Catálisis – el secreto está en la masa

Catálisis – el secreto está en la masa

Tema – La catálisis

Actividad educativa para 4º de ESO

Los catalizadores son sustancias que aceleran las reacciones químicas. Proporcionan alternativas “más rápidas” para llegar a los productos, caminos alternativos que requieren menos energía. Si la reacción química es una sinuosa carretera alrededor de una montaña, el catalizador excava un túnel llegar antes al otro lado.

'Catálisis' – © Wiley VCH

‘Catálisis’ – © Wiley VCH

Una característica fundamental de los catalizadores es que no se consumen durante la reacción química (al contrario que los reactivos, que se van gastando conforme transcurre la reacción). Actúan como una especie de ‘Celestina’. Juntan moléculas que normalmente no se atraen, y una vez que han conseguido que éstas “se combinen”, abandonan la escena. Esto permite que los catalizadores puedan usarse en cantidades muy pequeñas, ya que una única molécula de catalizador puede acelerar la misma de reacción varias veces seguidas.

Los catalizadores pueden clasificarse por su forma física en dos tipos: homogéneos (con una composición y estructura uniformes, como la leche con cacao) y heterogéneos (que no se mezclan con la reacción, como el trozo de jamón que da sabor al cocido). Ambos tipos tienen ventajas e inconvenientes.

Los catalizadores también pueden clasificarse según su estructura química. De este modo podemos encontrar tres grandes familias. Los catalizadores metálicos que, como su nombre indica, se basan en metales. Nuestros coches, por ejemplo, llevan catalizadores de platino y paladio para acelerar la conversión de gases tóxicos en productos menos contaminantes.

Las enzimas son los catalizadores que utilizan nuestras células. La gran mayoría son proteínas. Tras varios millones de años de evolución, las enzimas son los catalizadores más eficientes del mundo.

Imaginad que dejáis varios terrones de azúcar encima de la mesa. Por mucho que entren en contacto con el oxígeno del aire, no creo que se quemen de forma espontánea. Sin embargo, nuestras células pueden hacerlo. Gracias a las enzimas, queman azúcar para obtener energía continuamente (y hacen la reacción miles de veces cada segundo).

Imaginad que dejáis varios terrones de azúcar encima de la mesa. Por mucho que entren en contacto con el oxígeno del aire, no creo que se quemen de forma espontánea. Sin embargo, nuestras células pueden hacerlo. Gracias a las enzimas, queman azúcar para obtener energía continuamente (y hacen la reacción miles de veces cada segundo).

Pese a sus muchas bondades, las enzimas también tienen defectos. Como están preparadas para trabajar en organismos vivas, suelen estropearse con los cambios bruscos de temperatura o pH.

Por último, existen los organocatalizadores, que comenzaron a desarrollarse en los laboratorios a principios de este siglo y son cada vez más comunes. Son pequeñas moléculas que tratan de imitar el funcionamiento de las enzimas sin recurrir a metales, lo que disminuye su toxicidad. Muchos de ellos son derivados de moléculas biológicas como la prolina o la urea.

Actividad – Las bromas pesadas de Sheldon Cooper (30’)

 

© CBS - The Big Bang Theory

© CBS – The Big Bang Theory

Vamos a reproducir esta famosa broma de Sheldon Cooper (The Big Bang Theory) y entender que la clave está en la catálisis.

En clase, haremos este experimento (1, 2) con y sin catalizador. Observaremos y respondemos.

  • ¿El catalizador acelera la reacción?
  • ¿Es una reacción exotérmica o endotérmica?
  • Busca el mecanismo de la reacción y razona por qué el yoduro es un catalizador.
  • El agua oxigenada reacciona con la sangre y produce espuma. ¿Crees que algún componente de la sangre es un catalizador?

Actividad – La fermentación alcohólica (2h)

Los humanos nos hemos usado las enzimas que producen la fermentación alcohólica durante milenios. Entre otras cosas, para hacer pan.

La química del pan - © Compound Interest

La química del pan – © Compound Interest

 En una primera clase 1 (1h):

  • Ver este vídeo.
  • Formaremos grupos (3-4 alumnos) y cada uno preparará 3 botes masas madre (ejemplo y receta).
  • Los alumnos se llevarán los 3 botes a casa y para experimentar: distintas temperaturas, tipos de harina, cambiar fermentación (kéfir, láctica, acética).

En una segunda clase (1h):

  • Los grupos (o un representante de cada grupo) expondrán los resultados. Entre todos, pensarán explicaciones para las diferencias observadas.
  • Para hacer la actividad más atractiva puede grabarse un time-lapse del crecimiento de la masa madre o imitar (y explicar) el experimento de Pasteur sobre generación espontánea.

Información para docentes

Es necesario que los alumnos tengan conocimientos previos de química y biología.

El primer experimento se basa en la descomposición del agua oxigenada catalizada por yoduro. Esta reacción es favorable, pero muy lenta. Puede plantearse a los alumnos por qué si el agua oxigenada no hace espuma. Algunas sustancias catalizan esta reacción, como el hierro(III) y el yoduro. Para que el experimento funcione es necesario usar agua oxigenada concentrada (mínimo 15%) – se compra en droguerías. Puedes usar catalizadores más fáciles de comprar: sales de hierro (se venden en farmacias) o trocitos de carne de hígado.

Al llevar las masas madres a casa, los alumnos aprenderán sobre la fermentación haciendo su propio experimento científico. Se les puede motivar para buscar métodos que aceleren, frenen, o modifiquen la fermentación. También pueden plantearse preguntas sobre por qué funciona, ¿de dónde salen las enzimas que fermentan la harina o el yogur? Puedes apoyarte también en figuras científicas como Louis Pasteur para explicar la fermentación y las enzimas desde un punto de vista histórico.

Leave a Comment

Your email address will not be published.

*