INTRODUCCION Los procesos utilizados en la industrias de alimentos constituyen el factor de mayor importancia en las condiciones de vida y en la búsqueda de soluciones que permitan preservar preservar las característica característicass de los alimentos alimentos por largos largos períodos, períodos, utilizando utilizando procedimientos procedimientos adecuados en la aplicación aplicación de sustancias sustancias químicas químicas en los alimentos alimentos tale taless
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conservación por productos químicos y otros de carácter similares que se les puede aplicar estas sustancias para su conservación y al beneficio humano. Sin embarg embargo, o, en la cotidia cotidianida nidad d los seres seres humanos humanos combinamos combinamos alimentos alimentos y come comest stib ible less que que gen gener eral alme ment ntee han han sid sido o
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desconocimiento de sus componentes pueden ocasionar reacciones que pueden poner en riesgo la salud, tales como: complicaciones digestivas o intoxicaciones que pueden ser fatales para las personas. Debido a que la química de los ácidos y las bases está involucrada en este tipo de reacciones surge la iniciativa de experimentar y estudiar las propiedades propiedades de diferentes diferentes artículos artículos de uso común mediante mediante la medida de su pH para conocer el nivel de acidez y alcalinidad. De las hojas de repollo morado se puede obtener un indicador para así diferenciar entre ácidos y bases esto es debido a que el repollo morado además de clorofila tiene otros pigmentos sensibles a la acidez como la antocianina y otros flavonoides. Estos pigmentos pigmentos en un medio acido o básico cambian cambian su estructura estructura química y muestra muestra los diferentes diferentes colores que permiten permiten identificar mediante un patrón establecido de colores a una sustancia sustancia como acida y como como básica básica,, es por ello ello que con esta esta investi investigaci gación ón se busca clasificar clasificar diferentes diferentes sustancias sustancias del uso común
mediante la elaboración elaboración un
indicador ácido-base que permita observar de una manera sencilla y didáctica los cambios del medio al cambiar su carácter ácido ó básico.
ANTECEDENTES Es en 1767 que tiene lugar la primera utilización de un indicador para una dosificación ácido-base. Es W. Lewis que tuvo la idea de utilizar un cambio de color para caracterizar la equivalencia. Hasta entonces, se utilizaba el carbonato de potasio K 2CO3 como base. Se observaba una liberación gaseosa a la equivalencia. El primer indicador fue pues un extracto de girasol. Las dosificaciones consistían entonces en el estudio analítico de las aguas minerales. Se adoptaron rápidamente varios otros indicadores naturales. () Se puede citar la alcachofa, el col rosa o también la remolacha. En efecto, estos compuestos presentan toda la propiedad de cambiar de color en función el pH. Pero estos compuestos presentan defectos importantes: su zona de vuelta es ancha y poco precisa, y depende incluso de la naturaleza del vegetal en cuestión. El sigloXIX ve el desarrollo considerable de química orgánica y la puesta a punto síntesis de nuevas sustancias que servirán de indicadores, como el fenolftaleína o el azul de bromotimol utilizados por Luck (1877), y el fluoresceína (1876). Estos indicadores permiten dosificaciones más precisas. En la actualidad, un enorme número de indicadores químicos pueden utilizarse. La col roja permanece utilizada, pero más bien con carácter pedagógico en los cursos de química.
BASES TEÓRICAS ACIDOS Y BASES Los ácidos y las bases, son dos tipos de compuestos químicos que presentan características opuestas
Los ácidos: -Tienen un sabor picante -Dan un color característico a los indicadores (ver más abajo) -Reaccionan con los metales liberando hidrógeno-Reaccionan con las bases en un proceso denominado neutralización en el que ambos pierden sus características.
Las bases: -Tienen un sabor amargo -Dan un color característico a los indicadores (distinto al de los ácidos) -Se sienten jabonosas al tacto. (Caballero, E.; Ramos, F. (2006))
ACIDOS Y BASES SEGÚN BRØNSTED-LOWRY Esta teoría establece que los ácidos son sustancias capaces de ceder protones (iones hidrógeno H+) y las bases sustancias capaces de aceptarlos. Aún se contempla la presencia de hidrógeno en el ácido, pero ya no se necesita un medio acuoso: el amoníaco líquido, que actúa como una base en una disolución acuosa, se comporta como un ácido en ausencia de agua cediendo un protón a una base y dando lugar al anión (ion negativo) amida.
ACIDOS Y BASES SEGÚN ARRHENIUS. Arrhenius definió los ácidos como sustancias químicas que contenían hidrógeno, y que disueltas en agua producían una concentración de iones hidrógeno o protones, mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius definió una base como una sustancia que disuelta en agua producía un exceso de iones hidroxilo, OH-.
La teoría de Arrhenius ha sido objeto de críticas. La primera es que el concepto de ácidos se limita a especies químicas que contienen hidrógeno y el de base a las especies que contienen iones hidroxilo. La segunda crítica es que la teoría sólo se refiere a disoluciones acuosas, cuando en realidad se conocen muchas reacciones ácido-base que tienen lugar en ausencia de agua.
ACIDOS Y BASES SEGUN LEWIS. Según Lewis, las definiciones para ácidos y bases son: •
Un ácido de Lewis es una sustancia capaz de aceptar (y compartir) un par electrónico.
•
Un ácido de Lewis es una sustancia capaz de donar (y compartir) un par electrónico.
Todas las sustancias químicas que son ácidos según las teorías de Arrhenius y de Bronsted Lowry también lo son de acuerdo con la teoría de Lewis. Todas las sustancias que son bases según las teorías de Arrhenius y de Bronsted - Lowry lo son también de acuerdo con la teoría de Lewis. Según esta teoría, un ión hidrógeno, H+, no deja de ser un ácido, y un ión hidróxido OH-, es todavía una base, pero las definiciones de Lewis expanden el modelo ácido-base más allá de los modelos de Bronsted y Arrhenius. Las definiciones de Lewis de los ácidos y bases tienen una importancia especial en la química orgánica, pero las definiciones de Arrhenius o de Bronsted - Lowry son por lo general adecuadas para explicar las reacciones en solución acuosa.
INDICADOR Un indicador es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utiliza como indicador sustancias químicas que cambia su color al cambiar el pH de la disolución. El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o desprotonación de la especie. Los indicadores ácido-base
tienen un intervalo de viraje de unas dos unidades de pH, en la que cambian la disolución en la que se encuentran de un color a otro, o de una disolución incolora, a una coloreada. Además, el pH es una medida de la acidez o basicidad de una solución. Los más conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalo de pH 3,1 - 4,4, de color rojo a naranja, y la fenolftaleína, que vira desde un pH 8 hasta un pH 10, transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados / violetas. Además se pueden usar indicadores caseros como la disolución resultante de hervir con agua col lombarda (repollo colorado), pétalos de rosa roja, raíces de cúrcuma a partir de las cuales se obtiene curcumina, y otros(entre los cuales podemos destacar a la col morada y la piel de ciruela, que son usadas por algunas culturas indígenas). Los indicadores de pH tienen una constante de protonación, K, que informa sobre el desplazamiento de la reacción de protonación de la forma básica del indicador.
Se dice que el cambio de color de un indicador es apreciable cuando la concentración de la forma ácida o de la forma básica es superior o igual a 10 veces la concentración de la forma básica o la forma ácida respectivamente. De las hojas de repollo morado se puede obtener un indicador para así diferenciar entre ácidos y bases esto es debido a que el repollo morado además de clorofila tiene otros pigmentos sensibles a la acidez como la antocianina y otros flavonoides. Estos pigmentos son solubles en agua, en ácido acético, y en alcohol, por lo que en un medio acido o básico la estructura química del extracto de repollo cambia y muestra los diferentes colores que permiten identificar mediante un patrón establecido de colores a una sustancia como acida y como básica. Al agregarle diferentes sustancias al indicador su color debería variar según el pH de esta. Si cambia a color rosado podremos comprobar que el pH es menor de 7,0 cuando cambia a color azul se determina que es neutro es decir 7,0 y cuando es torna verde quiere decir que es mayor a dicha cantidad.
Hablando de manera mas especifica el color del pigmento en función de pH es: Rojo intenso 2 (muy ácido), Rojo violáceo (rosa) 4, Violeta 6, Azul violeta 7 (neutro), Azul 7.5, azul (agua marina) 9, Verde azulado 10, Verde intenso 12 (muy básico).
Figura Nº1. Escala del indicador de repollo morado Lo que sucede con el indicador de repollo es una simple reacción ácido base, es decir, cuando el jugo de repollo entra en contacto con ácidos, la estructura química del jugo de repollo adquiere una estructura y cuando el jugo de repollo entra en contacto con bases, adquiere otra. En medio ácido el jugo de repollo (que es morado) se torna rojo por que los anillos de benceno (moléculas hexagonales con dobles enlaces internos) se conjugan; mientras que en medio básico el jugo de repollo se torna verde o azul, por que la conjugación que existía se destruye, y por ende ya no va a exhibir coloración roja. (http://cosasdequimicos.blogspot.com/2009/02/indicador-de-repollo-morado.html)
Figura Nº2. Estructuras del indicador de repollo morado en medio ácido y en mediobásico, respectivamente PAPEL TORNASOL Este método es más barato, pero es más inexacto que los otros. Por eso se dice que este método es semicuantitativo, porque sólo muestra algo cercano a lo que es el pH de una disolución.
, Cuando la concentración de la forma ácida del indicador es igual a la concentración de la forma básica del indicador, la constante de protonación es igual a la inversa de la concentración de protones.
En este punto del pH, el color del indicador es una mezcla entre el color de la forma ácida y el color de la forma básica. Para obtener solamente el color de la forma básica, se debería aumentar 10 veces la concentración de la forma básica respecto a la de la ácida, según lo dicho antes, y para obtener el color de la forma ácida, se debería aumentar 10 veces la concentración de la forma ácida respecto a la de la básica. Con esto se tiene que el cambio de color de una forma a otra equivale a un factor de 100. Hablando en términos logarítmicos, equivale a 2 unidades de pH. Por tanto, la zona de viraje de un indicador suele estar entre una unidad por arriba y una por abajo de su logK. En resumidas cuentas, el papel pH, o papel tornasol, se vuelve rojo al mezclarse con ácidos y azul al mezclarse con sustancias básicas o alcalinas. El pH: una forma de medir la acidez.
Dado que las concentraciones de los iones H+ y OHˉ con frecuencia son números muy pequeños y, por tanto, es difícil trabajar con ellos, Soren Sorensen propuso, en 1909, una medida más práctica denominada pH. El pH de una disolución se define como el logaritmo negativo de la concentración del ión hidrógeno (en mol/L). pH = - log [H+] Esta ecuación es solo una definición establecida con el fin de tener números convenientes para trabajar con ellos. El logaritmo negativo proporciona un valor positivo para el pH, el cual, de otra manera sería negativo debido al pequeño valor de [H+]. Debido a que el pH sólo es una manera de expresar la concentración del ión hidrógeno, las disoluciones ácidas y básicas, a 25°C, pueden identificarse por sus valores de pH, como sigue: •
Disoluciones ácidas: [H+] > 1.0 x 10-7 M, pH < 7
•
Disoluciones básicas: [H+] < 1.0 x 10-7 M, pH > 7
•
Disoluciones neutras: [H+] = 1.0 x 10-7 M, pH =0
Figura Nº 3. Escala de pH y ejemplos de sustancias comunes y su pH Con el logaritmo negativo de la concentración de iones hidróxido de una disolución se puede obtener una escala del pOH, análoga a la del pH. Así, el pOH se define como: pOH = -log [OHˉ] Ahora al considerar la constante del producto iónico del agua: [H+] [OHˉ] = Kw = 1.0 x 10-14 Al tomar logaritmo negativo en ambos lados, obtenemos: pH + pOH = 14 Esta ecuación nos proporciona otra forma de expresar la relación entre la concentración de los iones H+ y la concentración de los iones OHˉ. Para mantener el pH dentro de un margen estrecho se usa una combinación de compuestos llamados sistemas reguladores. La operatividad de una disolución reguladora depende del ión común, este término se usa para describir el comportamiento de una disolución en la que un mismo ión es producido por 2 compuestos diferentes. Una solución amortiguadora es aquella que resiste un cambio de pH aunque se le añada pequeña cantidades de un ácido o una base fuerte. En general, estas soluciones están constituidas por un ácido débil y su sal (base conjugada) o una base débil y su sal (ácido conjugado). En el primer caso: Disolución de un ácido débil con una sal iónica soluble del ácido débil.
pH = pKa + log En el segundo caso: Disolución de una base débil con una sal iónica soluble de la base débil.
pOH = pKb + log
. (http://endercarmona.galeon.com/fabricar.html)
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La Química es la Ciencia Natural que estudia la materia, su estructura, propiedades y transformación a nivel atómico, molecular y macromolecular. Esta ciencia ha sido considerada como una de las Ciencias Centrales ya que es de importancia en muchos campos del conocimiento, como la ciencia de materiales, la biología, la medicina, la geología, la ingeniería y la astronomía, entre otros. Varios científicos brillantes dedicaron gran parte de su vida a estudiar con profundidad la naturaleza de los compuestos químicos, así como sus propiedades físicas y químicas más importantes. La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos químicos consideran los ácidos como dadores de protones y las bases como aceptadoras. En base a esto, clasificaron a los compuestos inorgánicos (únicos conocidos por entonces) en tres grandes grupos: ácidos, bases y sales. En un principio, la clasificación de las sustancias como ácidos o bases se basó en la observación de una serie de propiedades comunes que presentaban las disoluciones acuosas. Luego se establecieron una serie de propiedades comunes a todos los ácidos y bases, que fueron extendiéndose con el transcurso del tiempo. Debido a que la química de los ácidos y las bases, está involucrada en muchas áreas de la industria como la farmacéutica, petroquímica, petrolera, alimenticia, entre otras, se ha tomado la iniciativa de experimentar y estudiar las propiedades de diferentes artículos de uso común mediante la medida de su pH para nivel de acidez y alcalinidad, así mismo se pretende elaborar un indicador ácido-base que permita observar de una manera sencilla y didáctica los cambios del medio al cambiar su carácter ácido ó básico.
Se planteó la siguiente interrogante ¿Cómo se puede identificar el carácter básico o ácido de los artículos de uso común? En este caso el experimento a realizar es preparar un indicador natural empleando repollo morado, que permita observar de acuerdo el medio ácido o básico de la sustancia escogida, el cambio de color respectivo del indicador e identificarlo como ácido, base o elemento neutro. Por otra parte, comprobar dichos resultados mediante el uso de papel indicador de tornasol el pH de los diferentes artículos.
OBJETIVOS Objetivo General: Identificar el carácter básico o ácido de artículos de uso común mediante el empleo de un indicador de pH natural.
Objetivos Específicos: - Extraer la Antocianina del repollo morado para la fabricación de un indicador de pH. -Preparar soluciones a partir de compuestos conocidos en el hogar para determinar su pH.
HIPOTESIS Al agregarle el indicador preparado a las diferentes artículos de uso común, su color varía según el pH de esta.
Variable independiente: pH de los artículos Variable dependiente: Color del indicador preparado. JUSTIFICACION.
Este proyecto es realizado con el fin de profundizar nuestros conocimientos sobre la química de los compuestos ácidos-base, también sobre las propiedades en este caso de el pH, en los artículos utilizados en el hogar para comprobar que no es necesario ser un experto en la química para identificar diferentes características de los productos que a diario empleamos, y como pueden ser aprovechados estos conocimientos a medida que aumenta el consumo de dichos artículos. Ya que, al pasar de los años se ha incrementado notablemente el interés por clasificar cada compuesto y así hacer un uso adecuado de cada uno de ellos, de aquí que haya surgido la inquietud de cómo identificar el carácter básico o ácido de los compuestos empleando indicadores de pH de fácil acceso. Aplicando las alternativas expuestas se puede identificar el carácter acido o básico de cada sustancia empleada como muestra.
MARCO METODOLÓGICO Diseño de la Investigación El proyecto se basa en una investigación experimental puesto que está integrado por métodos y técnicas realizadas con el fin de recolectar información y los datos necesarios para resolver el problema, que en este caso consiste en someter a prueba muestras de artículos de uso conocido para observar los efectos o reacciones que se producen. En cuanto al nivel la investigación es netamente explicativa, por cuanto su propósito es demostrar que los cambios en la variable dependiente fueron causados por la variable independiente. Es decir se pretende establecer con precisión una relacion causa-efecto. (Según Arias Fidias, 2006)
RECURSOS NECESARIOS Recursos Humanos: se requiere de personas que puedan aplicar las encuestas para realizar el análisis sensorial.
Esta investigación es posible hacerla mediante experimentos sencillos de realizar, la información se pudo recolectar por diferentes medios como Internet y libros de texto. El procedimiento que se debe seguir para la identificación de los compuestos es el siguiente: -Cortar en trozos pequeños hojas de repollo morado (cuanto más oscuras mejor) -Colocar en un recipiente con agua caliente hasta que hierva durante varios minutos. -Separar las sustancias sólidas del liquido caliente mediante un tamiz o colador, aproximadamente 10 minutos. -El líquido obtenido será el indicador. -Toma muestras de diferentes compuestos que sean accesibles, y preparar soluciones de diferente concentración y composición -Agregar el indicador en las muestras preparadas. -Clasificar cada compuesto de acuerdo a la coloración obtenida. (Molina, Vanessa 2007).
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tabla Nº1. Resultados obtenidos al agregar el indicador de repollo morado a las muestras preparadas y al utilizar el papel tornasol.
Enva
Solución
Cambio de color
Indicador
pH
Agua de
4.5
se
1
Jugo
Rosad
Azul-
Verd
o
Morado
e
X
repollo 2
3
Leche
Cloro
X
X
Agua de
6.7 a
repollo
8
Agua de
6.5
repollo 4
Desinfecta
X
nte 5
Vinagre
Agua de
9.8
repollo X
Agua de
2.9
repollo 6
Champú
X
Agua de
5.5
repollo 7
Agua
X
jabonosa
Agua de
9a
repollo
10
ANALISIS DE RESULTADOS En los ensayos realizados se evaluó el cambio de color del indicador realizado con el repollo morado empleando las diferentes soluciones preparadas, se logró observar el cambio de color sugerido en las fuentes utilizadas para la realización del experimento, al analizar los resultados obtenidos en la tabla Nº 1 se tiene que al agregarle el extracto de repollo a las muestras, el cambio de color morado a color rosado se observo para un pH inferior a 7 es decir, en medios ácidos, el cambio a color azul para un pH igual a 7
es decir un medio neutro y el cambio a color verde para un pH superior a 7 ó medio básico. Por otra parte se comprobó el carácter acido y básico de cada solución empleando papel tornasol que es un indicador de uso común, con el cual se pudo establecer que efectivamente el indicador a base de Antocianina extraída del repollo morado es útil para clasificar de una manera general a una variedad de compuestos que se pueden encontrar en cualquier hogar o sitio de trabajo, lo que resulta muy interesante puesto que cualquier persona tiene acceso a realizar dicho experimento e instruirse un poco más acerca de estas características tan importantes de los compuestos.
CONCLUSIONES -Se clasificaron varias sustancias tales como vinagre, jugo de naranja jugo de limón como acidas puesto que se observó el cambio de color morado a color rosado al agregarle el extracto de repollo. - Se clasificaron varias sustancias tales como agua, leche como neutras puesto que se observó el cambio de color morado a color azul al agregarle el extracto de repollo. - Se clasificaron varias sustancias tales como desinfectante, agua jabonosa como básicas puesto que se observó el cambio de color morado a color verde al agregarle el extracto de repollo. -Se comprobó el carácter acido y básico de cada solución empleando papel tornasol como indicador . -Se estableció el uso efectivo del indicador a base de Antocianina extraída del repollo morado, para clasificar de una manera general a una variedad de compuestos que se pueden encontrar en cualquier hogar o sitio de trabajo.
RECOMENDACIONES -Utilizar ropa sencilla al momento de manipular las soluciones para no mancharse. -Preferiblemente usar envases de plástico para desecharlos luego. -Luego de hervir el agua del repollo esperar a que se enfríe para no quemarse. -Utilizar un repollo preferiblemente morado.
BIBLIOGRAFÍA -Arias Fidias G. (2006). El Proyecto de Investigación. Introducción a la metodología científica. 5ta Edición. Caracas-Venezuela. Pág.33-61. -Caballero, E.; Ramos, F. (2006) “Química”. Cuarta Edición. Distribuidora Escolar. Caracas-Venezuela. -Molina, Vanessa (2007). “Guía propuesta de laboratorio de fisicoquímica”. Universidad de los Andes. Mérida. Pág. 18. http://endercarmona.galeon.com/fabricar.html http://html.rincondelvago.com/reconocimiento-acidos-y-bases.html http://cosasdequimicos.blogspot.com/2009/02/indicador-de-repollo-morado.html
