Catalizadores y conservantes

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi.
Responsable disciplinar: Silvia Blaustein.
Área disciplinar: Química.
Temática: Reacciones químicas.
Nivel: Secundario, ciclo orientado.
Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar.

Propósitos generales

• Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
• Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
• Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

Existen sustancias cuya presencia es capaz de modificar la velocidad de ciertas reacciones químicas, lo que resulta de suma utilidad si una reacción transcurre más rápida o más lentamente de lo que se necesita. Debido a lo difundido de su empleo, los catalizadores y los conservantes son dos ejemplos sumamente importantes de este tipo de sustancias.

Se llaman catalizadores a las sustancias que intervienen en las reacciones químicas acelerándolas o retardándolas y que siguen presentes al finalizar la reacción, es decir, que no se consumen. Los catalizadores tienen diferentes formas de acción, relacionadas con su estado físico y con los reactivos involucrados.

Una reacción en la que los reactivos y el catalizador no están en la misma fase (estado de agregación) es una reacción con catálisis heterogénea. Este tipo de catalizadores generalmente ofrece una superficie donde las sustancias pueden reaccionar, adsorbiendo alguno de los reactivos, debilitando el enlace en cuestión hasta el punto en que el otro reactivo rompe dicho enlace. La adsorción es la adherencia de una sustancia a la superficie de otra.

Los catalizadores que se encuentran en el mismo estado de agregación que los reactivos se denominan catalizadores de transporte u homogéneos. Estos actúan interviniendo en la reacción y luego se regeneran cuando esta finaliza.

Los conservantes son sustancias usadas para preservar los alimentos ante la acción de los microorganismos, con el fin de reducir su velocidad de deterioro o impedirla por un tiempo determinado bajo ciertas condiciones de almacenamiento.

Desde el punto de vista de su composición química, se puede clasificar a los conservantes en inorgánicos –nitratos, sulfitos, cloruros–, orgánicos –ácido cítrico, ácido acético, benzoato de sodio– o biológicos –antibióticos–.

Los conservantes de alimentos no deben ser potencialmente peligrosos para la salud, por lo que su uso a escala industrial está reglamentado por el Código Alimentario Argentino.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

• evalúen el efecto de los catalizadores sobre la velocidad de las reacciones químicas;
• evalúen el efecto de diversos conservantes sobre la velocidad de reacción de descomposición de los alimentos.

Actividad 1

Hay sustancias capaces de reducir la velocidad de deterioro de algunos alimentos. A estas se las conoce como conservantes o inhibidores de reacción.
Seguramente, en sus hogares se conozcan varias técnicas de conservación casera de alimentos (conservas en vinagre, en salmuera, dulces y jaleas).

a) Vean el video «Oxidación de la fruta» en el que se realiza una experiencia para retardar la oxidación de una manzana empleando diversas estrategias (envolviéndola, colocándola en hielo y agregándole jugo de limón).

b) Analicen el efecto de diversos conservantes para evitar la oxidación al aire de una manzana. Es conveniente realizar esta actividad en pequeños grupos debido a la multiplicidad de tareas a llevar a cabo simultáneamente. Filmen el experimento con la cámara de sus equipos portátiles.

Materiales

• 2 manzanas
• Un cuchillo
• 4 platos pequeños
• Jugo de limón
• Solución de azúcar muy concentrada (o almíbar o miel)
• Solución de sal muy concentrada.
• 3 vasos
• Una cuchara sopera

Procedimiento

1. Corten una manzana en 4 partes aproximadamente iguales y coloquen cada trozo en un plato diferente.

2. Coloquen jugo de limón en la cuchara y espárzanlo sobre un trozo de manzana.

3. Repitan el procedimiento con la solución azucarada y con la solución salina sobre otros dos trozos de manzana y, al último trozo, no la agreguen nada.

4. Luego de 10 a 20 minutos, comparen el grado de oscurecimiento de la manzana con cada uno de los conservantes respecto del trozo que no tiene conservante.

5. Seleccionen el conservante que haya resultado más efectivo y preparen en los vasos mezclas que tengan:

Vaso 1: una parte de conservante una parte de agua.

Vaso 2: una parte de conservante cuatro partes de agua.

Vaso 3: una parte de conservante nueve partes de agua.

6. Corten otra manzana en 4 partes aproximadamente iguales y coloquen cada trozo en un plato diferente.

7. Esparzan una cucharada del conservante concentrado y de cada una de las mezclas con agua realizadas sobre los diferentes trozos de manzana.

8. Comparen el grado de oscurecimiento de la manzana con cada una de las mezclas de conservante luego de 10 a 20 minutos.

c) Con el programa Movie Maker o algún programa de edición de video, editen un clip de no más de 4 minutos sobre los experimentos realizados.

Actividad 2

Los catalizadores industriales tienen gran aplicación tecnológica, como los convertidores catalíticos que emplean los automóviles para reducir las emisiones de gases tóxicos a la atmósfera o los antidetonantes que se emplean en los combustibles líquidos

Son características generales de los catalizadores:

• Gran desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan y la pequeña masa del catalizador.
• El catalizador se halla igual al final del proceso, que al comienzo de él.
• Un catalizador no produce una reacción que sin él no se realiza, solo modifica la velocidad de la misma.
• Los catalizadores son específicos de cada reacción o de un cierto grupo de reacciones.

Algunos metales finamente divididos o sus óxidos actúan como catalizadores de contacto: platino, paladio, níquel, óxido férrico (Fe₂O₃), dióxido de manganeso (MnO₂), pentóxido de vanadio (V₂O₅), entre otros.

a) Miren el video «Experimento de cinética química con catalizador» en el que se muestra un experimento de empleo de catalizadores.

b) Empleen este mismo procedimiento para evaluar el funcionamiento del dióxido de manganeso (MnO₂) como catalizador de contacto para la reacción de descomposición del agua oxigenada

c) Filmen el experimento con la cámara de sus equipos portátiles.

Materiales

• Agua oxigenada 10 volúmenes (se consigue en farmacias)
• 3 probetas o vasos altos iguales de 100 - 200 ml
• Dióxido de manganeso (puede obtenerse del interior de alguna pila seca común usada)
• Una espátula para colocar el catalizador sólido
• Un poco de detergente

Procedimiento

1. Coloquen en cada probeta 20 ml de agua oxigenada 10 volúmenes.

2. Agreguen 3 gotas de detergente a cada probeta.

3. Coloquen en la primera probeta una punta de espátula del catalizador, en la segunda, dos puntas de espátula y en la tercera, tres puntas de espátula.

4. Comparen la altura de espuma alcanzada en cada uno de los tubos (la altura máxima puede medirse con una regla).

d) Empleen el programa Movie Maker o algún programa de edición de video de sus equipos portátiles y editen un clip de no más de 1 minuto sobre el experimento realizado.

Actividad 3

a) Si disponen de conexión a internet, busquen diferentes conservantes empleados en alimentos, y sobre catalizadores empleados en la industria. Resuman la búsqueda realizando una tabla en el programa Excel o Calc de sus equipos portátiles, que incluya el tipo de compuesto químico que se emplea como conservante o catalizador y en la fabricación de qué alimento o producto se lo emplea.

Enlaces de interés y utilidad para el trabajo

Cómo funciona un catalizador de coches

Conservantes y hierbas para carnes y embutidos

Convertidores catalíticos en coches

¿Arde el azúcar?

Reacciones más rápidas con catalizadores