EL CALENTADOR DE MANOS

En el mercado pueden encontrarse unos dispositivos muy simples y de bajo costo para calentar las manos. Funcionan en un amplio rango de temperaturas, no requieren de energía eléctrica ni pilas y calientan de forma inmediata durante un tiempo considerable. Por lo tanto, son una importante herramienta médica para casos de urgencia. Se trata de una pequeña bolsa de plástico que contiene una solución transparente y un pequeño disco metálico. Cuando se ejerce una ligera presión sobre el disco, la solución del interior comienza a cristalizar (se vuelve sólida), desprendiendo gran cantidad de calor durante cierto tiempo. El sistema puede regenerarse con sólo calentarlo durante unos 10-15 minutos en agua hirviendo y dejarlo enfriar. De esta manera, el dispositivo está nuevamente disponible para ser utilizado.

La solución contenida en la bolsa de plástico se ha preparado calentando 20 partes (en masa) de acetato y 3 partes de agua. Es una solución sobresaturada porque la cantidad de soluto (acetato) es mayor a la que es capaz de disolver esa cantidad de disolvente (agua) a temperatura ambiente. Como toda solución sobresaturada, se encuentra en un estado inestable que se altera fácilmente ante cualquier perturbación. En este caso, la presión o flexión del disco metálico origina la cristalización del acetato con desprendimiento de calor.

La principal diferencia entre los estados sólido, líquido y gaseoso está en las fuerzas de atracción que existen entre sus moléculas o partículas. En el estado sólido (cristalino), las moléculas tienen fuerzas de atracción muy grandes, capaces de mantener su forma y volumen, en el estado líquido estas fuerzas de atracción son más débiles, manteniendo su volumen pero no su forma (adquiere la forma del envase) mientras que en el estado gaseoso las fuerzas son tan débiles que las moléculas están moviéndose constantemente (produce su característica presión) y no se mantiene la forma ni el volumen. Para pasar del estado sólido al líquido (fusión) se requiere suministrarle la energía (calor) suficiente para debilitar las fuerzas de atracción del sólido. Igual sucede para el cambio del estado líquido al gaseoso (vaporización).

Para que un sólido se disuelva en un líquido, es necesario que entre las moléculas de ambos (soluto y solvente) existan fuerzas de atracción. Estas nuevas fuerzas (cuya formación genera calor) deben reemplazar a las que existían entre las moléculas del soluto y también entre las del solvente. Es decir, las nuevas fuerzas de atracción (soluto-solvente) deben sustituir a las antiguas fuerzas (soluto-soluto y solvente-solvente). Si el calor generado por la aparición de estas nuevas fuerzas de atracción es mayor que el calor consumido en romper las antiguas fuerzas, el proceso desprenderá la diferencia de calor, si sucede lo contrario el proceso absorberá calor.

A continuación se muestra, en fotografías tomadas con pocos segundos de diferencia, cómo avanza la cristalización del acetato de sodio en el agua, producida al presionar el disco metálico.

Para revertir el proceso y hacer que el calentador de manos se pueda volver a utilizar, debemos gastar energía para disolver nuevamente los cristales formados. Ello se consigue calentando el sistema por unos 10 minutos en agua hirviendo y dejando enfriar. Al bajar la temperatura hasta los 54ºC el acetato debería empezar a cristalizar, pero no lo hace y continúa así hasta alcanzar la temperatura ambiental. Queda como una solución sobresaturada y ha acumulado un exceso de energía, que entregará como calor al volver a presionar el disco metálico y se produzca la cristalización. La presión o flexión del disco metálico proporciona un núcleo a partir del cual se genera el cambio al estado sólido o cristalino del acetato.

La propiedad de absorber y desprender calor de los procesos y reacciones químicas se usa en varias aplicaciones prácticas como el calentador de manos o calentador químico. Este sistema de calentamiento puede encontrarse en el mercado en distintas formas y presentaciones para usarse, por ejemplo, como compresas a aplicar sobre una lesión, o para calentar los biberones.

BIBLIOGRAFÍA

·  Kenneth, W. Whitten, R. Davis, M. Larry Peck y George G. Stanlry. Química. Editorial Cengage Learning Ediciones, S.A. Octava Edición. 2008.

·     Méxicohttp://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/Rc-53/Rc-53a.htm.

·     http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=40

http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=++%3E++13&tc=3&nc=5&art=1176

Ing.VÍCTOR CARO-SÁNCHEZ BENÍTES <vcaro @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina.

LAS HUELLAS DEL ALCOHOL

La “fermentación” es un proceso conocido desde hace miles de años y la producción de alcohol etílico o etanol se convirtió en un verdadero arte mucho tiempo antes de que la química fuese conocida. Originalmente se hacía mezclando miel, frutas, bayas, cereales y otras materias vegetales con agua y dejándola al sol. La mezcla se transformaba en un líquido apreciado como alimento, como poción ceremonial o religiosa y como medicina.

El etanol es un producto biológico de la fermentación del azúcar o del almidón y es el constituyente de las bebidas “fermentadas” (cerveza, vino, chicha, etc.). Cuando éstas se someten a un proceso de destilación, se obtienen las bebidas  “destiladas” (pisco, ron, vodka, whisky etc.) que tienen un contenido alcohólico bastante mayor. Dentro de los alcoholes, el etanol es el de menor toxicidad, los otros (metanol, propanol, butanoles, etc.), que también se producen en pequeña cantidad en la fermentación, son mucho más tóxicos.

La absorción del alcohol se inicia en la mucosa bucal, continúa rápidamente en el estómago y en la porción superior del intestino. Luego de absorbido, circula por todo el cuerpo a través de la sangre. En el hígado, por acción de una enzima llamada alcohol deshidrogenasa, se transforma en acetaldehído (un compuesto tóxico) y éste es luego transformado en ácido acético (un componente normal de las células). Posteriormente, el ácido acético se elimina como dióxido de carbono y agua en el hígado o en los tejidos periféricos.

La actividad de la alcohol deshidrogenasa (y la capacidad para metabolizar el alcohol) varía según el género y el grupo étnico de la persona. Por ejemplo, las mujeres no son capaces de procesar alcohol a la misma velocidad que los hombres. Muchas personas de origen asiático y americano carecen de esta enzima y sufren reacciones indeseables al consumirlo.

Estudios realizados en el Hospital de Administración de Veteranos en Houston, USA, demuestran que el alcohol actúa como un depresor moderado que retarda la actividad física y mental. Los estudios están orientados a determinar el riesgo del acetaldehído (formado durante el metabolismo del alcohol) para alterar el metabolismo de la dopamina (que transmite los impulsos nerviosos), y formar compuestos del tipo del opio (principalmente norlaudanosina). De esta manera, el alcohólico crónico pasa a ser un drogadicto por los compuestos generados en su propio organismo.

La respiración no sólo sirve como un suministro de oxígeno, sino que también es una vía para eliminar tóxicos de desecho, entre ellos algunas drogas volátiles como el alcohol. Se ha demostrado que hay una relación directa entre la concentración de alcohol en la sangre y en el aliento de la persona. En base a ello, se han desarrollado métodos sencillos para saber si una persona ha bebido alcohol o no.

Por ejemplo, la prueba de Breathalyzer consiste en una reacción de oxidación-reducción que produce el alcohol (o el acetaldehído) del aliento. El analizador contiene pequeñas cantidades de dicromato de potasio, ácido sulfúrico diluido y nitrato de plata. El dicromato de potasio es un agente oxidante de color anaranjado que es reducido por el alcohol o el acetaldehído transformándose en sulfato de cromo, de color verde azulado. Si la persona ha consumido alcohol, su aliento produce el cambio del color anaranjado al verde azulado.

Los efectos del alcohol en el organismo dependen de su concentración: un 0,05 % de etanol en la sangre cambia el estado de ánimo produce euforia y locuacidad y altera la coordinación de movimientos finos. Al llegar a 0,1 % se presenta torpeza motora, inestabilidad y lentitud de respuestas. Al superar el 0,2 % los síntomas de embriaguez son evidentes y viene la etapa depresiva que puede llegar a la inconsciencia. Si la concentración es mayor al 0,5 % se produce coma alcohólico y la muerte.

BIBLIOGRAFÍA

·     BURKE, B. 1991.  Measuring Breath Alcohol Concentrations. Journal of College Science Teaching  21: 176.

·     HOLUM, H. 2003. Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud. Tercera Reimpresión. Editorial LIMUSA, S.A. de C.V. Grupo Noriega Editores. México.

Dr. ELVITO VILLEGAS SILVA <elvito @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina.

COCINANDO A PRESIÓN

Existe un grupo de propiedades físicas características de cada sustancia y que nos ayudan en su identificación. Dentro de ellas están las temperaturas o puntos de fusión (cambio del estado sólido al líquido) y de ebullición (cambio del estado líquido al gaseoso o de vapor). Por ejemplo, a nivel del mar, el punto de fusión del agua es 0ºC y el de ebullición es 100ºC, mientras que estos puntos para el alcohol etílico son: −114º y 78ºC respectivamente.

Las moléculas de un líquido (y de muchos sólidos como alcanfor y cafeína) tienen la tendencia a escapar de su superficie (aún a temperaturas menores a su punto de ebullición) transformándose en vapor (vaporización). Otras moléculas hacen lo contrario: vuelven del estado gaseoso al líquido (condensación). Cuando ambos procesos (vaporización y condensación) llegan al equilibrio, el vapor ejerce una fuerza o presión llamada “presión de vapor” debido al movimiento de las moléculas (característica del estado gaseoso). La presión de vapor mide la tendencia de las moléculas a vaporizarse y depende de la sustancia y de su temperatura: cuando ésta aumenta, también lo hace la presión de vapor porque se incrementa el número de moléculas que se vaporizan. Una sustancia hierve a la temperatura que su presión de vapor alcanza un valor igual al de la presión externa. A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mmHg (1 atmósfera) y la presión de vapor del agua alcanza este valor a 100ºC. En cambio, en el Cusco (altitud 3350 msnm), la presión atmosférica es de sólo 530 mmHg y el agua hierve a 91ºC. Por eso en la sierra es difícil cocinar las menestras en una olla tradicional.

Esta situación natural puede alterarse usando una olla a presión, que es un recipiente hermético. Al no permitir el escape del vapor de agua generado al calentar los alimentos, aumenta la presión dentro de la olla y el agua es capaz de sobrepasar los 100ºC sin llegar a hervir. En la gráfica siguiente, se muestra el calentamiento del agua (líquida) a partir de los 20ºC (punto A).

 

La presión ambiental es constante y, en la olla tradicional, el proceso se realiza horizontalmente hacia el punto B y empezará a hervir a 100ºC (punto en que la presión de vapor del agua iguala a la presión atmosférica). A pesar que se sigue calentando, la temperatura no aumenta ya que el calor adicional es consumido en el cambio del estado líquido a vapor (ruta AB, a 1 atmósfera). 

En la olla a presión, el proceso se realiza por la ruta AB’. La presión al interior de la olla será la suma de la presión del vapor de agua y la presión del aire encerrado (ambas se incrementan con la temperatura). El agua no llega a hervir ya que la ebullición se produce cuando se llega a la “línea de cambio de estado” que separa las zonas de líquido y vapor. Los alimentos se cocinan  más rápido en la olla de presión debido a la alta temperatura (superior a 100ºC) y no porque el agua hierva.

La gráfica muestra también lo peligroso que es destapar una olla cuando aún está muy caliente. Si estamos en el punto B’, al destapar la olla provocamos una disminución brusca de la presión, lo que produce la violenta ebullición del agua, con el consiguiente riesgo de sufrir quemaduras por las salpicaduras del líquido caliente o por el propio vapor caliente (proceso B’C). La olla a presión tiene una válvula de seguridad que evita que se sobrepase la presión de funcionamiento en el interior. La válvula se abre y expulsa el exceso de vapor, evitando que la presión aumente hasta valores peligrosos.

El uso de la olla a presión ha permitido un ahorro de tiempo y de energía. Al disminuir el tiempo de cocción, las verduras conservan más vitaminas y más aroma. La clave está en aumentar la temperatura interior para que los alimentos se cocinen más rápidamente. Así se han conseguido ollas que, si bien son más caras que las ollas convencionales, permiten un ahorro de hasta un 70 % en el tiempo de cocción y un 50 % en energía.

BIBLIOGRAFÍA

·     Castellan, W. Fisicoquímica. 3ª Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. 2000.

·     http://www.cobachsonora.net/materiales/s1/quimica1/pdf/QUIMICA%201.pdf

·     http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/v7n1/sanchezguadix.html

http://www.santillana.es/recursos/contenidos/943.pdf

Ing. VÍCTOR CARO-SÁNCHEZ BENÍTEZ <vcaro @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina.

HORMONA DEL CRECIMIENTO HUMANO

La hormona del crecimiento humano (HCH), también conocida como somatotropina, es producida por el lóbulo anterior de la glándula hipófisis (o pituitaria) y otros tejidos del cuerpo humano. Fue aislada por primera vez en 1956 y su estructura se conoció en 1972. Hasta mediados de la década de los 80, la única vía de obtenerla era extrayéndola de las glándulas hipófisis de cadáveres humanos.

En 1981 se pudo extraer 4 a 6 miligramos de hormona de la hipófisis de un cadáver, necesitándose de unas 40 hipófisis humanas para obtener la cantidad de hormona requerida para el tratamiento de un niño durante un año. El tratamiento es muy caro por el costo de la hormona y porque suele durar varios años.

Su molécula está formada por 191 aminoácidos y tiene 2 enlaces disulfuro. Tiene efectos sobre casi todos los órganos, tejidos y especialmente sobre músculos y huesos. Esta hormona estimula el crecimiento durante la infancia y continúa jugando un papel metabólico importante en la edad adulta. Se libera principalmente durante las primeras fases del sueño.

La deficiencia de esta hormona es la causa del “enanismo hipofisiario” y la producción en exceso causa el gigantismo o acromegalia. Representa la única posibilidad terapéutica para los que padecen enanismo hipofisiario.

Como sucede con muchas hormonas (estrógenos, progesterona, etc.) los niveles de HCH disminuyen con la edad. Los síntomas de la deficiencia de somatotropina, habitual en gente mayor de setenta años, incluyen la pérdida de masa corporal, aumento de grasa, fatiga, movilidad física disminuida, menor capacidad de curación, mayores riesgos de enfermedad cardiovascular y disminución de las expectativas de vida.

Además de las dificultades para conseguir la hormona en las cantidades requeridas, el otro problema es su heterogeneidad. La hormona es una mezcla de diferentes formas: unas tienen un peso molecular de alrededor de 22 000, otras están formadas por la unión de 2 moléculas originales y algunas son fragmentos producidos por rupturas (proteolisis) de la misma. Esta heterogeneidad es responsable de que un 30% de pacientes produzcan anticuerpos que neutralizan la actividad de la hormona.

En 1978 investigadores de la empresa norteamericana Genentech aislaron una cepa de Escherichia coli (una bacteria) capaz de sintetizar la hormona después de haberle introducido el gen correspondiente. Desde 1982 se produce la hormona a escala industrial mediante técnicas de la ingeniería genética que usan bacterias con genoma modificado. Esta hormona biosintética es idéntica a la hormona natural y presenta ventajas evidentes: mayores cantidades disponibles y pureza bioquímica.

La hormona de crecimiento (HCH) se utiliza en el tratamiento de enfermedades muy diversas tanto en niños como adultos.  Está indicada para pacientes que no producen niveles adecuados de hormona de crecimiento.

La HCH se ha usado en el tratamiento de niños que sufren de enfermedades como el Síndrome de Turner, el crecimiento lento de sus huesos a causa de fallas renales y ha sido estudiada por los médicos para tratar el síndrome de fatiga crónica y la reconstrucción muscular.

El tratamiento con HCH de adultos con deficiencia de ella, puede ayudarles a normalizar su peso, la distribución de grasa corporal, la masa muscular, la densidad mineral ósea, lo que producirá una mejora de la sensación de bienestar general.

Los resultados de los diferentes estudios han variado en cuanto a la eficacia de la HCH inyectable. En la mayoría de países, la HCH es una droga de venta regulada y su venta en forma de suplemento dietético es ilegal.

BIBLIOGRAFÍA

·     http://www.enplenitud.com/el-auge-de-los-productos-relacionados-con-la-hormona-de-crecimiento-humano-hch.html

·     http://www.novonordisk.com.mx/documents/article_page/document/Crecimiento.asp

Q.F. JUAN J. LEÓN CAM <jjleon @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina

PASTEUR: QUÍMICO Y MICROBIÓLOGO (Parte I)

Louis Pasteur, uno de los hombres de ciencia más notables del siglo XIX, nació el 27 de diciembre de 1822, en Dole, ciudad vecina a los Alpes franceses, en el seno de una familia pobre pero honorable. Su padre fue un militar que, al dejar el ejército, puso una curtiduría en la que pasó su infancia el pequeño Luis. Quizás por esta circunstancia, éste eligió la carrera de químico, aunque alcanzó la fama en la Medicina: es citado frecuentemente como uno de los más grandes médicos de la historia, sin serlo. Su fecunda vida fue un ejemplo de laboriosidad. Solía decir que el único secreto de su ciencia estaba en su lema: “trabajar, siempre trabajar”.

Durante sus estudios primarios y secundarios se distinguió por su afición y cualidades de dibujante. A los 16 años, fue enviado a París, porque su padre deseaba que llegara a ser profesor de escuela. Pasteur nunca se acostumbró en la gran ciudad, regresó al suelo natal, se dirigió a Bezancon, donde culminó su bachillerato (con una modesta calificación en Química) y luego siguió sus estudios en Ciencias Físicas en la Escuela Normal Superior de París.

Durante los años 1843-44 siguió los cursos de Química que regentaba el gran Jean Baptiste Dumas, el químico que dio el peso atómico a gran número de elementos y descubrió el alcohol amílico. Por su dedicación, fue nombrado ayudante de Física, al mismo tiempo que consiguió el doctorado en Ciencias y realizó su primer descubrimiento en la química: dependiendo de su forma cristalina, los tartratos (sales del ácido tartárico) podían desviar la luz polarizada hacia la derecha (dextrógiras) o hacia la izquierda (levógiras). Ello contribuyó a establecer las bases de la estereoquímica. Sus contribuciones a la química le valieron la concesión de la Legión de Honor Francesa cuando sólo tenía 26 años.

En un informe presentado por el mineralogista Senarmont a la Academia de Ciencias, Pasteur (31 años) fue presentado como dotado, en grado sumo, de dos cualidades aparentemente contrarias: la facultad de concebir e imaginar, y la sabiduría consciente necesaria para observar y verificar.

Al mismo tiempo que obtuvo la agregación de ciencias físicas (1846) y el doctorado en ciencias (1848), continuó sus investigaciones en los laboratorios (muy pobres y casi improvisados) de las Facultades de Dijon. En 1849, fue nombrado profesor suplente de Química en la Facultad de Ciencias de Estrasburgo, donde conoció a la hija del rector de la Universidad, la señorita Marie Laurent, con quien contrajo matrimonio. En 1854 fue designado como Decano de la Facultad de Ciencias de Lille, facultad que se había creado, en parte, con el propósito de aplicar la ciencia a resolver los problemas prácticos de las industrias de la región, especialmente la fabricación de bebidas alcohólicas: la acidificación del vino y de la cerveza habían constituido un grave problema económico en Francia. De inmediato Pasteur se dedicó a investigar la fermentación y logró demostrar que el alcohol de la fermentación se produce por las levaduras, mientras que las sustancias indeseables (como los ácidos láctico o acético) que agrian el vino, las producen las bacterias.

Su nombramiento como director científico de la Escuela Normal Superior de París, en 1857, marcó una nueva orientación de sus estudios. Fue el inicio de una serie de estudios que se prolongarían hasta 1876, en los que Pasteur identificó distintos microorganismos responsables de diferentes clases de procesos fermentativos. En base a sus descubiertos, se creó las industrias de la cerveza, el vino y el vinagre. Trabajando sobre los agentes de la fermentación butírica, Pasteur descubrió la presencia de microorganismos que se desarrollan en ausencia de oxígeno, lo que desmentía la creencia de que todas las formas de vida necesitan aire para crecer. Acuñó los términos aerobiosis y anaerobiosis para denominar, respectivamente, a la vida en presencia y en ausencia de oxígeno.

Muchos de los estudios que condujeron a Pasteur a conceptos verdaderamente revolucionarios en su época, fueron debidos a hechos accidentales; descubrió que era posible eliminar las bacterias calentando el líquido que las contiene a 55ºC por algunos minutos, método que propuso para combatir los efectos de la fermentación, postulando que la eliminación de los microorganismos anulaba el fenómeno. Así, la «pasteurización», tuvo una importancia trascendental para la conservación de los productos lácteos y de los vinos y, desde luego, para toda la alimentación humana.

Pasteur estaba dotado de las cualidades más importantes de un buen científico: la capacidad de estudiar todos los datos conocidos y vincularlos con las posibles hipótesis, la paciencia, el control sobre los experimentos y la brillantez para dar con la solución, por lo que impulsó muchas áreas de la ciencia, entre ellas la estereoquímica y la microbiología.

bibliografia

- http://www.historiasdelaciencia.com/?p=293

- http://www.portalplanetasedna.com.ar/pasteur.htm 

- http://www.jaja.cl/?a=529

MSc. CARMEN RODRÍGUEZ BEST <carb @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina.