Uno de los componentes de muchas bebidas refrescantes y del propio café es la cafeína. Si en la practica anterior eliminamos algunos de los componentes de dichas bebidas, ahora vamos a utilizar la técnica de extracción con disolvente orgánico: cloroformo.

La extracción es muy sencilla realizándose en un embudo de decantación. Después de varias extracciones el vaso con cloroformo se deja evaporar dentro de una campana extractora. El residuo blanco es la cafeína la cual se debe purificar.

Comienza una serie de prácticas de laboratorio de 3º de ESO.

En la primera de ellas, vamos a decolorar un refresco de cola mediante una filtración con carbón activo.

Las cuestiones a reflexionar, investigar y contestar serán:

• montaje de la práctica
• efectividad del carbón activo
• función de algunos colorantes eliminados de los refrescos de cola

ACEITES ESENCIALES

Los aceites esenciales son mezclas de sustancias obtenidas de plantas, que presentan como características principales su compleja composición química y su carácter fuertemente aromático (refiriéndonos al término aroma y no al concepto químico de aromaticidad). De los millones de plantas existentes en nuestro planeta, se conocen alrededor de 4000 aceites esenciales distintos, aunque evidentemente, no todas las plantas contienen estas sustancias y las hay que presentan una concentración tan baja que hace imposible su obtención práctica.

Las plantas aromáticas son las que concentran una mayor cantidad de esencias y por tanto constituyen la materia prima para su obtención, bien sea empleando toda la planta, sólo sus hojas, flores, frutos o raíces dependiendo de la planta concreta de que se trate. Así tenemos que para la albahaca, hierbabuena, menta, romero o salvia, se utilizan las hojas, mientras que son las raíces las que se emplean en el caso de la angélica, valeriana o vetiver; los frutos para pimienta y nuez moscada; las semillas para anís, comino, hinojo... Y las flores para la rosa, manzanilla o lavanda. En la Tabla se incluyen ejemplos de plantas y la parte empleada en la obtención del aceite esencial (una información más amplia se incluye en la sección de Tablas)

Tabla . Partes de plantas empleadas en la obtención del aceite esencial

Dado que los aceites esenciales se encuentran en muy pequeña concentración en la planta, generalmente son difíciles de obtener, por lo que es necesaria una gran cantidad de material vegetal (que hay que cosechar y recolectar) y si a esto añadimos su carácter volátil y susceptible de fácil alteración, comprenderemos el porqué de su elevado precio.

Pueden ser líquidos, la mayoría incoloros y de carácter volátil, los hay muy viscosos o semisólidos, denominados bálsamos (bálsamo de Perú, bálsamo de Tolú) u oleorresinas como la de pimentón, la paprika o el chicle.

Breve reseña histórica

Los aceites esenciales, resinas, extractos y especias son conocidos y utilizados desde la antigüedad en gran número de aplicaciones: perfumes, ambientadores, cosméticos, medicinas... Existen referencias en manuscritos egipcios, chinos y hay alrededor de 200 citas en la Biblia relacionadas con estas sustancias.

«Aceite esencial» fue un término utilizado por primera vez en el siglo XVI por Paracelso (famoso médico y farmacéutico) quien utilizó aceites esenciales como medicamentos y los consideró como la «quintaesencia», o elemento inmaterial presente en todo ser, propuesta por Aristóteles dos mil años antes y que junto a la tierra, el aire, el fuego y el agua constituyen los elementos fundamentales que conforman todo ser vivo o inanimado, según la teoría aristotélica.

Entre los siglos XVI y XVII se prepararon por primera vez en las farmacias de todo el mundo la mayor parte de los aceites esenciales de que se dispone en la actualidad. Con la llegada de la medicina moderna, la utilización de vacunas y antibióticos sustituyó a los antiguos remedios basados en aceites esenciales, aunque desde el siglo XIX su demanda creció hasta hacer necesaria la industrialización de la producción debido a su empleo masivo en perfumes y sabores para alimentación. Sobre el 1850 el fuerte impulso de la química orgánica sintética y el análisis de componentes de algunos aceites esenciales llevó a la producción de aceites aromáticos sintéticos que imitaban a los naturales de «wintergreen», vainilla o almendras amargas.

En la actualidad, los modernos métodos de análisis permiten una identificación exhaustiva de los componentes presentes en los aceites esenciales, particularmente los que lo están en cantidades traza, responsables del perfil aromático, sutileza y finura de los productos naturales, lo que abre nuevas posibilidades en la obtención de productos interesantes. Por otra parte, la utilización de aceites esenciales como sustancias medicinales es una aplicación que actualmente vive un nuevo impulso, al quedar englobada dentro del gran auge que experimentan los productos naturales desde hace algunas décadas en los países más desarrollados. Así, cada vez ven la luz un mayor número de estudios y trabajos de investigación relacionados con interesantes características y propiedades de los aceites esenciales.

Aceite esencial, esencia, aroma, perfume

Los aceites esenciales no son compuestos puros sino mezclas de multitud de sustancias (es fácil que un aceite esencial sea una mezcla de más de 100 sustancias químicas distintas) que se encuentran en distintas proporciones y que en conjunto proporcionan al aceite esencial sus características propias.

Conviene indicar que los productos que detectamos con nuestro sentido del olfato forman parte de la esencia de la planta de que se trate. El aceite esencial, en cambio, es el producto obtenido de la planta tras un tratamiento fisicoquímico.

Entre los componentes de los aceites esenciales, una familia de hidrocarburos, los terpenos son a menudo mayoritarios, llegando a alcanzar elevadas concentraciones del 75% al 90% del peso total en aceites esenciales como los de los cítricos (limón, naranja, lima, mandarina, bergamota y pomelo).

Paradójicamente, los terpenos o son inodoros o contribuyen muy poco al aroma global y simplemente constituyen la «base» diluyente del aceite esencial, proporcionando a éste su carácter volátil e inflamable y sus propiedades físicas más fácilmente mensurables (densidad, viscosidad...). Los responsables del aroma de los aceites esenciales suelen ser sustancias que se encuentran en menor proporción, aunque hay excepciones. Se trata de compuestos orgánicos con grupos funcionales del tipo: cetona, éster, alcohol, aldehído, éter... Cada una de estas sustancias, en su estado puro, presenta un aroma característico, que en ocasiones recuerda al de determinadas frutas o a olores peculiares, pero es el conjunto de todas ellas, cada una en su correcta proporción, el que determina el aroma y en definitiva las propiedades más valiosas de los aceites esenciales. Es fácil pensar que sustancias que se encuentran en tan pequeñas cantidades no puedan ser importantes para el aceite esencial en su conjunto, pero la realidad es bien distinta y son estas sustancias traza las que conforman el perfil individual y la «huella aromática» propia de cada aceite esencial.

Esta compleja composición de los aceites esenciales es la responsable de que sigan teniendo un alto precio, ya que es muy difícil su fabricación artificial. Piense que para poder copiar un aceite esencial, haciéndolo bien para que sea idéntico al natural, en primer lugar hay que realizar un análisis químico exhaustivo para determinar todos los componentes y sus concentraciones, labor que requiere una ingente cantidad de trabajo, personal cualificado y medios técnicos sofisticados. Posteriormente y conseguido el primer paso (dependiendo del tiempo y medios empleados se conseguirá elucidar con mayor o menor éxito la composición real del aceite esencial) queda la no menos ardua tarea de localizar todos los componentes.

Muchos son sustancias que se venden comercialmente y que se obtienen también de aceites esenciales o se sintetizan mediante reacciones de química orgánica, pero una parte de ellos no será fácil de conseguir, bien porque no sean productos comerciales, bien porque su precio sea incluso superior al del propio aceite esencial que se pretende imitar de forma artificial. En definitiva, hacer un aceite esencial de forma artificial no es imposible, pero desde luego es totalmente inviable para producirlo de forma comercial entre otras cosas porque saldría, en principio, más caro que el natural. Por estos motivos, las esencias artificiales que se ofrecen en el comercio no son más que un pálido reflejo de los aceites esenciales, ya que en su composición no contienen cientos de sustancias sino decenas a lo sumo y en proporciones no tan ajustadas como en los aceites esenciales, además suelen incorporar sustancias como disolventes o impurezas muy difíciles de eliminar y que alteran las cualidades de la composición. Este tipo de productos, habituales para aromatizar detergentes, jabones, ambientadores y perfumes baratos, presentan un aroma muy intenso, basto y a menudo poco agradable, que en poco recuerda a un aceite esencial.

La naturaleza nos proporciona una gran variedad de productos grasos vegetales y animales con valor nutricional. Las aplicaciones de esos productos son muy variadas como por ejemplo en pasteles y galletas, aceites para freír, margarinas, alimentos enlatados, etcétera.

Esos aceites y grasas vegetales son mezclas complejas de triésteres de glicerol. Los grupos R₁, R₂, R₃, contienen 15, 17 u ocasionalmente algún número más alto de átomos de carbono.

Por desgracia, algunos de los aceites tal como son extraídos no son directamente aplicables para su uso en alimentos. Algunas de las razones son: su falta de sabor, su consistencia inapropiada y un alto contenido de grupos difíciles de digerir. Adicionalmente, debido a su alta concentración de dobles enlaces, los aceites al natural fácilmente se oxidan en el aire produciendo un sabor ácido, o como comúnmente se dice, el aceite se vuelve rancio. Este proceso reduce la vida útil de los aceites, lo cual limita enormemente su aplicación industrial.

Después de algunos años, la demanda de un producto sólido barato, substituto de la mantequilla ha sido notable y actualmente es una parte importante del consumo de aceites (la margarina).

Los ácidos que componen el aceite tienen distintas instauraciones. Con productos de alto grado de insaturación (dobles enlaces) como los que contiene el ácido linolénico se tiene una oxidación muy rápida (rápidamente se obscurece y se arrancia) por lo que es necesario disminuir su concentración. Con productos que contengan poco grado de insaturación como el esteárico, el punto de fusión es tan alto que se solidifica a temperatura ambiente y por lo tanto será más apropiado para producir margarinas. Sin embargo en la margarina el ácido esteárico no es de fácil digestión y es deseable tener adicionalmente ácido linoleico en alguna proporción ya que se piensa que juega un papel importante en la prevención del colesterol.

Por lo tanto, dependiendo del producto buscado, se debe hacer un ajuste entre los diferentes componentes ácidos de un aceite. En términos químicos se desea obtener una hidrogención parcial controlada de los dobles enlaces (para obtener ácido oleico) sin una excesiva isomerización cis-trans (de oleico a eláidico) y sin excesiva hidrogenación a esteárico). Estas características hacen necesaria la presencia de un catalizador.

La reacción se lleva a cabo utilizando un catalizador de níquel soportado o níquel Raney a temperaturas situadas entre 150 y 200°C y 0.1 a 0.7 MPa de hidrogeno puro. En muchos casos el níquel es introducido como formiato de níquel disperso en una grasa, el que se descompone dentro del reactor en el momento de la reacción.

CONVERTIDORES CATALÍTICOS

La utilización de convertidores catalíticos para el control de emisión de contaminantes en los escapes de los automóviles es una de las más nuevas aplicaciones de los catalizadores. En la actualidad, la mayoría de los coches vienen equipados con un dispositivo catalítico que ha permitido disminuir a niveles bastantes bajos la concentración de los contaminantes más usuales producidos durante la combustión de la gasolina.

Los contaminantes usuales provenientes de los escapes de los automóviles son el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NO_x) y los hidrocarburos (HC). La composición de los gases de escape depende de la relación aire/combustible = A/C que sea alimentada a la máquina.

En condiciones ricas en combustible la composición de un gas de escape de automóvil podría ser por ejemplo 3% CO, 1% H₂, HC 1%, O₂ 1%, CO₂ y H₂O 10%, compuestos de plomo, azufre y halógenos. Cuando la relación aire/combustible pasa de condiciones ricas en combustible a condiciones ricas en oxigeno (aire), la composición varía como se muestra en la figura. A medida que aumenta la cantidad de oxígeno, los productos que no sufrieron una combustión completa disminuyen y la concentración de (NO) pasa por un máximo después del valor estequiométrico p = 14.5. La eliminación completa de productos no quemados, HC y CO, y de NO es imposible.

Básicamente se requieren dos catalizadores diferentes para la purificación de los gases de emisión:

• uno para el control de (CO) y (HC), es decir, un catalizador de oxidación trabajando en condiciones de exceso de oxígeno
• otro para la remoción de (NO_x) que será un catalizador de reducción trabajando en atmósfera rica en combustible.

Dos catalizadores diferentes son utilizados en serie: para la oxidación los catalizadores son metales de transición como Pt (platino) y Pd paladio), para la reducción Rh (rodio) y Ru (Rutenio). La cantidad de estos metales en el catalizador varía de 0.03 a 0.16 onzas/automóvil.

Este tipo de convertidor dio lugar a diferentes problemas por lo que se diseñó un convertidor catalítico único (tres funciones catalíticas en un solo catalizador). Las tres reacciones que se llevan a cabo son:

La única restricción para el uso de este catalizador es que trabaja en una región de la relación aire/combustible muy estrecha y cercana a la relación estequiométrica A/C = 14.5. Se trata de un catalizador compuesto, los más populares son:

• Pt - Rh.
• Pt - Pd - Rh.

La restricción de operación hace necesaria la presencia de un sensor de O₂ que permite ajustar continuamente la mezcla aire/gasolina y mantener el valor muy cercano al estequiométrico. Existen varias formas físicas del convertidor catalítico que se encuentra localizado en el escape del automóvil. Sin embargo las más usuales incluyen pellets (pequeñas bolitas) y monolitos de cerámica que sirven como soporte de las partículas metálicas que funcionan como catalizador.

Asociación de Ciencias "Hipatia de Alejandría"

La asociación de ciencias HIPATIA DE ALEJANDRÍA está formada por profesores de secundaria y de universidad de la Vega Baja con el fin de divulgar el conocimiento científico.

Podéis visitar su blog en: http://asocienciashipatia.blogspot.com/

En este blog podréis encontrar todas las actividades realizadas y las que se van a llevar a cabo.

Os animo a que lo visiteis.