealhuéspeddeunainfección.Los fungicidas sistémicos se caracterizanpor ser asimilados por la planta y pormostrar propiedades protectoras ycurativas.El control de una enfermedad puedellevarseacabocuandoyahanaparecidolossíntomas, comoen laeliminacióndelmohopulverulentoeneltrigo,oantesdeque la enfermedad sea visible. Asípodemos diferenciar los términoserradicador, curativo y protector.Estrictamente, los fungicidas
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erradicadores son activos únicamentecontra losúltimosyvisiblesestadiosdelciclo de vida del hongo, por ejemplo, elmicelio externo o los esporangióforosformados después del establecimientodel hongo en el huésped, o estructurasinternas de la planta que provocancambios en la apariencia del tejidoafectado, por ejemplo, la clorosis. Losfungicidas curativos son activos contralos eventos iniciales, pero posteriores ala penetración, del proceso de infección.Elefectovisibledeunfungicidacurativoes el mismo que el de un compuestoprotector,perolaflexibilidad,esdecir,elperiododurante el que sepuede ejercercontrol, esmuchomayor. Los fungicidasprotectores previenen la infección; sonactivos frente a la germinación de lasesporas, el desarrollo y crecimiento delostubosgerminativosylaformacióndelosapresorios.Recientes investigaciones científicasindican que especies tales como Lacanela(Cinnamomunzeilanicum)poseenpropiedades antimicrobianas (Burt,2004;Coronel,2004;Cristianietal.,2007;López-Maloetal.,2007).Asimismosehademostrado que su aceite esencial y susprincipales componentes, losmonoterpenos cinamaldehido yeugenolposeen propiedadesantibacterianas y fungicidassignificativas. De todas formas poco esconocido de los mecanismosatribuyéndose la acción microbiana aldeterioro de la embrana celular de losmicroorganismos, afectando a supermeabilidad, favoreciendo el flujo deprotones, la lateración de los sistemasencimáticos y la producción de energía(Denver y Hugo, 1991; Helander et al.,1998; Ultee et al., 1999; Tassou et al.,2000).La canela es una de las especias máscomunes en la cocina de prácticamentecualquier cultura,debidoa suprofundoyexóticoaroma.Seobtienedelacortezade los árboles Cinnamomum, y su uso
culinario se remonta a siglos atrás,especialmenteenIndia.Sin embargo, su uso no acaba en lacocina: sus propiedades terapéuticasincluyen su uso como antioxidante,antiinflamatorio e incluso comoantimicrobiano; tal ha sido surepercusión medicinal que llegó a tenerreputación como remedio contraresfriados. Estas propiedades no seríanposibles sin los múltiples compuestosquímicos que la constituyen: ácidocinámico, cinamaldehído, cinamato,eugenol…; en este trabajo noscentraremosenelcinamaldehído,elcuales responsable de los característicossaboryolordelacanela.Los aminoácidos son sustanciascristalinas, casi siempre de sabor dulce;tienen carácter ácido como propiedadbásica y actividad óptica; químicamentesonácidoscarbónicoscon,porlomenos,un grupo amino por molécula, 20aminoácidos diferentes son loscomponentesesencialesdelasproteínas.Aparte de éstos, se conocen otros queson componentes de las paredescelulares. Las plantas pueden sintetizartodos los aminoácidos, nuestro cuerposolosintetiza16,aminoácidos,éstos,queel cuerpo sintetiza reciclando las célulasmuertasapartirdelconductointestinalycatabolizando las proteínas dentro delpropiocuerpo.Los aminoácidos son las unidadeselementales constitutivas de lasmoléculas denominadas proteínas. Sonpues, y en un muy elemental símil, los"ladrillos" con los cuales el organismoreconstituye permanentemente susproteínas específicas consumidas por lasolaaccióndevivir.Las proteínas que son los compuestosnitrogenados más abundantes delorganismo, a la vez que fundamentomismo de la vida. En efecto, debido a lagran variedad de proteínas existentes ycomo consecuencia de su estructura, las
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proteínascumplenfuncionessumamente
diversas, participando en todos los
procesos biológicos y constituyendo
estructuras fundamentales en los seres
vivos.
Sus propiedades fungicidas puedenexplicarseporlapresenciaenlalechede
ciertos aminoácidos y de sales ricas en
potasioyenfosfatos.Suacciónesdoble;
por un lado es directamentefungicida y
por el otro capaz de estimular la
resistencia de laplanta frente al hongo.
Habitualmente se diluye del 20 al 50%.
Lalechediluidaal10%esmáseficazque
el azufre. Ensayos con suero de leche
dieronresultadosanálogosyelgustodel
vino no se ha visto afectado.En Francia
semezclan5 ldesueroy5 lde lecheal
10%deteniéndose los tratamientos 2
semanas antes de la vendimia.
El presente proyecto se plantea dar a
conocer a al sociedad un uso de buenas
prácticas agroecológicas para el control
de hierbas, plagas y enfermedades en
jardinesyhuertosecológicos.Paraellose
llevará a cabo la investigación en
diferenteshongos,delosmáscomunesy
antelaimpòsibilidaddepodertabajaren
campo por la fecha de desarrollo del
proyecto con el mildiu, el oidio, laphytophthora spp, venturiainaequalis…,yconelfindeinvestigarInVitro el uso de diferentes prácticas
naturales que den una solución en el
mantenimiento de jardines y huertos,
trabajaremos con los siguientes hongos
cultivadosenplacapetriconagaragary
glucosa.
• Penicilium
• Botrytis
• Aspergillus
• Alternaria
• FusariumOxysporum
Entre las prácticas a investigar cabe
destacar la utilización de leche como
fungicida (vaca, cabra y oveja) y la
canela.
2.ANTECEDENTES:
2.1.Loshongos:
BOTRYTIS:Botrytis cinerea Pers.: Fr [teleomorfo:Botryotinia fuckeliana (de Bary)
Whetzel], agente causal de la
podredumbre gris”, infecta más de 200
especies vegetales distintas,
determinando serias pérdidas
económicas antes y después de la
recolección. El patógenopuede atacar al
cultivoencualquierestadodedesarrollo
del mismo y puede infectar cualquier
parte de la planta. Debido a la
considerable incidenciadelpatógenoya
las repercusiones económicas que tiene
en cultivos de importancia tales como
vid,tomate,fresa,ornamentales...
ELLIS, en 1969, afirma que Botrytiscinerea vive sobre el garbanzo comoparásito o saprofito, desarrollándose en
numerosos agrosistemas donde la
humedad es alta y las temperaturas
suaves. En la Universidad de Manitoba
(Canadá) se pudo observar, en campos
experimentales cuya vegetación era
lujuriante,quedespuésdeunabajadade
temperatura y ambiente húmedo, las
hojas de algunas plantas comenzaban a
presentaramarilleamientosy, enapenas
tres semanas, más de la mitad de ellas
habían muerto; el incitante de esta
enfermedaderaB.cinerea,siendoéstalaprimeracitaquesehizoenNorteamérica
sobre garbanzo (Kharbanda, 1979). En
India esta enfermedad, conocida por el
«Moho gris», está considerada como
endémica en grandes áreas, siendomuy
peligrosaparaelcultivodelgarbanzo—
en enero de 1979 destruyó
completamenteunasuperficiede20.000
Ha— (Chaubey, 1983; Rewal, 1989). En
Pakistán y Bangladesh fue considerada
como calamidad en 1980-81 (Laha,
1983). Chile, con una superficie de
cultivo creciendo significativamente,
denunciólaenfermedadenlatemporada
1982-83; a los 60 días de la siembra
había un 20%de plantas con síntomas,
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siendo de un 100 % en algunas áreas(Alvarez, 1984; Sepúlveda, 1984). EnAndalucía, donde la enfermedad estáregistrada, por el momento carece deimportancia(Trapero,1986).PENICILIUM:Los penicilios son mohos comunes quedesarrollan sobre los más diversossubstratos: granos, paja, cueros, frutas,etc. Su identificación en base a lascaracterísticas morfológicas fue caóticahasta que Pitt (1980) normalizó lascondiciones de cultivo y Frisvad (1981)consideró la formación de los
metabolitos secundarios en ladescripción de las especies. Laimportancia de estos mohos en laalimentaciónhumanayanimalsedebeaque, además causar deterioro, producentoxinas(Pitt&Leistner1991).Lospenicilioscrecensobrelosalimentospreparados o sus materias primas, yaseandeorigenvegetaloanimal,sihallanla actividad del agua y los nutrientesnecesarios. En la tabla 1 se resumendatossobre los límitesdetemperaturayaw entre los que desarrollan algunasespecies.
La baja temperaturade almacenamientodisminuye la velocidad del deterioro delasfrutas infectadas por P. expansum,pero no lo previene. Los granos decereales pueden contener P.aurantiogriseumaúnantesdelacosecha,especialmente en las épocas húmedas,pero la mayor contaminación ocurre enlos depósitos donde se mantienen lasesporas desde una cosecha anterior(Lacey1989).Laesporulaciónaunabajaactividad del agua permite a los hongoscompletarsuciclodevidasobreviviendoalascondicionesadversas,paraserluegodiseminados por insectos y ácaros. P.aurantiogriseumesporulaaunaactividaddelaguade0,86silatemperaturaes16ó30°C, pero a 23°C a una actividadpróximaa0,83(Magan&Lacey1988).ALTERNARIA:
Hongo filamentoso con conidióforossimples, tabicados, en cuyo extremo seforman unos conidios muriformes, decolor pardo, con septos transversales yverticales de disposición irregular(Figura 26). Por gemación de la célulaapical se genera un nuevo conidio,formándose largas cadenas de 10 omásconidios.Colonias de crecimiento rápido (tres ocuatro días), vellosas, al principio decolorgris,despuésel centroseoscurece(tonos negros más o menos intensos)pero losbordes siguen siendogrisáceos.Reverso de color negro. Tolerante albenomilo.Esunhongoextremadamente comúnenabonos, plantas (fresas, crisantemos,tomates,zanahoriasyespárragos),pulpa
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de madera y madera podrida, perotambiénseencuentraen alimentos y tejidos, así como endiferentes tipos de suelo. En losinvernaderos con cultivos decrisantemos y tomates, se aísla de lasplantas enfermas o muertas por sutendencia a habitar sustratos orgánicosendescomposición.Produce con frecuenciamanchas negrasen los tomates. Dentro de las viviendaspuede aislarse del aire, polvo y lugarescon humedad como los marcos de lasventanas,enlasque se produce condensación. Sudistribución es universal y se consideraqueesunhongodeespaciosabiertos.Losconidiosseaíslancon frecuenciadelaire libre durante el tiempo caluroso(alcanzando el pico de máximaconcentración en los últimos días deverano). El rango de temperatura decrecimiento varía entre 2 y 32 °C, contemperaturas óptimas entre 25 y 28 °C.Entre los metabolitos producidos porAlternariaalternataseencuentranvariosque pueden considerarse comomicotoxinas. Destacan el monometileterdealternariol,altertoxinasIy II(toxinasmutágenas), altenueno, altenusina yácido tenuazónico. Estas toxinas puedenencontrarse en tomates, manzanas,aceitunas,trigo,sorgo,semillasdegirasolypacana.
ASPERGILLUS:
Diferentesespeciesdelgénero:A.niger,A.flavus,A.ochraceus,A.clavatus,A.terreus,A.parasiticus,A.versicolor,A.oryzae,A.nidulans,A.niveus.
Aspergillusesunhongofilamentosohia-lino, saprofito, perteneciente al filo As-comycota. Se encuentra formado porhifas hialinas septadas y puede tenerreproducción sexual (con formación deascosporas en el interior de ascas) yasexual(conformacióndeconidios).
Lasdiferentesespeciessediferencianentamaño, tasa de crecimiento, textura(aterciopelada, granular, algodonosa) ycolor de la colonia: verde-amarillento(A. flavus), negro (A. niger), marrón (A.terreus). La coloración aparece casisiempre en todas las estructuras aéreas,tanto en elmicelio como en las cabezasconidiales. Aspergillus es uno de losprincipales hongos productores demicrotoxinas. Las micotoxinas sonmetabolitos secundarios producidos ysecretados por el hongo durante elproceso de degradación de la materiaorgánica, como mecanismo de defensafrenteaotrosmicroorganismos.Crece en cualquier tipo de sustrato,especialmente en suelos ymateriales endescomposición. Es un contaminantehabitual de los conductos declimatización-ventilación. Estermotolerante, puede vivir entre los12ºCylos57ºCEntre los hongos consideradosoportunistas se encuentran las especiesdel género Aspegillus; género que creceenimportanciadesde1729,añoenelquefue descripta la primera patologíahumana.Presentanunagranversatilidadmetabólica y una gran capacidad paradispersar sus conidios dado que sucabeza conidial puede producir más de500.000conidias.Al género Aspergillus pertenecenaproximadamente 900 especies, cuyosconidios son inhalados en formapermanente por el hombre. Siendo unodelosmásfrecuentementehalladosenelambiente, pudiendo aislarlos decualquier sustratoque contengamateriaorgánica y humedad como por ejemplodelsueloyvegetalesendescomposición,por lo tanto puede afectar nuestrobienestardediferentesformas:•patógenohumanoyanimal•porproduccióndemicotoxinas•contaminacióndecultivos
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• disminución del valor comercial deproductosalimenticios,cuerosytejidosApesardesuubicuidadsólounaspocasespecies están relacionadas conpatologías en el hombre,independientemente del sexo, edad yraza,asaber:AspergillusfumigatusAspegillusflavusAspergillusnigerAspergillusnidulansAspergillusterreus
FUSARIUMOXYSPORUM:
Fusarium oxysporumes un hongocosmopolita que existe en muchasformas patogénicas, parasitandomás de100especiesdeplantasGimnospermasyAngiospermas, gracias a los diversosmecanismos que tiene el hongo paravencer las defensas de muchas plantas(Bosland,1988).
Se caracteriza por producir colonias derápidocrecimiento, con una tasa diariacercanaauncentímetroenmediopapa-dextrosa agar (PDA) a 25ºC. Lamorfología de las colonias es muyvariableypuedepresentardostipos:unade tipo micelial caracterizada por laproducción de abundante micelioaéreo,algodonoso, conunacoloraciónvariable,de blanco a rosado durazno,perousualmente con un tinte púrpura ovioleta más intenso en la superficie delagarypocasmicroconidias(Booth,1970)y una de tipo pionotal con la formaciónde poco o ningún micelio aéreo yabundantesmicroconidias.
Elhongoproducetresclasesdeesporas:-Microconidias: Esporas generalmenteunicelulares, sin septas, hialinas,elipsoidalesa cilíndricas, rectas ocurvadas; se forman sobre fiálides
laterales, cortas, simples o sobreconidióforos poco ramificados. Lasmicroconidias tienen 5- 12 μm de largopor2.5-3.5μmdeancho(Nelson,1981).-Macroconidias: Esporas de paredesdelgadas, fusiformes, largas,moderadamente curvadas en forma dehoz, convarias célulasyde3a5 septastransversales, con la célula basalelongada y la célula apical atenuada; lasmacroconidias tiene un tamaño de 27 a46μmdelargopor3.0a4.5μmdeancho(Nelson,1981).-Clamidosporas:Esporasformadasapartirdelacondensacióndelcontenido de las hifas y de las conidias,deparedesgruesas.Seformansimplesoen pares, terminales o intercalares:poseen un tamaño de 5 a 15 μm dediámetro (Nelson, 1981). Gracias a ellasel hongo sobrevive en condicionesambientales desfavorables y en el suelocomosaprófitodevida libreenausenciade plantas hospedantes (Garret, 1977).Hasta el momento no se conoce la faseperfectadelhongo(Nelsonetal.,1983).
2.2.LALECHE:
Sus propiedades fungicidas puedenexplicarseporlapresenciaenlalechedeciertos aminoácidos, y de sales ricas enpotasioyenfosfatos.Suacciónesdoble;por un lado es directamentefungicida ypor el otro capaz de estimular laresistencia de laplanta frente al hongo.Habitualmentesediluyedel20al50%.Tratamientoparalaviña:Lalechediluidaal 10% es más eficaz que el azufre.Ensayos con suero de leche dieronresultadosanálogosyelgustodelvinonosehavistoafectado.EnFrancia semezclan5 lde sueroy5 lde leche al 10%deteniéndose lostratamientos 2 semanas antes de lavendimia.
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Wagner Bettiol (2003) y EMBRAPA
(Instituto nacional de investigaciónagrícola de Brasil) se centraron en elhongo del oidio Sphaerotheca fuligena.Eligieron como cucurbitácea el pepino ylo cultivaron en invernadero. Se leaplicaron pulverizaciones de lechediluida en agua en concentraciones queibandel10al50%.Seafirmaquelalechetuvo unos resultados fungicidasparticularmente evidentes haciendoseconstar que más allá de unaconcentracióndel10%sedaunaeficaciaigual o superior a la de un fungicidaclásico.Estas propiedades fungicidas puedenexplicarseporlapresenciaenlalechedeciertos aminoácidos y de sales ricas enpotasio y en fosfato. Tiene una accióndoble, es fungicida y capaz de estimularlaresistenciadelaplantafrentealhongo.Estas investigaciones tambien han sidorealizadas por investigadores de launiversidaddeAdelaidaenAustraliaporespecialistasenviticulturaylosprimerosresultados obtenidos en uva garnachasonconcluyentes:Lalechediluidaal10%esmáseficazqueelazufre.Ensayosconsuerode leche, residuode la fabricacióndequeso,dieronresultadosanálogos,noviendosealteradoelgustodelvino.NicolasJoly(viticultorfrancés)quecultivasuviñaenbiodinámicadesde1984afirmaquerealizaestosmismostratamientosconexcelentesresultados.
2.3.Lacanela:
Extracto de canela, Cinnamomum
zeylanicum, preventivo de hongos,
bacteriasypreventivodeácaros.
El árbolde la canela Cinnamomumzeylanicum o Cinnamomum verum
J.Presl, es un árbol de hoja perenne, de
unos 10 a 15 metros de altura,
procedentedeSriLanka.
ElextractodecanelaesunInsecticidayrepelente de ácaros que además impide
el desarrollo de Hongos y Bacterias. Es
preventivodeOidio.
Contiene sustancias
naturales,cinnamaldehídoyácidocinámico, que
causanmortalidad,repelenciay la noalimentaciónde los insectos.
Causanexcitación del sistemanerviosoprovocandounenmascaramiento de las feromonas
involucradas en el proceso de
apareamiento.
Contiene sustancias conacciónfungicidaconsistente en inhibirla
germinación de esporas y crecimiento
micelialdehongosfitopatógenos.
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Elácidocinámicojuntoalcinamaldehídosonsustanciasnaturalescomponentesdelaceitedelacanela.
Fig.1.Transcinamaldehido
La canela (Fig.2) es una de las especiasmás comunes en la cocina deprácticamente cualquier cultura, debidoa su profundo y exótico aroma. Seobtiene de la corteza de los árbolesCinnamomum, y su uso culinario seremontaasiglosatrás,especialmenteenIndia.
Figura 2. Canela en rama y en polvo.Tiposdepresentacióncomercial
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Sin embargo, su uso no acaba en lacocina: sus propiedades terapéuticasincluyen su uso como antioxidante,antiinflamatorio e incluso comoantimicrobiano; tal ha sido surepercusión medicinal que llegó a tenerreputación como remedio contraresfriados. Estas propiedades no seríanposibles sin los múltiples compuestosquímicos que la constituyen: ácidocinámico, cinamaldehído, cinamato,eugenol…De fórmula molecular C9H8O y masamolecular136.2g/mol,elcinamaldehídose encuentra presente en la naturalezacomotrans-cinamaldehído(Fig.1),yestácompuesto por un aldehído insaturadounido a un grupo fenilo; por ello, tienearomaticidad. Tiene color amarillopálido,ypresentaunabajasolubilidadenagua,siendomuysolubleenaceites.Desde hace mucho tiempo la canela hasido utilizada para preservar losalimentos, debido a su acciónantibacteriana. Ésta fue estudiada porGendeetal. en2008sobrePaenibacilluslarvae, bacteria responsable de una de
las enfermedades más importantes enapicultura: la “loque americana”, quecausa la muerte de las larvas de abeja(especialmente a las larvas de abejareina). Así, mediante una bioautografía(técnica analítica en la que loscompuestosorgánicossonseparadosporcromatografía e identificados por suefectoenmicroorganismos),sedemostróelefectobactericidadelcinamaldehídoTambién se calcularon distintosparámetrosdelaceiteesencialdecanela,relacionados con su actividadbactericida: su concentración mínimainhibitoria (CMI),deunos50mg/L,ysuconcentraciónmínimabactericida(CMB),la cual se sitúa alrededor de unos 150mg/L.El contenidode aceite esencial extraídode lacortezadelárbolde lacanelavaríasegún la especie Cinnamomumzeylanicum o Cinnamomum verum,Cinnamomum loureirii o “casia” deSaigón o vietnamita o canela china yCinnamomum burmannii o “canela deBatavia”segúnautoresentre0.5%1.0%(López-Maloetal.,2005),oentre1.5%a3.0% (Tainter y Grenis, 1993).
Yangetal.;tambiénrealizaronunestudiode estas propiedades de la canela,comparandolaactividaddelosextractosprocedentes de distintas partes de laCinnamomum cassia sobreStaphylococcus aureus, PseudomonasaeruginosayAcinetobacterbaumannii.Lamayor actividad, conunaCMI entre0.3-0.7mg/L,fueencontradaenlosbrotes,y
los compuestos responsables fueroncinamaldehído, Ometoxicinamaldehído,cumarina y eucaliptol. Las bacteriasafectadas mostraban una serie decambios morfológicos secuenciales: laadopción de una foma celular ovaladacon arrugas (debido a la pérdida dematerialcelular)precedíaalaformaciónde agregados de células que habían
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perdido la integridad de su membrana(exhibiendoenellamaterialfibroso).Porello se propuso que la acción delcinamaldehídoyelrestodecomponentesactivosenlacanelaejercíansuactividadantibacteriana mediante un mecanismodependiente de su interacción con lamembrana.Parece ser que la acción antimicrobianase debe a los fenoles presentes en lacanela,queprovocan ladisrupciónde lamembranacelular(Al-Habibetal.).Baratta et al en 1998; Russo et al en1998;Belitzetalen2004yBurten2004atribuyen la actividad microbiana de lacanelaal aldehído cinámicoy al eugenolestudiando la acción microbiana en elenterobacter aerogenes, otros estudiosdeterminaron la inhibición deEscherichia coli y Salmonelatyphimorium con cinamaldehido(Helander et al, 1998). La acción deleugenol como bloqueante de la acciónencimática en enterobacter aerogenestambién fue comprobada (Wendakoon ySakaguchi,1995).
3.HIPOTESISDETRABAJO.
Hipótesis1.Lalecheylacaneladebidoasus principios activos y/o composiciónquímica, además de postre agradableresultaunpotentefungicida.
Hipótesis 2. El extracto de canela oaceite esencial de canela es un potentefungicida.
Hipótesis3.La lechedecabraes lamásaptaparasuusocomofunguicida
Hipótesis4.Esposiblelaelaboracióndeun fungicida,validandosuefectividad InVitro y la formulación de un fungicidapara su uso en huertos ecológicos yjardines,comobuenapraxisagronómica.
Esta investigación está dentro de unmarco teórico importante y abundante,ya que existe mucha bibliografía alrespecto, bibliografía que deberá serrevisadapor los alumnosy refutada conlosdatosqueobtengamos.
4.MATERIALESYMÉTODOS:
4.1.HONGOS:
Sehanutilizadocepasdelossiguienteshongos:
• Penicilium• Botrytis• Aspergillus• Alternaria• FusariumOxysporum
Proporcionados por D. Fernando Alvesprofesor de la unidad de entomología ypatología vegetal de la escuela superiordeIngenieríasAgrariasdelaUniversidadde Valladolid en el campus de Palencia,mantenidasenmedioPDA.
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4.2.Placaspetriymediodecultivo:
Hemos preparado el medio de cultivoparalasiembraytratamientoinvitrodeloshongosconAgar-Agaryglucosa.
LasplacasdePetrisepreparanvertiendoelmediofundidoyestérildentrodeellasy en un ambiente aséptico (por ejemploen la proximidad de la llama de unmechero (Bunsen) es convenientehomogenizar el medio en el transcursode la operación para evitar que el agarsedimenteenelfondodelrecipienteynose distribuya por igual en todas lasplacas.Tambiénesposible conservarelmedio destinado a preparar placas Petrisolidificado y estéril en tubos que sefundiránalbañoMariaenelmomentodelapreparacióndelasmismas.
Los caldos y medios sólidos puedenconservarse, una vez esterilizados, atemperaturaambienteperoparareducirsu deshidratación y el consiguientecambio en las concentraciones de suscomponentes es preferible conservarlosa4ºC.
AGAR.Seutilizacomoagentegelificanteparadar solideza losmediosdecultivo.En el agar bacteriológico el componentedominante es un polisacárido que seobtiene de ciertas algas marinas y quepresenta la indudable ventaja de que aexcepción de algunos microorganismosmarinos,noesutilizado comonutriente.Un gel de agar al 1-2% se licuaalrededor de los 100ºC y se gelificaalrededor de los 40ºC, dependiendo desugradodepureza.
500mldeaguadestilada
7.5grdeAgaragar(Serecomiendade13a20gr\l)
2grdeglucosa(Serecomiendaentreel1y2%)
Calentaraebullición100ºCparadisolverelAgaragaryenfriaryaquea40ºCseformaelgeldecultivo.
4.3.Otrosmateriales:
Autoclaveparaesterilizaciónycintadeautoclavadoparasellarplacas
Mecheroparatrabajarbajollama.
Neveraparaalmacenajedeplacaspreparadas.
Estufadecultivo.
Matracesaforadosde25ml
Vasosdeprecipitados
Asasdesiembra
Etanolyaguadestilada
Pipetas10ml
Pipetaspasteur1y2ml.
Pipeteador25ml
4.4.Mediosdetratamiento:
Lechedevaca
Lechedeoveja
Lechedecabra
Extractodecanela.
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4.5.Extractodecanela:
Por ser un método muy efectivo paraseparar sustancias insolubles o pocosolublesenaguayquetenganpuntosdeebullición altos, hemos realizado unadestilación por arrastre con vapor deastillasdecanelaentrocitosparaobtenerelcinamaldehídopresenteenéstas.En la destilación por arrastre con vapor(elaguayelcompuestoestánseparados),se tiene como ventajas queenergéticamente es más eficiente, setieneunmayorcontroldelavelocidadde
destilación,existelaposibilidaddevariarla presión del vapor, y el métodosatisface mejor las operacionescomerciales a escala, al proveerresultados más constantes yreproducibles. Además , es fácil elmontajeyoperación,bajocostodebidoaluso de agua en lugar de solventes,pueden obtenerse dos productos de laextracción; el aceite esencial y elhidrosol,cuyacomposicióndependerádelasolubilidaddeloscompuestosenaguay lamuestranosecalientadirectamenteparanoquemarlamateriaprima.
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
107
Esquemadelmontajepararealizarunadestilaciónporarrastredevapor
Comoelaceitedecanelaesinsolubleenagua,debemosdisolverloenetanolparaprepararlasdosdilucionesdecaneladeconcentraciónmínimainhibitoriaCMIde3000ppmy300ppm.
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108
4.6.Esquemadetrabajo:
Paraloscálculos,estadística,graficas,sehautilizadolahojadecálculoExcel,calculandoparacadahongolavelocidaddecrecimiento,%inhibición,gráficasyregresiónlinealdelcrecimientofrentealtiempodecultivo.
HONGOS:
Fusarium Oxysporum
Botrytis Cinerea
Alternaria
Penicilium
Aspergillus
TRATAMIENTOS:
Extracto de canela (3000 y 300ppm)
Leche de vaca (diluciones 1/5, 1/10, 1/20)
Leche de oveja (diluciones 1/5, 1/10, 1/20)
Leche de cabra(diluciones 1/5, 1/10, 1/20)
Sin tratamiento
(PATRÓN)
Estufa cultivo 30ºC
Medir crecimiento diario
CÁLCULOSYGRÁFICAS
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109
5.RESULTADOSYDISCUSIÓN:
Siguiendo el patrón de trabajoestablecido hemos sembrado losdiferenteshongosenelcentrodelaplacapetri, se ha añadido el tratamientofungicida (1ml) y se han sellado lasplacas petri y colocado en estufa encondiciones de humedad y temperatura(30ºC) midiendo cada dos días sucrecimientoradicular.
Se establece un patrón o blanco conquien comparar los diferentes cultivoscon tratamiento, que siguen la siguientenotación:
1mlextractocanela(hongo+EC)
1mllechedevacadilución1/5(Hongo+VA1/5)
1mllechedevacadilución1/10(Hongo+VA1/10)
1mllechedevacadilución1/20(Hongo+VA1/20)
1mllechedeovejadilución1/5(Hongo+OV1/5)
1mllechedeovejadilución1/10(Hongo+OV1/10)
1mllechedeovejadilución1/20(Hongo+OV1/20)
1mllechedecabradilución1/5(Hongo+CA1/5)
1mllechedecabradilución1/10(Hongo+CA1/10)
1mllechedecabradilución1/20(Hongo+CA1/20)
Los resultados obtenidos son idénticosparalasdiferentesdilucionesdeextractode canela (3000 y 300 ppm) así en elestudiosolohacemosreferenciademodogeneralaextractodecanela,refiriéndoseeste a una concentración CMI de 300ppm.
5.1.FUSARIUMOXYSPORUM:
La tabla 2 y 3 muestran el crecimientoradicular en centímetros del hongo con losdiferentestratamientosrealizadosalolargode15díasde cultivoa30ºCenestufay encondiciones de humedad óptimas para sucrecimiento.
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
110
Tabla2.Crecimientoradiculardelpatrón,tratamientoconextractodecanelaydilucionesdelechedevaca
Díasdecultivo
Patrón(cm)
ex.canela(cm)
vaca1/5(cm)
vaca1/10(cm)
vaca1/20(cm)
7 3 0 2 3 3,28 3,2 0 2,4 3,4 3,511 3,4 0 2,4 3,5 3,612 3,4 0 2,8 3,5 3,615 3,4 0 3 3,5 3,6
Tabla3.Crecimientoradiculartratamientocondilucionesdelechedeovejaycabra
Díasdecultivo
oveja1/10(cm)
oveja1/20(cm)
cabra1/5(cm)
cabra1/10(cm)
cabra1/20(cm)
7 3 3 0,5 0,7 0,68 3,5 3,4 1,1 0,7 0,611 3,6 3,5 1,2 0,8 0,812 3,6 3,5 1,3 0,8 0,815 3,6 3,5 1,3 0,9 0,8
Aunque se aprecian diferencias entretratamientos,eltratamientomásefectivoesel realizadoconextractodecanelayaqueinhibiótotalmenteelcrecimientodelhongo, también apreciamos con los
tratamientos con leche inhiben elcrecimiento del hongo pero no todos enigualmedida(grafica),elmásefectivoesel tratamiento con leche de cabra y enestecasoconcretoladilución1/20.
Grafico1 .CrecimientodelFusariumOxysporumconlosdiferentestratamientosrespectodelpatrón
Cre
cim
ient
o cm
Tiempo de crecimiento
Crecimiento en función del tratamiento
Patrón
Ex. Canela
Vaca 1/5
vaca 1/10
vaca 1/20
oveja 1/5
oveja 1/10
oveja 1/20
cabra 1/5
cabra 1/10
cabra 1/20
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111
Del tratamiento estadístico de los datos vemos como el crecimiento del patrón esexponencial(grafico2)alcontrariodelcrecimientodelhongocontratamientodeleche.
Grafico2.VelocidaddecrecimientodeFusarium
TodosellosmuestranunavelocidaddecrecimientomenoralmostrarcrecimientolinealesoparabólicosconvaloresdeR2muybuenosparaunexperimentoprácticocomprendidosenntre0.85y0.97(Graficos3,4y5).
Grafico3.VelocidaddecrecimientodeFusariumtratadoconlechedecabradilución1/5
y = 0,0612e1,5601x R² = 0,81639
Dás
de
culti
vo
Crecimiento (cm)
velocidad de crecimiento patrón fusarium
Patrón
Exponencial (Patrón)
y = 30,881x2 - 47,341x + 22,942 R² = 0,88523
Día
s de
cul
tivo
Crecimiento (cm)
Veloc.crecimiento Fusarium vs cabra 1/5
Serie1
Polinómica (Serie1)
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112
Grafico4.VelocidaddecrecimientodeFusariumtratadoconlechedecabradilución1/10
Grafico5.VelocidaddecrecimientodeFusariumtratadoconlechedecabradilución1/20
Si es cierto que el tratamiento condilucióndelechedecabra1/20tieneuncrecimiento exponencial pero inhibe engran medida el crecimiento del hongo,con un porcentaje de inhibición del78.05%(tabla4)
Podemosapreciarenlatablaqueel%deinhibición del extracto de canela es el100%, en quince días de cultivo inhibiótotalmente el crecimiento del FusariumOxysporum,asícomolostratamientoconleche de cabra (tabla 5) dondeapreciamosqueaunadiluciónde1/5el%deinhibiciónesdel67.07%,adilución
y = 37,857x - 18,929 R² = 0,97399
Día
s de
cul
tivo
Crecimiento (cm)
Veloc.crecimiento Fusarium vscabra 1/10
Serie1
Lineal (Serie1)
y = 1,5838e2,588x R² = 0,8425
Dás
de
culti
vo
Crecimiento (cm)
Veloc.crecimiento Fusarium vs cabra 1/20
Serie1
Exponencial (Serie1)
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113
1/10esde76.22%yadilución1/20de78.05%.
Tambiénpodemosobservarcomoinhibeel crecimiento la leche de vaca endilución 1/5 (tabla 4) y el tratamientoconlechedeoveja1/5(tabla5).
Además observamosun hecho curioso yes la inhibición negativa o lo que es lomismo como las diluciones de leche devaca 1/10 y 1/20 potencian elcrecimiento del hongo (tabla ) y lasdilucionesdelechedeoveja(tabla5).
Tabla4.%inhibiciónextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
patrón ex.canela vaca1/5 vaca1/10 vaca1/20 %Inhibición 0 100 23,17 -3,05 -6,71
Tabla5.%inhibicióndilucionesdelechedeovejaycabra.
oveja1/5
oveja1/10
oveja1/20 cabra1/5
cabra1/10
cabra1/20
%Inhibición 23,78 -5,49 -3,05 67,07 76,22 78,05
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114
5.2.BOTRYTISCINEREA:
La tabla 6 y 7 muestran el crecimientoradicular en centímetros del hongo con losdiferentestratamientosrealizadosalolargo
de15díasde cultivoa30ºCenestufay encondiciones de humedad óptimas para sucrecimiento.
Tabla6.Crecimientoradiculardelpatrón,tratamientoconextractodecanelaydilucionesdelechedevaca
Díasdecultivo Patrón(cm)ex.canela(cm)
vaca1/5(cm)
vaca1/10(cm)
vaca1/20(cm)
7 2 0 1,5 2 2,68 2,5 0 1,5 2,5 2,711 2,5 0 2 3 312 3 0 2 3 315 3 0 2 3 3
Tabla7.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
Díasdecultivo
oveja1/5(cm)
oveja1/10(cm)
oveja1/20(cm)
cabra1/5(cm)
cabra1/10(cm)
cabra1/20(cm)
7 1,5 0 3 1 0,6 0,78 2 0 3,4 1,1 0,6 0,711 3 0 3,7 1,2 0,7 0,812 3 0 3,7 1,2 0,7 0,815 3 0 3,7 1,2 0,7 0,8
Lalechedevacaendilución1/5ralentizaelcrecimientodelhongo,aunquevuelveaserlalechedecabraenestecasocondilución1/5y1/10quienralentizael crecimientode laBotrytisdemaneraimportante(Gráfico6).
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115
Grafico6.CrecimientodelaBotrytiscinereaconlosdiferentestratamientosrespectodelpatrón
Asímismovemoscomoelextractodecanela inhibetotalmenteelcrecimientodelhongoenplaca.
Eldatode inhibición totaldel tratamientorealizadocon lechedeovejaendilución1/10induceaerror,yaqueenestecasoyporrazonesdesconocidasnocrecióelhongo,puedeserquepormalasiembra,dehechorepetidalaexperienciasevioquenofueasí.
Sidestacamosentonceslostratamientosqueinhibeneldesarrollodelhongovemoscomoevolucionael crecimientodelpatrón (Gráfico7)ydemaneraexponencial, y comosigueestatendenciaexponencialdecrecimientoelhongoconsustratamientosperoinhibiendosucrecimiento(Graficas8,9,10y11).
Grafico7.VelocidaddecrecimientodeBotrytis
Crecimiento en función del tratamiento
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
7 8 11 12 15
Tiempo de crecimiento
Crec
imie
nto
cm
patrón
Ex. Canela
vaca 1/5
vaca 1/10
vaca 1/20
oveja 1/5
oveja 1/10
oveja 1/20
cabra 1/5
cabra 1/10
cabra 1/20
Veloc.crecimiento botrytis patrón
y = 1,836e0,6599x
R2 = 0,7987
02468
10121416
0 1 2 3 4
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
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116
Grafico8.VelocidaddecrecimientodeBotrytiscontratamientodelechedevacadilución1/5
Grafico9.VelocidaddecrecimientodeBotrytiscontratamientodelechedecabradilución1/5
Veloc.crecimiento Botrytis vs vaca 1/5
y = 1,5838e1,0352x
R2 = 0,8425
02468
10121416
0 1 2 3
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
Veloc.crecimiento Botrytis vs cabra1/5
y = 0,2912e3,1202x
R2 = 0,8164
02468
10121416
0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
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117
Grafico 10 . Velocidad de crecimiento de Botrytis con tratamiento de leche de cabradilución1/10
Grafico 11 . Velocidad de crecimiento de Botrytis con tratamiento de leche de cabradilución1/20
Veloc.crecimiento Botrytis vs cabra 1/10
y = 0,3352e5,1761x
R2 = 0,8425
02468
10121416
0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
Veloc.crecimiento Botrytis vs cabra 1/20
y = 0,1998e5,1761x
R2 = 0,8425
02468
10121416
0,68 0,7 0,72 0,74 0,76 0,78 0,8 0,82
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
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118
La evolución en todos los casos esexponencial conunos valores deR2másque aceptables para una experiencia deestetipo,convaloresporencimade0.80.
En relación al % de inhibición de cadatratamiento y como podemos ver en la
tabla8apreciamoscomolacanelainhibeenun100%encrecimientodelhongo,nole permite evolucionar. Así mismocomprobamos como las diluciones delechedevaca1/10y1/20no inhibenelcrecimiento sino que lo potencian
.
Tabla8.%inhibiciónextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
%Inhibición
patrón ex.canelavaca1/5
vaca1/10
vaca1/20
0 100 30,77 -3,85 -10
De la tabla 9 deducimos que la leche de cabra inhibe el crecimiento de la Botrytisprincipalmenteladilución1/10conun%deinhibicióndel74.62%,ademásvemoscomolalechedeovejaendilución1/20potenciaelcrecimientodelhongo.
Tabla9.%inhibicióndilucionesdelechedeovejaycabra.
%Inhibición
oveja1/5
oveja1/10
oveja1/20
cabra1/5
cabra1/10
cabra1/20
3,85 100 -34,62 56,15 74,62 70,77
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119
5.3.ALTERNARIA:
La tabla 10 y 11 muestran el crecimientoradicular en centímetros del hongo con los
diferentestratamientosrealizadosalolargode10díasde cultivoa30ºCenestufay encondiciones de humedad óptimas para sucrecimiento
.
Tabla10.Crecimientoradiculardelpatrón,tratamientoconextractodecanelaydilucionesdelechedevaca
DíasdecultivoPatrón(cm)
ex.canela(cm)
vaca1/5(cm)
vaca1/10(cm)
vaca1/20(cm)
2 2,5 0 0 0 05 2,6 0 0 0 2,56 3 0 0 0 39 3,2 0 0 0 3,2
Tabla11.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
Díasdecultivo
oveja1/5(cm)
oveja1/10(cm)
oveja1/20(cm)
cabra1/5(cm)
cabra1/10(cm)
cabra1/20(cm)
2 0 0 0 1,5 1,1 0,75 2,3 3 2,5 1,7 1,1 0,86 3,2 3,5 3,5 1,8 1,3 0,99 3,2 3,5 3,5 1,8 1,3 0,9
Según evolucionan los días de cultivovemos como el extracto de canela, lalechedevacaendilución1/5y1/10ylalechedecabraendiluciones1/5,1/10y1/20 inhiben el crecimiento de laAlternaria.Dehechoelextractodecanelay lasdilucionesdelechedevacainhibentotalmente el crecimiento del hongo. La
lechedecabrainhibeelcrecimientoyenla dilución 1/20 el hongo ralentiza sucrecimiento e inhibe en gran medida elcrecimientodelhongo(gráfica12).
Grafico 12 .Crecimiento de la Alternariacon los diferentes tratamientos respectodelpatrón.
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120
Si atendemos a la velocidad decrecimiento y a la evolución de laalternaria en función del tratamientoapreciamos un crecimiento polinómicode orden dos en el crecimiento del
patrón (Grafico 13) y en el crecimientodelhongoconlechedecabraendilución1/5, el crecimiento es análogoperomáslentocomovemosenlagráfica14.
Grafico13.VelocidaddecrecimientodelaAlternaria
Crecimiento según tratamiento
00,5
11,5
22,5
33,5
4
2 5 6 9
Días de cultivos
Cre
cim
ient
o cm
patrón
Ex. Canela
vaca 1/5
vaca 1/10
vaca 1/20
oveja 1/5
oveja 1/10
oveja 1/20
cabra 1/5
cabra 1/10
cabra 1/20
Veloc.Crecimiento Patrón
y = 1,7293x2 - 1,7442x - 3,5149R2 = 0,8586
0
2
4
6
8
10
0 1 2 3 4
Crecimiento (cm)
D´´i
as d
e cu
ltivo
Serie1
Polinómica (Serie1)
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121
Grafico14.VelocidaddecrecimientodelaAlternariatratadaconlechedecabradilución1/5
Sin embargo el crecimiento del hongopara diluciones de leche de cabra 1/10(Grafica 15) y 1/20 (Gráfica 16) esmuchomás lento (lineal) ymás efectivoen ambos casos y sobre todo en la
dilución1/20queinhibeengranmedidael crecimiento de la Alternaria.Atendiendo al valor de R2 estamos anteunos resultados francamente buenos alrodarel0.80.
Grafico15.Velocidaddecrecimientode laAlternariatratadaconlechedecabradilución1/10
Veloc.Crecimiento Alternaria vs cabra 1/5
y = 33,333x2 - 91,667x + 64,5R2 = 0,82
0
2
4
6
8
10
0 0,5 1 1,5 2
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Polinómica (Serie1)
Veloc.Crecimiento Alternaria vs cabra 1/10
y = 20x - 18,5R2 = 0,64
0
2
4
6
8
10
1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Lineal (Serie1)
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
122
Grafico16.Velocidaddecrecimientode laAlternariatratadaconlechedecabradilución1/20
Ensintoníaconestosresultadosapareceel%deInhibicióndecadatratamientosobreelhongo(Tabla12)
Tabla12.%inhibiciónextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
%Inhibiciónpatrón ex.canela
vaca1/5
vaca1/10
vaca1/20
0 100 100 100 23,01
Elextractodecanela inhibeal100%elcrecimientode laAlternariaasícomola lechedevaca en dilución 1/5 y 1/10, estos datos fueron contrastados y repetidos varias vecesencontrándosesiemprelamismasituación.
Tabla13.%inhibicióndilucionesdelechedeovejaycabra.
%Inhibición
oveja1/5
oveja1/10
oveja1/20
cabra1/5
cabra1/10
cabra1/20
23,01 11,51 15,99 39,82 57,52 70,8
LalechedecabrainhibeelcrecimientodelaAlternariayensudilución1/20consigueunainhibicióndel70.8%(tabla13).
Veloc.Crecimiento Alternaria vs cabra 1/20
y = 27,273x - 17R2 = 0,8182
0
2
4
6
8
10
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Lineal (Serie1)
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123
5.4.PENICILLIUM:
Al igual que en los hongos anteriormente
relacionados. la tabla 14 y 15 muestra el
crecimiento radicular en centímetros del
hongo (Penicillium) con los diferentes
tratamientosrealizadosalolargode10días
decultivoa30ºCenestufayencondiciones
de humedad óptimas para su crecimiento
.
Tabla14.Crecimientoradiculardelpatrón,tratamientoconextractodecanelay
dilucionesdelechedevaca
Díasdecultivo
Patrón(cm)
ex.canela(cm)
vaca1/5(cm)
vaca1/10(cm)
vaca1/20(cm)
2 0 0 0 0 0
5 1 0 2 0 2
6 1 0 4 0 2,5
9 1,5 0 4,2 0 3
Alolargode10díasvemoscomoeltratamientoconcanelanohapermitidoelcrecimiento
delpenicilliumasícomoel tratamientocon lechedevacaendilución1/10,sinembargo
los tratamientos cion lechedevaca1/5y1/20aceleranel crecimientodelhongo (tabla
14).
Tabla15.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
Díasdecultivo
oveja1/5(cm)
oveja1/10(cm)
oveja1/20(cm)
cabra1/5(cm)
cabra1/10(cm)
cabra1/20(cm)
2 0 0 0 1,1 1 0,5
5 3 1,5 1,6 1,2 1 0,5
6 3,2 1,8 3 1,3 1,2 0,7
9 3,5 2 3,5 1,4 1,2 0,8
Lamismasituaciónencontramosconlostratamientoabasedelechedeovejaycabra, la
lechedeovejapotencia el crecimientodel hongodemanera importante, sin embargo la
lechedecabrafrenaelcrecimientodelhongoydemaneraimportanteensudilución1/20
(tabla15).
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
124
Deformamásvisuallopodemosapreciarenlagráfica17,dondesemuestralaevolucióndelPenicilliumencontodossustratamientosrespectodeunpatrón.
Grafico17.CrecimientodelPenicilliumconlosdiferentestratamientosrespectodelpatrón.
Si atendemos al crecimiento del hongo, vemos como el patrón (Penicillium) crece demaneraexponencialconunvalordeR2de0.99(Grafica18).
Grafico18.VelocidaddecrecimientodelPenicillium
Crecimiento en función del tratamiento
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
2 5 6 9
Días de cultivo
Cre
cim
ient
o co
loni
as c
m
patrón
Ex. Canela
vaca 1/5
vaca 1/10
vaca 1/20
oveja 1/5
oveja 1/10
oveja 1/20
cabra 1/5
cabra 1/10
cabra 1/20
Veloc.Crecimiento Patrón
y = 2,003e1,0037x
R2 = 0,9863
0
2
4
6
8
10
0 0,5 1 1,5 2
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Exponencial (Serie1)
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
125
Sin embargo el crecimiento del hongo con leche de cabra en dilución 1/20 tiene un
crecimientomuchomáslentoparabólico(Grafica19)conunvalordeR2de0.82,frenando
elcrecimientodelhongoeinhibiéndolo.
Grafico19.Velocidadde crecimientodelPenicillium tratadocon lechede cabradilución
1/20
Si atendemosa los resultadosobtenidosde calcularel%de inhibiciónde losdiferentes
tratamientos sobre el Peniciliumm
observamos que el extracto de canela
inhibe por completo la evolución del
hongo inhibiéndolo el 100% (Tabla 16)
así como la dilución de leche de vaca
diluida 1/5. Sin embargo el resto de
tratamiento favorece y potencia su
crecimiento obteniendo valores de
inhibiciónnegativosqueenelcasode la
leche de vaca en dilución 1/5 es de –
191.43% o lo que es lo mismo dobla el
tamaño del hongo respecto al patrón en
idénticascondicionesdecultivo.
Tabla16.%inhibiciónextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
patrón ex.canela vaca1/5 vaca1/10 vaca1/20
%Inhibición 0 100 -191,43 100 -114,28
Veloc.Crecimiento Penicilium vs cabra 1/20
y = 58,333x2 - 57,5x + 17,667R2 = 0,82
0
2
4
6
8
10
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Polinómica (Serie1)
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
126
Del restode tratamientoobtenemosunainformación similar, todos ellos exceptoel de leche de cabra a dilución 1/20favorecenelcrecimientoobteniéndose%de inhibición negativos, doblándose el
cultivo con la leche de oveja a dilución1/5(tabla17)porelcontrariolalechedecabra en dilución 1/20 inhibe en un28.57% el crecimiento del penicillium(Tabla17).
Tabla17.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
%Inhibición
oveja1/5
oveja1/10
oveja1/20
cabra1/5
cabra1/10
cabra1/20
-177,14 -51,43 -131,43 -42,43 -25,71 28,57
5.5.ASPERGILLUS:
Como en las experiencias anteriores en latabla 18 Y 19 se muestran el crecimientoradicular en centímetros del hongo con losdiferentestratamientosrealizadosalolargode10díasde cultivoa30ºCenestufay encondiciones de humedad óptimas para sucrecimiento.
Como en los cuatro hongos anterioresvemos que el tratamiento con extracto decanela inhibe el crecimiento del hongo porcompletoycomola lechedevaca inhibeenparte la proliferación de este (Tabla 18),salvoenelcasodelPenicillium.
Tabla18.Crecimientoradiculardelpatrón,tratamientoconextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
Díasdecultivo
Patrón(cm)
ex.canela(cm)
vaca1/5(cm)
vaca1/10(cm)
vaca1/20(cm)
4 1,8 0 0,7 0,7 16 2 0 0,8 0,7 1,28 2,2 0 0,8 0,8 1,310 2,4 0 0,9 0,8 1,4
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
127
Delostratamientosconlechedeovejaydecabra(tabla19)vemostambiénunainhibicióndel hongo pero no tan acusada como en los hongos anteriormente estudiados, siendomuchomásefectivoeltratamientoenestecasoconlechedevaca1/5y1/10(Grafica20).
Tabla19.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
Díasdecultivo
oveja1/5(cm)
oveja1/10(cm)
oveja1/20(cm)
cabra1/5(cm)
cabra1/10(cm)
cabra1/20(cm)
4 1,1 1,4 1,6 1,5 1,5 1,56 1,1 1,5 1,7 1,9 1,6 1,98 1,2 1,6 1,7 2,1 1,8 2,110 1,2 1,6 1,8 2,2 1,9 2,2
Grafico 20 .Crecimiento del Penicillium con los diferentes tratamientos respecto delpatrón.
Este resultado es completamentediferentea losdemáscasosdondeera laleche de cabra la que más inhibía elcrecimientodecadahongo,estasituaciónes muy interesante desde el punto devistadeldiseñodeunfungicidagenérico,ya que no es posible y habrá quepersonalizar para cada hongo eltratamiento.
Enestaocasión,elcrecimientodelhongo(Aspergillus)eslinealtantoenelcasodelpatrón (Grafica 21) como en el de lostratamientos con leche de vaca adiluciones 1/5 (Grafica 22) y 1/10(Grafica23)
Crecimiento en fucion del tratamiento
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
4 6 8 10
Tiempo de cultivo
Cre
cim
ient
o cm
Patrón
Ex. Canela
vaca 1/5
vaca 1/10
vaca 1/20
oveja 1/5
oveja 1/10
oveja 1/20
cabra 1/5
cabra 1/10
cabra 1/20
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
128
Grafico21.VelocidaddecrecimientodelAspergillus
Grafico22.VelocidaddecrecimientodelAspergillustratadoconlechedevacadilución1/5
Veloc.Crecimiento Aspergilus vs vaca 1/5
y = 30x - 17R2 = 0,9
0
2
4
6
8
10
12
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Lineal (Serie1)
Veloc. Crecimiento Patrón
y = 10x - 14R2 = 1
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Lineal (Serie1)
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
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Grafico 23 . Velocidad de crecimiento del Aspergilus tratado con leche de vaca dilución1/10
En esta ocasión no podemos establecerdiferencias en la velocidad decrecimiento del hongo ya que latendencia en estos casos es lineal, sinembargo si atendemos al valor del
porcentaje de inhibición, si podemosobservar como la leche de vaca adiluciones 1/5 y 1/10 inhibe elcrecimientodelhongo(Tabla20).
Tabla20.%inhibiciónextractodecanelaydilucionesdelechedevaca.
%Inhibiciónpatrón ex.canela vaca1/5 vaca1/10 vaca1/20
0 100 61,91 64,29 41,67
De estos datos podemos concluir que lacanela (Aceiteesenciaoextracto) inhibeel 100% el crecimiento del hongo nopermitiendo el crecimiento delAspergilus (Tabla 20) además eltratamiento con leche de vaca esbastante efectivo con porcentajes deinhibición del crecimiento del hongo de41.67% para dilución 1/20, del 61.91%paradilución1/5ydel64.29%parauna
dilución de 1/10, donde el hongo se veinhibidoencasiun65%.
Losresultadosconlechedeovejaycabrano son tan relevantes (Tabla21) yaqueaunque si inhibe el crecimiento delAspergillus el mayor valor sería para laleche de oveja a dilución 1/5, para elresto la inhibición es muy baja y estacentradaentreel19%yel8%
Veloc. Crecimiento vs Vaca1/10
y = 40x - 23R2 = 0,8
0
2
4
6
8
10
12
0,65 0,7 0,75 0,8 0,85
Crecimiento (cm)
Día
s de
cul
tivo
Serie1
Lineal (Serie1)
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
130
Tabla21.Crecimientoradicularcondilucionesdelechedeovejaycabra
%Inhibición
oveja1/5
oveja1/10
oveja1/20
cabra1/5
cabra1/10
cabra1/20
45,24 27,38 19,04 8,33 19,05 8,33
Sería muy interesante poder probarnuestros tratamientos en planta y/osobreproductofresco(frutap.e.)ypoderobservar si se cumple lamisma relaciónque en placa. Como hemos visto elextracto de canela inhibe totalmente elcrecimiento de los 5 hongos estudiadosparaunaCMIde300ppm.Lalecheporelcontrariosepresentaconespecialantojo,atacando de manera diferente a loshongos, siendo en nuestro caso la lechedecabra laquesepresentamásefectivaparaunmayornúmerodehongos.
Este hecho esta de acuerdo con labibliografía ya que la leche de cabratienen mayor contenido proteico que lade vaca y con proteínas más pequeñasque la leche de vaca y aporta másaminoácidos y Calcio que la de vaca(Dexjeux,1993;Haenlein,2001;Floresetal,2009).
La leche de cabra además aportamayorcontenido deminerales que la leche devaca (Sanz et al, 1997; San Toro, 2004)minerales como Calcio, Fósforo,Magnesio y potasio que en nuestro casoson lo que afectan al poder fungicidadelaleche.
Además la leche de cabra aporta másproteínas αS2-Caseina, β-caseina y K-caseinaquelalechedevaca(VegayLeónet al, 2005) así como de lisina yaminoácidosazufrados.
Estas razones son lasque favorecenquela leche de cabra seamás potente comofungicidaquelalechedeovejayvaca.
6.CONCLUSIONES:
Quedademostradalaactividadfungiciday antimicrobiana del extracto de canela,sin haber obtenido diferencias en losdiferentes hongos tratados, mostrandoun100%deefectividad.
La leche no es un fungicida tan potentecomolacanelaperosi inhibedemaneraimportanteel crecimientode loshongosyralentizandosucrecimiento.
La leche de cabra inhibe en un elevadoporcentajelaproliferacióndeloshongos,fundamentalmente de FusariumOxisporum, Alternaria y Penicillium endilución 1/20 y para la Botrytis endilución1/10.
D.Escudero,V.GutiérrezyA.elYousfi(1ºBach.) Lecheycanelacontraloshongos(…)
131
Lalechedevacasemuestramuyefectivaante el Aspergillus, inhibiendo sucrecimientoendiluciones1/5y1/10.
Para diseñar un fungicida protectorsobracontrabajarconextractodecanelaconunaCMIde300ppm.
Los aceites esenciales son productoscaros, así si queremos diseñar unfungicida a base de leche, retrasando laaparición del hongo, en primer lugardeberemosidentificaresteyluegoelegireltipodelecheautilizarysudilución.
Siesposiblediseñarun fungicidaabasede extracto de canela y/o leche,inclinándonos en este caso por la lechede cabra, respetuoso con elmedioambiente y emplearlo enagricultura ecológica, parques yjardines…
7.AGRADECIMIENTOS:
AD. Fernando Alves por facilitarnos loshongosparaeltrabajo.
A D. Fernando de Alejandro de Repsolderivados.
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M.Álvarez,M.BlancoyP.Posadilla(1ºBach) ObtencióndeBiodiesel(…)
135
Obtencióndebiodieselporreaccionesde
transesterificaciónMaríaÁlvarez,MarcosBlancoyPaulaPosadilla(1ºBach)
ProfesorJoséIgnacioEsquinas
ColegioLaInmaculada,Ponferrada(León)
Enlaactualidadnosencontramosenunasituacióndeproblemáticamundial,
debidoaldeteriorodelmedioambiente.Poresoconnuestroexperimento
queremosaportarunapequeñasoluciónparaque,dealgunamanera,comencemos
aconstruiryconfigurarelconceptodedesarrollosostenible.Concienciadoscon
esasituaciónhemosqueridoaportarnuestrogranodearena,desarrollandouna
alternativaaloscombustiblesfósiles,paracontribuirdealgunamaneraalcuidado
denuestroplaneta.Nosotrosapostamosporunbiocombustiblehechoabasede
aceitevegetalcomercial(aceitedegirasol)sometidoaprocesosquímicos
fundamentadosprincipalmenteenlatransesterificacióndelaceitecontroladapor
catalizadorescomoelNaOH(hidróxidosódico)yKOH(hidróxidopotásico),
produciéndoseunareacciónexotérmica,sometidaaunaseriedetemperaturas
específicas(sobre40ºC-50ºC)paralaposteriorobtencióndemetilésteres
(biodiesel)yglicerina.
1. INTRODUCCIÓNLaoficinaestadísticaeuropeaEurostat
publicaba en febrero de este año un
informe sobre la dependencia
energética del exterior que presentan
lospaísesdelaUE.
_____________________________
Revista Investigación Química VGC, 3, 135-
145.Mayo2016.
ISSN:2386-5067
En dicho informe España figuraba
comoelsegundogranpaísdelaUEcon
mayordependenciaenergéticaen2014
(sólo por detrás de Italia), con una
importación del 72,9 % del total de
energía consumida ese año en todo el
país, ciframuy superior a lamedia de
la dependencia energética en la UE
(53,4%).
Elmotivodeestosvaloresseencuentra
en la dependencia que España tiene
M.Álvarez,M.BlancoyP.Posadilla(1ºBach) ObtencióndeBiodiesel(…)
136
conrespectoaloscombustiblesfósiles,petróleo y gas principalmente, que seencuentra 17 puntos por encima de laUE y de los que es necesario importarprácticamente el 100% de lo que seconsumeanualmente.Como es lógico, ésta acusadadependencia supone un problema anivel nacional, especialmente entérminos económicos pues constituyeuno de los principales gastos queafronta el país. La solución pasa porfomentar aquellas energías quepermitan el autoabastecimientoenergético, optando por energíasrenovables como el biodiésel quegaranticen cierta independenciaenergéticadelexterior.En concreto, el biodiésel se consideraun biocombustible que se puedeobtener a partir de biomasa vegetal(cultivos energéticos, residuosagrícolas y forestales, etc.), y decarácter renovable, que además degarantizar cierta producción nacionalpermitiría reducir las emisiones degases de efecto invernadero como elCO2,conrespectoaotroscombustiblesfósiles consumidos. Se puede obtenerpor procesos químicos(transesterificación)apartirdeaceitesvegetales (aceite de girasol, soja,palma,etc.)Por todo ello, nuestro equipo hadecidido investigar sobre laproducción de biodiésel por procesosquímicos a partir de aceites vegetales,
siguiendo para ello las fases propiasdelmétodocientífico.Elresultadodelainvestigación llevadaacaboseresumeenelpresenteinforme.2. PLANTEAMIENTOINICIALOBJETIVODELAINVESTIGACIÓNEl objetivo fundamental es producirbiodiésel de una calidad óptima ysuficiente para su utilización, a partirdeaceitevegetalyempleandoparaelloprocesosquímicos.Como materia prima se ha empleadoaceite de girasol comercial, y se hasometido a un proceso detransesterificación cuyo fundamentoteórico se describe en el siguienteapartado.MARCOTEÓRICOLa reacción de transesterificación de unaceite vegetal es aquella en la cual unamolécula de triglicérido, componentemayoritario en un aceite, reacciona conunalcohol, idealmente ligero comoes elcasodelmetanol(CH3OH),bajolaacciónde un catalizador, para producir unamezcla de ésteres de ácidos grasos yglicerina.Son estos ésteres de ácidos grasos(principalmente ésteres metílicos) losque se pueden considerar comobiodiésel, en base a su potencialaprovechamientocomocombustibles.
Imagen1.Representaciónesquemáticadeunareaccióndetransesterificaciónapartirdeuntriglicéridodeorigenvegetalymetanol.
M.Álvarez,M.BlancoyP.Posadilla(1ºBach) ObtencióndeBiodiesel(…)
137
Comosededucedelesquemasuperior,lareaccióndetransesterificacióndeaceitesvegetales con alcoholes ligeros se ha dellevar bajo la acción de un catalizador(“Cat.” en el esquema) que puede serhomogéneo, tanto ácido como básico, oheterogéneo.En el caso de los catalizadoreshomogéneos ácidos, se suele recurrir alácido sulfúrico, H2SO4. Sin embargo, elestudio documental ha revelado que sibienestoscatalizadoresproporcionanunelevadorendimientoenésteresdeácidosgrasos, su reacción es muy lenta yrequiere condiciones de presión ytemperatura elevadas, difíciles deconseguirenlapresenteinvestigación.
Cuando la reacción se produce enpresencia de catalizadores homogéneosbásicos, como el hidróxido de sodio(NaOH) o de potasio (KOH), la reacciónes más rápida que con un catalizadorácidoylascondicionesdetemperaturaypresión son más moderadas. Además,sonmenoscorrosivosquelosácidosporloquesonlosmásutilizadosenprocesosindustrialesdetransesterificación.Noobstante,presentanunserioriesgodeformación de jabones en reaccionessecundarias, bien por la neutralizaciónde los ácidos grasos libres presentes enelaceite,bienporlasaponificacióndelostriglicéridosdelaceite.
Imagen2.ReaccionessecundariasenprocesodetransesterificaciónrealizadoconKOHcomo
catalizador
La formación de jabones consumeparcialmenteelcatalizador,disminuyeelrendimientodelareacciónydificultalasetapas de separación y purificación,impidiendo la formación de ésteresmetílicosencantidadycalidadsuficienteparacatalogarloscomobiodiésel.Paraevitar la reaccióndeneutralizaciónde los ácidos grases libres se puedeemplearaceitesdebajo índicedeacidezcomo materia prima, si bien los aceitesmás rentables económicamentepresentan cierto contenido en ácidosgrasos.
Encuantoalareaccióndesaponificación,puede evitarse parcialmente utilizandoaceites y alcoholes esencialmenteanhidros.Además,sedebetenerespecialcuidadocon lascondicionesdereacción,especialmente en lo que se refiere a latemperatura y concentración decatalizador para reducir al máximo lasaponificación.Finalmente, también se pueden emplearcatalizadores heterogéneos para elproceso de transesterificación, como esel caso de enzimas, resinas deintercambioiónicoyóxidosmetálicos.Elinterés en estos catalizadores es
M.Álvarez,M.BlancoyP.Posadilla(1ºBach) ObtencióndeBiodiesel(…)
138
creciente, pues presentan algunasventajas con respecto al resto decatalizadores como optimizar las etapasde separación y purificación delproducto,ademásdenoproducirjabonespor neutralización de los ácidos grasoslibres.No obstante, necesitan condicionesextremas de operación y tiempos dereaccióndemasiadoselevados,porloqueresultan inviables en la presenteinvestigación.FORMULACIÓNDELAHIPÓTESISDEINVESTIGACIÓNTeniendo en cuenta el objetivo de lainvestigación, la hipótesis deinvestigación de la que se parte es lasiguiente:Ø Obtenciónde biodiésel a partir de
aceitesvegetalescomercialesPara poder contrastar la hipótesis yconfirmarodescartardeestaformasielproducto obtenido es biodiésel decalidad, la investigación seha fijadounaserie de variables de estudio que seránevaluadas en el proceso deexperimentación:A. Cantidades de reactivos necesarios
para la reacción detransesterificación
B. TemperaturadeprocesoC. Contenidodejabonesenelproducto
final, que debe ser prácticamentenulo
D. Contenido de triglicéridos,diglicéridos y monoglicéridos en elproducto final, que debe ser elmínimo
La evaluación de estas variables seproducirá a lo largo de toda la fase deexperimentación, y en concreto para lasvariables C y D, mediante elsometimientodelproductofinalatestdecalidad coherentes con los requisitosexigidos para biodiésel por la ASTM
(American Society for Testing andMaterials).3. DISEÑODEINVESTIGACIÓNLaexperimentacióncorrespondientealapresente investigación se ha planificadodeacuerdoaunaseriede fasesoetapasnecesarias para llevar a cabo el procesodetransesterificación:1. Elección de reactivos y de
catalizadorLas materias primas necesarias para laproducción de ésteres metílicospotencialmente aprovechables comobiodiésel son alcoholes y aceitesvegetales.El aceite vegetal puede tener variasprocedenciasy ladiferencia radica en lacomposición de la molécula detriglicérido, en concreto en el tipo deácido carboxílico y en la cantidad deácidosgrasoslibres.Losaceitesvegetalesconvencionalesmásidóneos son aceite de girasol, aceite decolza, aceite de soja, aceite de coco yaceite de palma. El aceite empleado fueunaceitedegirasolrefinado,debidoasureducido coste, su alta disponibilidad yque no requiere proceso de filtradoprevio y sucesivas transesterificacionescomo en el caso de aceites de friturausados.En cuanto al alcohol a emplear, enprincipio se barajó la posibilidad deutilizar etanol y metanol. Se escogiómetanol como reactivo debido a dosfactores; su menor tamaño de lamolécula, lo que puede facilitar lareacción sobre la molécula detriglicérido, y por la polaridaddel aniónmetóxido que facilita la reacción detransesterificación.Finalmente, había que decidir entre eltipo de catalizador. Los más adecuadospara nuestra investigación eran loscatalizadores básicos, siendo los máshabituales en este tipo de reaccioneshidróxidodesodio,NaOH,ehidróxidode
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potasio,KOH.Enestecasoseoptóporelhidróxido de potasio pues su disoluciónenmetanoleramásrápidayefectiva.
La siguiente tabla resume lascaracterísticas químicas de los reactivosasí como las cantidades empleadas:
Reactivo/Catalizador
Gradodeacidez
Índicedeacidez
PM(g/mol) Riqueza Cantidada
emplearAceiterefinadodegirasol
0,09 0,18 - - 1l
Metanol - - 32,04 99% 200mlKOH
(catalizador)- - 56,11 90% 5g
Tabla1
2. SecadodelaceiteEl aceite refinado presenta menorcontenidoenaguaqueelaceitequeyahasido utilizado para cocinar. No obstanteaun así resulta conveniente eliminar elcontenido en agua, puesto que ralentizalareacciónyfavorecelasaponificación.Paraello,elaceitedegirasolrefinadosecalentaráhastaunatemperaturamínimade 65ºC que se mantendrá durante almenos 15 minutos. Posteriormente sedejaráenfriar.3. ObtencióndemetóxidoEl siguiente paso esmezclar la cantidaddemetanolestablecidaconelcatalizador,KOH.Derivadodelamezclaobtendremosmetóxidode potasio, CH3OK, que es unasal potásica de metanol de pesomolecular70,1g/mol.La mezcla se produce a temperaturaambiente,ylareacciónquetienelugaresexotérmica (se aprecia cierta liberacióndeenergíaenformadecalor).4. Mezclado de metóxido y aceite
vegetalSe calienta el aceite de nuevo hasta unatemperatura estable de 55ºC y seprocede a lamezcla con elmetóxido depotasio obtenido en el paso anterior.Necesitaremos agitar intensamente paragarantizar una buena mezcla y que lareacciónseproducecorrectamente
5. ReposadoyposteriordecantaciónTras agitar la mezcla, dejaremos querepose durante 24 horas. Idealmente sedeberáobservarunamasagelatinosaenelfondo,correspondientealaglicerina,yuna fase superior de metilésteres(biodiésel)porencima.Se procederá a la decantación yextracción de la fase libre demetilésteres.6. LavadoysecadoSometeremos los metilésteres extraídosa un lavado y purificación con aguadestilada,paraquelosresiduosdejabónvayan al fondo con la fase agua, y sepueda extraer metilésteres de la fasesuperiorflotantedemayopureza.Finalmente, se dejará reposar y secardurante48-72horas.7. EnsayosdecalidaddebiodiéselPara comprobar que los metilésteresobtenidospuedenserconsideradoscomobiodiésel,sesometeránadosensayosdecalidad:- Test de contenido en jabones. Se
añadirá agua destilada en losmetilésteres obtenidos y se agitará lamezcla enérgicamente.Posteriormente se dejará reposar enun embudo de decantación. Si elcontenido en jabones es elevado, elagua aumentará su turbidez y no se
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observará una separación efectiva defases, descartando en este caso elproducto obtenido como biodiésel. Sise observa que se separan las dosfases, y que el aguadel fondo apenasse enturbia, entonces el contenido enjabones es bajo y el productoaceptable.
- Test de conversión de biodiésel. Estetest permite determinar el contenidode triglicéridos, diglicéridos ymonoglicéridos en el productoobtenido.Paraello,seextraen3mldebiodiésel y se añaden 27 ml demetanol.Seagitadurante30segundosy se deja reposar 5minutos. Si no seobservaningunafaselibreenelfondosignifica que no hay triglicéridos,diglicéridos ni monoglicéridos quehayan quedado sin reaccionar, y portanto la reacción detransesterificación se ha producidocorrectamente.
En el siguiente capítulo se describe laejecucióndeldiseñoexplicado.4. FASEDEEXPERIMENTACIÓNEn esta fase se ejecutó el diseño,mediante experiencias realizadas en ellaboratorio escolar y en exteriores, seprocedióalarecogidadeinformaciónyalaobtencióndedatosexperimentalesconrespectoalasvariablesobjetodeestudio.Elmaterialempleadofueelsiguiente:
o Vasodeprecipitadoso Aguadestiladao Embudosdecristalo Erlenmeyero Pipetao Espátulao Recipientedecristalo Aceitedegirasolo Metanol(CH3OH)o Hidróxidodepotasio(KOH)o Hidróxidodesodio(NaOH)
De acuerdo con el diseño de lainvestigación seguimos las diferentesfases o etapas propuestas para llevar acaboelprocesodetransesterificación:
1. Elección de reactivos y de
catalizadorParapoderllevaracabolaproduccióndeésteres metílicos potencialmenteaprovechables(biodiésel), requerimosalusodeaceitesvegetales,yalcoholes.
El aceite vegetal que nuestro grupodecidió utilizar fue el aceite de girasolrefinado, en parte debido a que es muyeconómico con respecto a los otrosaceites y muy fácil de encontrar encualquiersupermercado.Respecto al alcohol que empleamos,inicialmenteoptamosporetanol(alcoholetílico),peronosedisolviótotalmenteelcatalizador que utilizamos (KOH).Finalmentedecidimosoptarpormetanol(alcoholmetílico).Por último, empleamos los dos tipos decatalizadores,tantohidróxidodepotasio,KOH, como hidróxido de sodio, NaOH.Una vez hecha la experimentación,concluimos que el más adecuado ennuestrocasoeraelKOHdebidoaquesedisolvía a una velocidad mucho mayorque el NaOH y su efectividad eraconsiderablementemáselevada.2. SecadodelaceiteSe emplea un litro de aceite de girasolrefinado, que pese a que presenta unmenor contenido en agua que el aceitequeyaha sidoutilizadopara cocinar, seviertesobreunrecipientedecristalysecalienta a una temperaturamás elevadade65ºC,durantemínimo15-20minutos.Para así eliminar el contenido en aguaquepuedapresentar.Esta fase, la hicimos en la vitrocerámicadeunacocina,ypusimoselrecipientedecristalconelaceiteensuinterioralbañomaría durante el tiempo establecido, yfuimoscontrolandosu temperatura.Unavez que el aceite alcanzó una
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temperatura superior a los 65ºC lodejamosenfriardurante5minutos.3. ObtencióndemetóxidoEn este paso, mezclamos 200 ml demetanol con una cucharada más bienpequeña de KOH. En el vaso deprecipitados tomamos los 200 ml demetanol y en su interior echamos lacucharada de KOH, estuvimos más decinco minutos removiendo con unacuchara, pero el KOH no se lograbadisolver, por lo que llegamos a laconclusión que debíamos de agitarlo enel interior de una botella pequeña, de500 ml aproximadamente, para que asíse mezclaran más rápidamente y ladisoluciónfueracompleta.La mezcla finalmente se produjo atemperatura ambiente, no necesitamoscalentarningunode losdos reactivos. SíqueesverdadqueunavezqueelKOHsedisolvió, notamos como la superficie delabotelladesprendíacalor,debidoaqueesunareacciónexotérmica.Antes de llegar a esta conclusión,realizamos algunas mezclas con alcoholetílico y NaOH, pero los resultadosfueronnegativos, y la disoluciónde esteúltimofuemáscostosa.
4. Mezclado de metóxido y aceite
vegetalTras haber transcurrido los cincominutosquedejamosel aceite enfriarse,lomezclamosconelmetóxidodepotasioobtenida, en una botella de 2 litros decapacidad.Nuestrogrupoenvezdedejarenfriar el aceite y después hacer lamezcla de metóxido, mientras el aceitecalentaba 15-20 minutos, íbamoshaciendolamezclademetóxidoalavez,entreotrascosasahorrartiempo.Una vez que la mezcla de aceite ymetóxido se encuentra en la botella, loagitamos intensamente durante uno odos minutos, para así garantizar lamezcla y la reacción se producencorrectamente.
5. ReposadoyposteriordecantaciónTras agitar la mezcla, dejamos quereposaradurante24horasal ladodeunradiador, para que la temperatura fueraligeramentemáselevada.A medida que transcurría el tiempo, seiba formando unamasa gelatinosa en elfondodecolormásoscuro(laglicerina),y en la parte superior, una fase demetilésteres(biodiésel)porencima.Posteriormente se procedió a ladecantación y extracciónde la fase libredemetilésteres.
1.-Resultadospositivodelamezcladelaceiteyelmetóxido,tras24horasde
reposo.
6. LavadoysecadoUnavezquehanpasado las24-48horassometimos los metilésteres extraídos aun lavado y purificación con aguadestilada, y comprobamos como el aguaarrastrabatodoslosresiduosdejabónalfondo, y en la parte superior quedabanlos metilésteres de mayor pureza, queposteriormente habría que someterlos adosotrespurificacionesmás.Finalmente, se dejó reposar y secardurante 48-72 horas, transcurrido estetiemposesometióalbiodieselresultantea una serie de pruebas, para verificar sirealmenteeraválido.5. ANÁLISISDERESULTADOSENSAYOSDECALIDADDEBIODIÉSELTras realizar las distintas mezclas yobtener los compuestos
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correspondientes, las sustancias fueronsometidas a dos pruebas decorroboración propuestas por laInstitución Internacional ASTM(AmericanSocietyforTestingMaterials)Acontinuaciónpodemosobservarenquéconsistenlosprocesosdecomprobación:
Ø PRUEBAA:Testdeconversióndelbiodiesel
-Procedimiento:Añadimos en un Erlenmeyer 3ml debiodiesel junto con 27ml de metanol auna temperatura media de 21ºC yagitamos durante 15 segundos. Tras 5minutos de reposo, en un ángulo de 45gradosaproximadamente,sepuedendardossituaciones:− Una fase libre en el fondo de la
mezcla que indica el fracaso delbiodiesel, ya que se tratará de uncapadeacilglicéridos(grasas)quenoreaccionan con el metanol, sinproducirse el proceso detransesterificación, es decir, elintercambio del grupo alcoxi de unalcohol.
− Permanencia de la mezclahomogénea sin observarse cambioalguno, que indica latransesterificación completa, y porconsiguiente, el éxito de laverificación.
El resultado obtenido en nuestro caso,fue positivo, ya que no se observóninguna modificación en el compuesto,que permaneció con una totalhomogeneidad, confirmando la hipótesisplanteada.En un principio realizamos el mismoprocedimiento aunque utilizando etanol,en lugar de metanol, con el cualobtuvimos igualmente un resultado queverificaba la validez del biodiesel, sinobservarse ningún cambio tras lareacciónyelcorrespondienteperíododereposo.
1. Perspectivadesdeunángulode45
gradosderesultadospositivosdemetanolybiodiesel.
2. Perspectivafrontalderesultadospositivosdemetanolybiodiesel.
Ø PRUEBAB: Test de contenido en
jabones
-Procedimiento:Enembudodedecantaciónseañadeaguadestiladahastaprácticamente lamitadyposteriormente introducimos biodieselhasta completar la capacidad delembudo.Trasagitarenérgicamenteparaproducirlamezcladelosdoscompuestosen un tiempo de 45 segundos, se debeesperar 1 h para reposar. El objetivo dela comprobación es la separación delaguaybiodiesel,asentándoseelaguaenel fondo y el biodiesel en la partesuperior en el Erlenmeyer que seencuentra bajo el embudo, actuando deesta manera el embudo como filtrador,manteniéndose el agua destiladaprácticamente igual de clara y limpia dealguna impureza, es decir, sin jabónprocedente de los metilésteres, o de lo
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contrario el agua enturbiada señalará lapresencia de glicerina procedente delbiodiesel, indicando de estamanera queel biodiesel debe de seguir siendopurificado, ya que, en esas condicionestodavíaposeedemasiadaglicerina,yporlotantonopuedeserutilizado.Losresultadosobtenidostrasefectuarelproceso, fueron positivos ya que,finalmente obtuvimos un agua destiladaque no presentaba signos de turbidez,separada correctamente de losmetilésteres.
1. Resultadospositivosdetestdejabonesconembudode
decantación.Antes de llegar al resultado final,realizamos la misma prueba en unabotella de plástico de capacidad 500ml,agregando mayor cantidad de agua
destilada que de biodiesel peroobtuvimos resultados negativos muycontrastantes con el resultado final, yaqueelaguaobtenidaen laparte inferiordelamezclaposeíauncolorblanquecinoindicando una presencia notable deconcentración de jabones, por lo que enlas siguientes pruebas utilizamosbiodiesel que había pasado variosprocedimientosdepurificación,yaqueelque utilizamos en la prueba inicial,apenasestabapurificadoyrealizamoslaspruebas mediante embudos dedecantación.
1. Resultadosnegativosdepruebadejabonesconbotelladeplástico.
RESUMENDELOSRESULTADOSOBTENIDOS
Ø PRUEBAA
HIPÓTESISDEVERIFICACIÓN TESTDECONVERSIONDELBIODIESEL
Mezclademetanolybiodieselsinobtencióndecapainternade
acilglicéridosenlaparteinferiordeunmatrazaforadotrasuntiempo
deesperade5minutos
POSITIVOONEGATIVO MOTIVO
Positivo
Ausenciadecapadegrasastantoenpartesuperficialcomoenelinteriordel
compuesto,sinobservacióndemodificaciónalgunatrasla
mezclademetanolymetilésteres
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Ø PRUEBAB
HIPÓTESISDEVERIFICACIÓN TESTDECONTENIDOENJABONESMezcladebiodieselyaguadestiladaenunembudodedecantaciónagitándoseenérgicamentedurante45
segundoconunahoradereposo,paraobtenertrasesahora,unaseparacióntotaldelbiodieselenlazonasuperioryelaguadestiladaenlainferior,encontrándoseelaguasinningunaimpurezani
ningúnsignodeglicerina(jabones).
POSITIVOONEGATIVO MOTIVO
Positivo
TotalseparacióndelH2Odestiladodelbiodiesel,situándoseéstaenlazona
inferiordelErlenmeyertraslafiltraciónenelembudodedecantación,sinencontrarseningúnsignodeturbidezquemostraselapresenciade
glicerinaCONCLUSIONESEl sector del transporte por carreteratiene una gran influencia en el impactomedioambiental, ya que su crecimientoen los últimos años ha provocado unagotamiento de los recursos energéticosfósiles(comoelpetróleoyelgasnatural)además de una alta generación deemisionesdegasesdeefectoinvernadero(sobretodolasdeCO2).Debido a esta problemática, loscombustibles alternativos podríanresultar una solución viable para acabarcon esta inmensa contaminación que seencuentracontenidaennuestroentorno,aumentandomásymás,díaadía.Entre los combustibles alternativos, seencuentran los biocombustibles. Uno deellos es el biodiesel, que es nuestraapuestaparaesteproblemaqueafectaanivelmundial.Dadoqueelbiodieselpuedeserutilizadoen los transportes del sectorautomovilístico (coches, camiones…)motores de avión y sistemas decalefacciónyelectricidad,puedesustituirde alguna manera a todos loscombustibles fósiles que actualmenteestán destinados a desempeñar estasfunciones y con ello, proporcionar unaserie de ventajas almedio ambiente y anuestroplaneta
Tras los resultados obtenidos en laspruebas de verificación que utilizamosparacorroborar lavalidezde losésteresmetílicos obtenidos, podemos afirmarque nuestro biodiesel es apto parautilizarse.6. APLICACIONESDELBIODIESEL
Una de las principales aplicaciones delbiodiesel obtenido es para su uso comobiocombustible, contribuyendo al medioambiente, ayudando también en elaspecto económico y además sefomentan lasenergíasrenovablesconsuuso.Ø Aplicación a motores diéselestacionarios: para generación deenergíaeléctricaoparamoto-bombasen las propias zonas de cultivo. Laventaja es que estos motores nonecesitan combustibles tansofisticadoscomolosdeautomoción.
Ø Medio combustible para proveercalefacción a los hogares en calderasque funcionan con estebiocombustible.
Ø Alimentación de generadores deelectricidad.
Ø Aplicaciónatractoresagrícolasyotramaquinariaagrícola.Poseenlaventajade que no tampoco se necesita
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combustibles muy sofisticadosademás de reducir el coste deltransporte si se produce en lascercaníasdedondesecultiva.
Ø Aplicación a motores de barcosmarinosofluviales.
Ø Aplicación a vehículos diésel pesados(camiones y autobuses) y ligeros(pequeños camiones, microbuses oturismos).Estaaplicaciónesdondelaespecificación del combustible esnormalmente más estricta.Alaplicarlos aquí hay que tener encuentalacantidaddevehículosmediadelpaís.
El uso del biodiesel comobiocombustible, aunque tenga algúnpequeño inconveniente de potencial conrespecto a los convencionales, es muyeficienteyposeeunaseriedeventajasdevarios tipos, como son lasmedioambientales y además encomparaciónconelgasóleoconvencionaldestacalareduccióndevariasemisionesde monóxido de carbono, de partículas,de hidrocarburos, dióxido de carbono yde óxidos de azufre. Aparte, subiodegrabilidad del 98,3% en 21 días.Además el biodiesel no es tóxico lo cuales una gran ventaja a favor de laproteccióndelmedioambiente.El biodiesel supone una disminución deentreun25%aun80%delasemisionesdeCO2producidaspor los combustiblesderivadosdelpetróleo,constituyendoasíun elemento importante para disminuirlos gases invernadero producidos por eltransporte;además,notienecompuestosdeazufreporloquenoloseliminacomogasesdecombustión.Otro punto a favor del biodiesel es quegracias a sus características pococontaminantes su uso contribuye aldesarrollo sostenible, ya que es unavancequeseusaenlasvidasdiariasdela gente y siendo eficiente energética ymedioambientalmentehablando.Poco a poco, en los países másdesarrollados se está incrementado y
extendido en gran medida el uso delbiodiesel. Por ejemplo, en grandespotenciaseuropeascomosonAlemaniayAustria se han incluido enaproximadamenteunas2000gasolinerasunsurtidordebiodiesel.Referencias________________________________________________- EN14214,Combustiblesdeautomoción.Ésteresmetílicosdeácidosgrasos(FAME)paramotoresdiesel.Requisitosymétodosdeensayo(2009).- ShahidEM,JamalJ.Productionofbiodiésel:atechnicalreview.Renew.Sustain.EnergyRev.15(9):4732-4745(2011).- Web;https://eciencia.urjc.es/bitstream/handle/10115/686/PFC%20ALISEDA%20MONTERO.pdf;jsessionid=53851AD11C10A52F4B77C7BCCED5BCA3?sequence=1- Web;http://eprints.ucm.es/25941/1/T35415.pdf- Web;http://biodiéseltutorial.utahbiodiéselsupply.com/methanoltest/- Web;http://www.collectivebiodiésel.org/presentations/2007presentations/pdf/Blair_QualityTesting2007.pdfWeb;http://projects.icbse.com/chemistry-457.
A.Merino,J.MartínyF.Poncela(4ºESO) Pastadedientesparaelefantes(…)
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Pastadedientesparaelefantes
AlejandroMerino,JavierMartínyFernandoPoncela(4ºESO)
ProfesoraHelenaRoncero.
ColegioCompañíadeMaríaLaEnseñanza,Valladolid
Elobjetivodenuestrotrabajoeslainvestigaciónsobreelaguaoxigenada,suspropiedades,elementosconlosquereacciona,velocidaddedescomposiciónysusaplicacionesanivelpráctico.Lahipótesisqueplanteamoses“Elaguaoxigenadase
descomponeensuselementosmuylentamenteyestavelocidadnosepuedeacelerar”.Elperóxidodehidrógenosedescomponeensuselementosmuy
lentamenteyqueremoscomprobarcondoscatalizadoresdistintos,eldióxidodemanganeso(MnO2)yelyoduropotásico(KI),simodificanlavelocidadde
descomposicióndeeste.Hemosnecesitadorealizardosvecesambosexperimentosyenelsegundointentosíquehemosconseguidoobservarlainfluenciadel
catalizadorcorrectamente.Enconclusión,noshemosdadocuentadequenuestrahipótesiserafalsayaquesísehapodidoacelerarsuvelocidaddedescomposiciónylosexperimentosnoshanayudadoacomprenderlaeficaciadelcatalizadorenla
velocidaddereaccióndeestecompuestoquímico.
1.Fasedeplanteamiento.Con este proyecto pretendemosinvestigarsobrelavelocidaddereaccióndeladescomposicióndelaguaoxigenada,también conocido científicamente comoperóxidodehidrogeno(H2O2).
_____________________________Revista Investigación Química VGC, 3, 146 -154.Mayo2016.ISSN:2386-5067
Para realizar esta investigaciónutilizaremos un catalizador, como es elyoduro de sodio. Éste nos permiteaumentar la velocidad de reacción, yjunto al detergente líquido, poder hacervisibleestareacción.
Pararealizarestainvestigaciónpartimosde la siguiente ecuación química, querepresenta como dos moléculas deperóxido de hidrógeno se descomponenendosmoléculasdeaguayunamoléculadeoxígeno.
2H2O2à2H20+O2
A.Merino,J.MartínyF.Poncela(4ºESO) Pastadedientesparaelefantes(…)
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Previamente hemos realizado estareacción y no obtuvimos ningúnresultado vistoso por lo que esperamosqueconlaadicióndenuestrocatalizadory con la ayuda de nuestro detergentelíquido podamos observar la reacciónmejor.
Nuestra hipótesis se basa en que alintroducir un catalizador como es elyoduro de sodio en nuestra reacción seacelerará,yalañadirunpocodetergentelíquido (en nuestro caso el de marcaFairy) será más vistosa, generándoseespumaypodremosobservarcomoestarebosaenelmatraz.
También pensamos que la reacción conayuda del catalizador se realizará deforma inmediata, es decir, un chorro deespuma saldrá del matraz al mezclar elperóxidodehidrógeno conel yodurodesodioyconeljabón.
2. Formulación de diseño de lainvestigación.
Fundamentos teóricos aplicados en estainvestigación:
• Descomposición: reacción químicaenlaqueunasustanciaseseparaen
dos o más sustancias menoscomplejas.
• Velocidaddereacción:eslacantidadde sustancia formada otransformada en una unidad detiempo.
• Catalizador:sustanciadiferentealosreactivos y los productos que tienela propiedad de modificar lavelocidaddereacciónquímicayquese recupera íntegramente tras lareacción.
• Peróxido de hidrógeno: moléculadipolar formada por dos átomos deoxígenoydosátomosdeoxígeno.
• Yoduro sódico: molécula formadaporunenlace iónicoentreelyodoyelsodio.
Posiblesvariables:
• La concentración del peróxido dehidrógeno puede influir en lavelocidad de reacción, a mayorconcentración, mayor velocidad dereacción.
• Laconcentracióndeyodurodesodioen H2O influye también, cuantomayor sea la concentración, mayorserálavelocidaddereacción.
A.Merino,J.MartínyF.Poncela(4ºESO) Pastadedientesparaelefantes(…)
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3. Fasedeexperimentación.La investigación que ha sido realizada,consta de dos casos prácticos. En elprimero caso se emplea peróxido dehidrógenoconun30%deconcentracióny en el segundo con un 3% deconcentración.
Materialesparaelcasopráctico1:
• Unrecipiente(nosotrosutilizaremosunmatrazErlenmeyer).
• Una pipeta (para medir el volumendeperóxidodehidrógenoutilizado).
• Peróxido de hidrógeno (tambiénllamado agua oxigenada) con un30%deconcentración.
• YodurodeSodio(elcatalizador).• Agua(H2O).• Detergentelíquido.
Casopráctico1:
En primer lugar, cogemos un matrazErlenmeyer y con ayuda de un pipetavertemos 150 ml de peróxido dehidrogenoconun30%deconcentraciónylopesamosconlabásculacientífica.
%H2O2
ConcentracióndeNaIconH2O
mlH2O2Tiempoaprox.en
sobrepasarelmatraz
30 Pocosaturada 150 7min
3 Sobresaturada 100 12min
30 Sobresaturada 250 segundos
A.Merino,J.MartínyF.Poncela(4ºESO) Pastadedientesparaelefantes(…)
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Por otro lado, cogemos el yoduro desodio, nuestro catalizador, y lo pesamosen la báscula científica con ayuda de unvidrio de reloj. Mientras, introducimos100 mml de agua normal en unrecipiente, en el cual verteremos elyoduro de sodio. Tras echar en elErlenmeyer 100 ml de agua, vamosechandopocoapocoelyodurodesodioylo vamos removiendo con una varillaagitadoradeformaquequedadisueltoelyodurodesodioenelaguahastaformar
unamezcladeyodurodesodioyaaguaconcentrada, en este intento de realizarel experimento, la mezcla parecía estarsaturada, pero no lo estaba, lo cual lacausas por que la descomposición delperóxido de hidrógeno se realizó deforma más lenta de lo esperada. Trasrealizar la mezcla de yoduro de sodio yagua en el matraz Erlenmeyer, lamezclamos con el contenido del otroErlenmeyer.
Este otro Erlenmeyer contiene unamezcla de peróxido de hidrogeno condetergente líquido. Una vez mezcladotodo,lareacciónempiezaaefectuarse,en
el fondo delmatraz empieza a formarseespumaque,pocoapocovasubiendoporelErlenmeyer.
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Tras unos 7 minutos aproximadamente,
la espuma que estaba en el fondo del
matraz llega hasta la parte superior del
matraz y empieza a caerse por los
lateralesdelmismo.Despuésderealizar
el experimento, recogemos todos los
instrumentos que hemos utilizado para
realizar esta práctica, los lavamos con
agua y jabón, y tras secarse, les
guardamos en el armario
correspondiente del laboratorio
.
Materialesparaelcasopráctico2:
- Peróxido de hidrógeno del 3% de
concentración.
-Yodurodesodio.
-Agua.
-Detergentelíquido.
-Matrazdefondoplano.
-Varillaagitadora.
-Unacuchara.
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Casopráctico2:
En primer lugar cogemos unmatraz defondoplano, lo pesamos y con ayudadeun pipeta vertemos 100ml de peróxidode hidrogeno con un 3% deconcentracióny pesamosen labásculacientífica el matraz con el peróxido dehidrógeno. Por otro lado, cogemos otromatrazdefondoplano,lepesamos,yconayuda de una pipeta introducimos 100ml de agua. Tras preparar este matraz,tomamos un vidrio de reloj, le pesamos,ponemos el yoduro de sodio y lovolvemosapesarenlabásculacientífica.
Introducimos poco a poco el yoduro desodio en el matraz con agua yremovemosconlavarillaagitadorahastaobtenerunamezclasaturada.
En este segundo caso prácticoconseguimos hacer una mezclaperfectamentesaturada,lacualvertemosenelmatrazquecontieneelperóxidodehidrógeno mezclado con unascucharadasdedetergentelíquido.
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La reacción empieza a efectuarse yvemos como se forma espuma en elfondo del matraz y va subiendo poco apoco.Tras12minutosaproximadamente,laespumasobrepasaelmatrazyempiezaa caerse por los laterales. Una veztomados los datos necesarios sobre estecaso práctico, recogemos los materialesutilizados, los lavamos y los colocamosensulugarcorrespondiente.
4. Fase de tratamiento y análisis dedatos.
Como hemos podido observar, alintroducirnuestrocatalizador(elyodurodesodio),lareaccióndedescomposiciónsehaaceleradonotablementeygraciasal
detergente líquido (fairy) se ha hechovisible en forma de espuma subiendopoco a poco por nuestro matraces(matraz Erlenmeyer en el primer caso y
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unmatrazdefondoplanoenelsegundo).Esta espuma ha sido generada por lamezcladeldetergentelíquidoquehemosintroducidopreviamenteconelaguayeloxígeno.
Nuestra hipótesis es cierta ya que alintroducir el yoduro de sodio y eldetergente líquidoennuestrosmatraces(matraz Erlenmeyer en el primer caso yunmatrazdefondoplanoenelsegundo)y mezclarlos con el peróxido dehidrógeno, se ha generado una espumaquepocoapoco,mientraselperóxidodehidrógeno se descomponía, ha idosubiendopor losmatraceshasta llegarasalirseporlapartesuperiordeestos.
Hemos podido comprobar nuestrahipótesis con dos reacciones distintas,una con peróxido de hidrógeno con un30% de concentración y otra conperóxido de hidrógeno con un 3% deconcentración. En ambos casos elresultado fue similar, la espumagenerada salió por encima de losmatraces.
En el primer caso, el peróxido dehidrógeno tiene una concentración del30%, la cual es perfecta para realizarnuestra reacción; pero nuestro soluto ycatalizador, el yoduro de sodio, no sehabía disuelto bien en el agua corriente(H2O) y produjo que la reacción fuesemás lenta de lo esperada, pero losuficientementerápidacomoparapoderrealizaresteproyecto.
En el segundo caso, el peróxido dehidrogeno (H2O2) utilizado tenía unaconcentración del 3% y, pese a quenuestro catalizador y soluto (yoduro desodio) estaba muy concentrado en elH2O, la reacción de reducción no llegó aser muy vistosa debida a la bajaconcentración del peróxido dehidrogeno.
Como conclusión final hemoscomprobado cómo tanto laconcentración de nuestro reactivoprincipal(elperóxidodehidrogeno)ylaconcentración de nuestro catalizador (elyodurodesodio)alteran lavelocidaddereaccióndenuestrasreacciones.
Porcentaje de H2O2
Concentración de NaI con H2O
Cantidad de H2O2
Tiempo en sobrepasar el
matraz
30% Poco saturada 150 ml 7 min aprox
3% Sobresaturada 100 ml 12 min aprox
A.Merino,J.MartínyF.Poncela(4ºESO) Pastadedientesparaelefantes(…)
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Referencias________________________________________________
http://es.slideshare.net/chuchoperro/pasta-de-dientes-para-elefantes
http://es.slideshare.net/KaDaAliMeMaCa/pasta-de-dientes-para-elefantes-28624278
http://educaciondivertida.com/pasta-de-dientes-para-elefantes/
M.Robledo,M.SalineroyP.Yuste(4ºESO) Teléfonosmóviles:Unaminadeoro
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Teléfonosmóviles:Unaminadeoro*
MiriamRobledo,MaríaSalineroyPaulaYuste(4ºESO)
ProfesoraMaríadelMarGonzález
IESVíadelaPlata,Guijuelo(Salamanca)
Nuestrotrabajodeinvestigaciónhaconsistidoendiseñarunaprácticadelaboratorioconelfindeextraerorodelaspiezasdelosviejosteléfonosmóviles
quetodostenemosporcasa.Laoriginalidaddelproyectohallamadolaatencióndelosalumnosde4ºESOyhanestudiadoyanalizadolasreaccionesquímicasylosproductosnecesariosparallevaracabosubúsquedadeloroyencontraralgo
valiosodentrodepiezasqueyasehabíandesechadoparaelreciclaje.Comovalorañadido,laprácticarealizadaestávinculadaalareutilizacióndemateriales
reciclables,teniendounimpactofavorableenelmedioambiente.SegúnelinformedeNacionesUnidassobreresiduoselectrónicos,paraconseguirungramodeorodeberíamosextraerelmetalde41dispositivos.Sitenemosencuentaqueelpreciodelororondalos31.623eurosporkilo,elgramoqueconseguiríamostendríaunvalorde32euros.Encadamóvil,porlotanto,haymenosdeochentacéntimosdeoro.Estosuponequedeentretodoslosmetalesqueconducenbienlaelectricidad,
resultadelosmásbaratos.
Para fomentar el trabajo práctico en losalumnos se diseñó una práctica delaboratorioconelfindeextraerorodelaspiezasde los viejos teléfonosmóvilesquelos alumnos tienen en casa. Estaexperienciadidáctica seha llevadoa caboporalumnosdecuartocursodeESO. _____________________________Revista Investigación Química VGC, 3, 155-174.Proyectofinalista.Mayo2016.ISSN:2386-5067
Laoriginalidaddelproyectohallamadosuatención y han estudiado y analizado lasreacciones químicas y los productosnecesariosparallevaracabosubúsquedadeloroyencontraralgovaliosodentrodepiezasqueyasehabíandesechadoparaelreciclaje. Como valor añadido, la prácticarealizada está vinculada a la reutilizaciónde materiales reciclables, teniendo unimpactofavorableenelmedioambiente.Eloro seutilizaen los circuitos impresos,que son las placas donde van unidos losmicrochips. Antes de soldar el microchip,lasplacassebañanenoro,yesosirveparaque se suelden mejor y se reduzca la
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resistencia de las placas al paso de lacorrienteeléctrica.El oro también se encuentra dentro denuestro teléfono en forma de hilos finosque sirven para unir el silicio que haydentro de un chip con unos puntos deconexión situados, de igual forma, en elinterior del componente electrónico.Algunosfabricantesdemóvilesquedeseanalargar la vida de los botones y teclas,establecen las conexiones a partir de estematerial.Para empezar a trabajar primeroenunciaremoslosObjetivosaalcanzar;nosreferiremos al marco teórico paraentender y conocer mejor el oro comoelementoquímicoy comosubúsqueda seha llevadoa cabodesde tiempos remotos,y dentro del marco metodológicotrataremos una serie de estrategias paraponer en práctica el proyecto y los pasosen la realización del experimento;mostraremosimágenesdelosresultadosyanalizaremos las causas de posibleserrores en el caso de que el experimentonosalgacomoesperamos.Una vez concluido el proyecto citaremosfuentes bibliográficas que nos hanorientadoalahoradeplantearlo.1.1 OBJETIVOS DIDÁCTICOS EHIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN:“Extraerorodelosteléfonosmóviles”
Los objetivos didácticos que sepretendenalcanzarsonlossiguientes:• Divulgar y sorprender conexperimentos visualmente atractivos,demostrandoquelaQuímicaesdivertida,espectacularyentretenida.• Fomentar en el alumnado el estudiocríticodelaactividadcientífica,asícomolacreatividadeimaginación.• Estimular a los alumnos a queinvestiguen por sí mismos, busquenbibliografíayamplíenlosconocimientos.
• Interpretación de resultados yvaloracióndelosmismos.• Afianzar habilidades en el desarrollodeactividadesdeexperimentación.• Educar en la prevención de riesgosporelusodelosproductosquímicos.• Emplear de forma económica yeficientelosreactivos.• Juicio crítico sobre los datosobtenidos. Comunicación de resultadosobtenidos y puesta en común de losmismos con el resto de alumnos de laclase.Lainvestigaciónvaaconsistiren:• Obtenerorodelaspiezasdelosviejosmóviles mediante reaccionesexperimentadasenellaboratorio.• Interpretarelcómoyporquédeestasreacciones.1.2MARCOTEÓRICOAtravésdelahistoria,elpapeldelorohasido importante para el desarrollo denuevas tecnologías, derivadas de lasnecesidades globales de la sociedad. Elimpactodelademandadeesteproductose observa en los métodos empleadospara conseguirlo. La química detrás deeste producto responde a variasincógnitas: ¿De dónde viene? ¿Cómopodemosconseguirlo?¿Quéeseloro?
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Esunmetalmuydenso,blandoydecoloramarillo intenso. La fuente del símboloquímico,Au,essunombreenlatínaurum(amanecer radiante). El oro es unelementoquímicoasíquesolopuedeserencontrado, no fabricado. Es inerte, loque significa que es prácticamenteinmune al deterioro, no es muy útil enningúnproceso industrialoquímicoquelo utilice y que es barato de almacenardurantelargosperiodosdetiempo.
CualidadesquímicasdeloroEs notable por su rareza, densidad y suexcelente conductividad eléctrica quehace que sea un gran componente de laelectrónica y su superficie reflectanteayuda a crear mejores escudos contraradiaciónenventanasdeoficina.Es uno de los metales menos reactivosquímicamente. No pierde lustre, ni sequema al aire. Es inerte en solucionesfuertemente alcalinas y en todos losácidospuros,menoselácidoselénico.El oro puede tener valencia 1+ o 3+ ensus compuestos. Todos los compuestosde cualquier estado de oxidación sereducenconfacilidadaorometálico.El oro tiene una gran cantidad de usosindustriales gracias de sus cualidadesfísicas. Se utiliza en la industriaodontológica y en la fabricación dealgunos productos electrónicos quenecesitan contactos de alta calidad nocorrosivos. Sin embargo, sus usosrealmente prácticos son numéricamenteinsignificantes.Detodoelorominadodela tierra, la mayor parte se utiliza deestasmaneras:
• Comoadornopersonal, donde su colorysurelaciónconlariquezacontribuyenasu uso en la fabricación de joyas. (Entornoal60%delabastecimientoglobal).Tieneunaalta resistenciaa laalteraciónquímicaporpartedelcalor,lahumedadyla mayoría de los agentes corrosivos, yasí está bien adaptado a su uso en laacuñacióndemonedas.• Como refugio público de riqueza, alrespaldar los sistemas monetarios. (Entornoal20%delabastecimientoglobal).La pureza o ley del oro se expresa enquilates: el oro puro es de 24 quilates.Las monedas de oro inglesas son de 22quilates (91,66% de oro) y lasnorteamericanas de 21,6 quilates (90%deoro).• Sus aplicaciones industriales,especialmente en electrónica, consumen10-15%. La ingeniería y tecnologíaespacialtambiénempleanelorodebidoasugranresistencia.• El remanente está dividido entre losempleos médicos y dentales y comorefugioderiquezaprivada.
AbundanciadeloroHasidosiempreunbienpreciado.Eloroha atraído a todos, desde los antiguosegipcios que forjaron ataúdes hasta losbuscadoresdelsigloXIXquerecorríanlacostadeCalifornia.El oro es extremadamente raro. El aguademarcontieneconcentracionesbajasyen la actualidad no existen procesoseconómicosadecuadosparalaextraccióndel oro marino. Según la experienciageológica, casi siempre se encuentra en
Puntodeebullición(ºC)
2970
Puntodefusión(ºC)
1063
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bajas concentraciones en las rocas. Lasvetas de oro bajo tierra se producen enasociación con varios depósitosmetálicos que a menudo incluyensulfurosypiritas.El proceso de la concentración de oroocurre tanto sobre la superficie de latierra,comobajoella.Sobreocercadelasuperficiesiemprehayoroaluvialquesehaconcentradobajo losefectosdelpasodel agua, por ejemplo, en ríos. Dada laextrema densidad del oro, caerá prontoen suspensión a medida que el aguacorre más lenta. Se concentrará en undepósito aluvial, permitiendo laextracción de partículas de oro a travésdelascribasdeoroydelosequivalentesprocesos industriales actuales. La fiebredel oro de 1849 en California tuvo suorigen en los depósitos de oro del ríoSacramento,dondeelorosecribódeestamanera.CualidadintangibledeloroUnadelaspropiedadesmásimportantesdel oro es la psicológica. Es comúnasociar el color distintivo del oro conriqueza e incluso con belleza,posiblementeporqueseasociaaldinero.El oro se ha utilizado como dinero enmuchas ocasiones a lo largo de lahistoria.1.3.ANTECEDENTESHISTÓRICOSEl hombre ha utilizado el oro como unmetalaltamentevaliosodesde tempranaedad, más precisamente, desde elcalcolítico, habiendo manufacturas enoro que datan del siglo IV a.C. Sedesconoce cómo y quiénesprotagonizaron su descubrimiento, peroen esas épocas el término oro eraempleado en varias lenguas germánicasparareferirsealmetal.Existen jeroglíficos egipcios de 2600 aCque lodescribeny también semencionavarias veces en el Antiguo Testamento.Se ha considerado como uno de losmetales más preciosos y su valor se ha
empleado como estándar para muchasmonedasalolargodelahistoria.Laobtencióndeorodatade las culturasetrusca, minoica, asiria y egipcia;procedía de arenas y gravas aluviales, yse extraía por el simple proceso delavado con batea. El oro se obteníatambién de esta forma en India, Asiacentral, el surde losmontesUralesyenel este del Mediterráneo. Con losprimeros progresos en las técnicas deextracción, se explotaron las vetas deauríferosprimarios,alcanzandoestetipodeextracciónciertaimportancia.EnelsigloXVI,elvalordelasreservasdeoro en Europa apenas alcanzaba la cifrade 225 millones de dólares. Tras eldescubrimientodeAméricalosespañolessacaron de ese continente más de 200toneladasdeestemetal.AméricadelSuryMéxico se convirtieron en ese periodoengrandesproductores.ApartirdelsigloXVIII, se descubrieron nuevosyacimientos: California, Australia yRepública de Sudáfrica. En la actualidaduno de los yacimientos de oro másgrandes del planeta se encuentra enSudáfrica, siendo también abundante enEEUU,Rusia,Perú,MéxicoyBrasil,entreotroslugares.ElmayorproductordeorodelmundoesChina.MINA DE ORO EN NUESTRACOMUNIDADBuenoseranlosromanoscuandoalgoselesmetíaenlacabeza,ymássiteníaquever con el oro. El preciado metal, tanansiado por todas las civilizaciones delplaneta, hacía que los romanos hastamovieranmontañas,literalmente.En la provincia de León, al lado delpequeño pueblo de Las Médulas, yabateaban oro las tribus prerromanas,como los astures, anteriores a losromanos, pero fueron estos los quevieron la inmensa riqueza que seescondía en las montañas, y decidieronextraerla de lamejormanera que se les
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ocurrió. Disolviendo las montañas conagua.Este método de extracción, al quellamaban “ruina montium“, consistía enminar la montaña con galerías ypozos, que después llenaban con agua,para que así la presión del airecomprimidoydelaguaactuaracomounexplosivo, derrumbando la montaña.Sobre el aluvión derruido continuabanarrojando agua, para arrastrarel lodoaurífero a los canales de lavado, dondeutilizando hojas de brezo filtraban laspequeñas pepitas de oro. El descomunaltrabajo sedebíaprincipalmenteaqueelrecubrimiento de los montes de Las
Médulaseraescasoenoro,porloqueseconsideraba tierra estéril y tenían quequitarla rápidamente, para llegar a laszonasmásprofundas,dondehabíamayorconcentracióndeoro.
Como resultado de las explotacionesmineras,surgieronloslagosdeSomidooel de Carucedo, que es donde sedepositaba el agua resultante de tantainundación. Además, para conseguir elagua, los romanosconstruyeronuna redconcanalesdehasta100kilómetrosparatraerelaguadesdelasierradelTelenoylos montes Aquilanos. En total, 300kilómetros para conducir el agua hastaLas Médulas.
Enlos250añosquedurólaexplotación,extrajeron más de 1.500 toneladas deoro. Como removieronaproximadamente 500 millones dem³detierra,estodaa3gramosdeoropor toneladade tierra.Hoyendíaunaminaacieloabiertodeoroesrentablesiextrae 1 gramo de oro por tonelada detierra removida, así que no lo hacíannada mal los romanos. En total, LasMédulasaportóel20%deloroexistente
enelImperioRomano.Todoestetrabajonecesitó unos 20.000 hombres entreguardianes, suministradores, obreros…Laspeculiaridadesdelterreno,elpaisajeespectacular y lamagnitud de esta obraromananoshacecomprenderporquésela considera Patrimonio de laHumanidad.Añadimosfotosdenuestravisitaaestaminaduranteestecurso.
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1.4 INVESTIGACIONESPREVIASSOBREELTEMA¿Eselmóvilunaminadeoro?Que nuestro 'smartphone' contengametales preciosos no quiere decir quevalga millones. Según el informe deNaciones Unidas sobre residuoselectrónicos,paraconseguirungramodeoro deberíamos extraer el metal de 41dispositivos.Sitenemosencuentaqueelpreciodelororondalos31.623eurospor
kilo, el gramo que conseguiríamostendríaunvalorde32euros.Encadamóvil,porlotanto,haymenosdeochenta céntimos de oro. Esto suponeque de entre todos los metales queconducenbien la electricidad, resultadelosmásbaratos.Dentro de un teléfono móvil podemosencontrar además otros metales comocobalto, plata o litio que se puedenrecuperar.Asílodemostróelpasadomesde febrero el Instituto Catalán ARTIC
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durante el Mobile World Congress,aplicando la hidrometalurgia paraseparar estos materiales y recuperarlosen su forma original, con sus mismosvalores y pureza. Es una técnica que sehaconvertidoenelprincipalobjetivoalahoradereciclarlosmóviles.Cabe mencionar que este tipo de oroobtenidotieneimpurezas.2.Formulacióndediseñodelainvestigación.2.1IDENTIFICACIÓNDEVARIABLESEl presente trabajo se inició con laindagaciónbibliográficayrecoleccióndeinformación referente al tema que fueposteriormente analizada ysistematizada. Posteriormentepreparamos elmaterial y las sustanciasnecesarias:Materiales: -Teléfonosmóvilesviejos-Destornilladoresyalicates.-Vasosdeprecipitadoyvarillasdecristal.
-Filtroycoladoresdeporcelana.-Guantes,gafasdeprotecciónymascarillas.Sustancias: -1litrodeHNO3yH2Odestilada.
2.2METODOLOGÍAAl ser un proyecto de laboratorio serequiere la adquisición de algunashabilidadesprácticasdelalumno: -Unapredisposicióninteresadaypositiva-Que reflexione y aproveche lasoportunidades que la Química comociencia teórico experimental nos ofrece.Observar, comparar, analizar y realizarinduccionesydeducciones.-Estimular la creatividad y el desarrollode laactividadcognitivade losalumnos,ya que en el empleo correcto delexperimento en el aprendizaje, seincorporan todos los órganos de lossentidos: la vista, el oído, el olfato, eltacto.-La experiencia de trabajo grupal esúnica ya que se olvidan de cualquierdiferenciaentreellos.
3.Fasedeexperimentación:Ejecucióndeldiseño,recogidadeinformaciónyobtención
dedatosexperimentales
Recogemos los teléfonos móviles viejos que tenemos por casa. Se desmontan y loscontactosseseparandelasplacasconloscomponentes.
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Utilizamosun equipodeprotección.Unamascarilla,gafasdeprotecciónyguantesindustriales. Los ácidos nos puedenirritaroinclusoquemarlapiel.Losgasesqueemitenalquemarsepuedentambiénlastimar los ojos y causarnos nauseas alserinhalados.Utilizamos ácido nítrico 60%. El ácidonítrico:HNO3,eselácidomásestabledelnitrógeno. En forma pura es un líquidoincoloro, de acción fuertementecorrosiva. Solidifica a -41.6ºC (sólidoblanco) y comienza a hervir a 86ºC condescomposición, formándose al herviragua, oxígeno y óxidos de nitrógeno(NO2).El ácidonítricoesmiscible conelagua en todas las proporciones. ElHN03es un oxidante fuerte. Debidoprecisamenteaestasdospropiedadesescapazdedisolveracasitodoslosmetalesnobles: oxidándolos primero ytransformando luego estos óxidos ennitratos desprendiendo dióxido denitrógeno. No disuelve el oro. Puedeadquirirse en tiendas de productosquímicosoindustriales.
Colocamos la placa de circuitos en unrecipiente de vidrio.Este recipientedeberá ser preferiblemente de la marcaPyrex o del tipo que resista calorextremo. No usamos recipientes deplásticoyaqueesposiblequeelácidolosquemeylosatraviese.Rompemoslaplacadecircuitosenpiezasmás pequeñas antes de colocarlas en elrecipientedevidrio.
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Vertemoselácidonítricoenelrecipientede vidrio con las placas decircuitos.Mientras colocamos el ácido,los gases comienzan a salir delrecipiente, así que nos aseguramos detener puesto el equipo de protección.Utilizamos los ácidos y químicos bajo lacampana extractora y en un área bienventilada para evitar la inhalación degases.
Agitamos lamezcla con la ayudade unavarilladevidriohastaqueloscontenidosse vuelvan fluidos uniformes. Ya que eloro necesita químicos más fuertes paradisolverse, el ácido nítrico derretirátodas las partes plásticas ymetálicas dela placa sin dañar los pedazos de oro.Observamos el desprendimiento deNOx.
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Una vez que ha terminado la reacción diluimos el ácido nítrico. Vertemos una cantidadgrandedeaguadestilada(almenosdosvecesmásdeaguaqueelvolumencombinadodeácido)paradiluirloyasípoderfiltrarloyrecuperarlaspequeñaspartículasdeoroquenosquedanenladisolución.
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Colamoselácidonítricodelamezcla.Usamosunosembudosdeporcelanaconfiltroparaextraer las partículas de oro y ponemos la solución de ácido restante a un lado para laneutralizaciónposterior.
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Sacamos las piezas que no estén derretidas.Estas piezas son las que contienen oro. Esposiblequeaúnhayarestosdeplásticopegadosaloro,porloquetenemosquesepararlosasegurándonosdeusarguantesindustrialesresistentes.
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PonemoslaspartículasdeoroenotrovasodeprecipitadosPyrex.Cubrimoslaspartículasconaguadelgrifoyrevolvemosafondo.Colamoselaguaatravésdeotrofiltro,ponemoslas partículas de oro en otro vaso y hacemos a un lado el agua para su posterioreliminación.Repetimosesteprocesovariasveces.
Enjuagamos todos los recipientes y equipos que han estado en contacto con el ácidonítricoa fondoyconprecaución.Desechamos losquímicosadecuadamente.Llevamoselácidousadoaplantasdereciclaje.Llevamosalpuntolimpiotambiénlosrestosdelosteléfonosmóvilesutilizados:
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Eloroquequedaenelfiltrotieneimpurezasydebepasarseporunprocesoderefinadoparaobtenerorode22-24kesteoroeselquetieneuncostemuyaltoenelmercado(35-37€elgramo)
4.Fasedetratamientoyanálisisdedatosyelaboracióndeconclusiones.Conclusiones
Respecto a nuestra práctica tuvimos losresultados esperados. En general seobtuvo oro en las pequeñas cantidades
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esperadas, es decir, se consiguieron losobjetivospropuestos.En el presente trabajo se ha hecho unestudio exhaustivo sobre el oro comoprincipal elemento, que era el objetivoprimordialdelmismo.Enestesentidosepuede afirmar que los objetivos se hancumplido correctamente, que laexperiencia ha sido positiva, que losalumnos han podido disfrutar de unaquímica activa alejando la idea depeligrosidad de los reactivos químicos,fomentándose en ellos el espíritu críticoque debe acompañar a toda actividadcientífica.Tambiénhaservidoparaponeral alumno en contacto con lasmanipulaciones químicas, observando "insitu"larealidadqueseaprendeenloslibrosyparaconcienciarlode lautilidadprácticadelaasignatura.Lassesionesprogramadassehanllevadoa cabo correctamente, los alumnos hantrabajado mucho y muy bien y se han
adquiridodestrezasmanipulativasconelmaterialdelaboratorio.Cumplimientodelametodologíaydelasfases previstas. La dificultad encontradaha sido a veces debido a la falta dematerial adecuado en el Laboratorio delCentro que se ha compensado con lasganas de trabajo de los alumnos y subuena voluntad para paliar cualquierfaltaderecursos.Ha sido una experiencia útil para elestudio del oro, se han estudiado susreacciones químicas y se han aplicado anuestraparticularbúsqueda.Se han cumplido los objetivosconceptualesquesepretendían.Debidoal interésy lamotivaciónquehasupuesto esta práctica los alumnos yaestán pensando en seguir ampliándolallevando a cabo su “búsqueda del oro”tambiénenlasplacasdelosordenadoresviejos que hay en el centro
.
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Referencias________________________________________________http://www.eldiario.es/hojaderouter/tecnologia/moviles/moviles-oro-plata-materiales-valor_0_316019567.htmlhttps://actualidad.rt.com/ciencias/view/125497-metodo-recuperar-oro-telefonos-movileshttp://www.baquia.com/emprendedores/los-telefonos-moviles-antiguos-autenticas-minas-de-orohttp://soloelectronicos.com/2014/06/24/recuperar-oro-de-viejos-componentes-y-circuitos-electronicos/http://blogs.elpais.com/eco-lab/2012/03/que-se-hace-con-los-metales-mas-valiosos-de-un-movil.html
http://aprendaareciclaroro.blogspot.com.es/http://www.ehowenespanol.com/refinar-oro-basura-electronica-como_11670/http://productochino.com/utilizan-hongos-para-extraer-oro-de-celulares-desechados/http://www.batanga.com/curiosidades/5151/caracteristicas-del-orohttp://www.ecured.cu/Orohttp://www.barcelonamedia.org/es/noticia/artic-presenta-en-el-mwc-una-tecnica-que-permite-recuperar-el-cobalto-el-oro-la-plata-y-el-litio-que-utilizan-los-moviles