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CONSERVANDO Y PREPARANDO ALIMENTOS Y POTABILIZANDO AGUA.

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Academic year: 2022

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CONSERVANDO Y PREPARANDO ALIMENTOS Y POTABILIZANDO AGUA.

TEMARIO FISICO-QUÍMICA 1º BACHILLERATO

BLOQUE 2: ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LA QUÍMICA

ÓSMOSIS

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¿Qué es y para qué sirve?

Ósmosis: Conservando y preparando alimentos y potabilizando agua

Supongamos que separamos dos soluciones de distinta concentración por medio de una membrana semipermeable (Figura 1), que deja pasar el disolvente pero no los productos disueltos. El disolvente empieza a pasar del lado menos concentrado al más concentrado, hasta que los dos lados tienen la misma concentración.1 Este movimiento del solvente a través de una membrana se denomina ósmosis, y tiene gran importancia.

Por ejemplo, las células intercambian agua con su entorno, sin gastar energía, gracias a este fenómeno. Las semillas germinan en tiempo húmedo tras hincharse de agua, gracias a la ósmosis. Y también por eso podemos conservar alimentos. ¿No has notado que las mermeladas duran muchísimo tiempo, pese a que están llenas de ricos azúcares? ¿Y que las salazones de carne o pescado tampoco se estropean pese a lo nutritivas que serían para los microbios? Lo que ocurre es que cuando un microorganismo entra en estos alimentos, su membrana celular actúa como una membrana semipermeable. La mermelada o la salazón son claramente el lado con menos agua, más concentrado….y

“chupan” el agua del microbio hasta matarlo. ¡Hay pocos organismos que sean capaces de sobrevivir a esta trampa! Por otra parte, si una célula se cayera en agua destilada, se hincharía hasta reventar. Para defenderse de las variaciones de agua en el entorno (que suelen ser menos extremas), las células tienen mecanismos para expulsar agua o expulsar iones, pero eso les hace gastar energía, y si el desequilibrio es muy grande, al consumir sus reservas energéticas acaban muriendo.

Figura 1. Osmosis normal

La ósmosis también puede hacerse al revés (ósmosis inversa), pasando el disolvente del lado más concentrado al menos concentrado, pero para eso hay que aplicar energía, haciendo presión sobre la solución más concentrada. La ósmosis inversa se usa mucho

1 O hasta que la presión hidrostática (debido a la altura del liquido) compensa a la presión osmótica (debida a la diferencia de concentraciones)

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en la potabilización de aguas saladas. Si la columna de agua salobre es mucho más alta que la de agua dulce, se puede lograr que la presión hidrostática, debida al peso del agua de la columna, sea mayor que la presión osmótica, debida a la diferencia de concentraciones, y así el agua pasa del lado salado al dulce (el proceso se favorece si continuamente vamos retirando el agua dulce que se genera). Podemos favorecer más la ósmosis inversa presionando con maquinaria la columna de agua salada (Figura 2).

Figura 2. Osmosis inversa

Gracias a este método, se ha logrado desalinizar agua de mar hasta volverla potable, y también eliminar impurezas del agua dulce, como nitritos, nitratos, restos de aceites, etc.

Además, la ósmosis inversa se ha usado mucho en alimentación (preconcentrados de zumos, leche, fécula de patata, cervezas sin alcohol, etc)

La ósmosis inversa se ha usado también en la industria, por ejemplo en la industria textil se generan efluentes (agua con contaminantes) al dar color al tejido. Los efluentes se someten a filtración y a ósmosis inversa, lo que permite recuperar tintes por una parte y por otra obtener agua reciclada. En la industria del automóvil, la carrocería recién pintada2 se lava con agua, y el efluente se somete a ultrafiltración que retiene la pintura, y el líquido permeado se somete a ósmosis inversa para separar otras impurezas del agua que se recicla. La ósmosis inversa también se usa para poder recircular agua en circuitos de refrigeración de las centrales eléctricas.

¿Y qué membranas se pueden usar? Las membranas comerciales más usadas son de poliamida y de acetato de celulosa, aunque esta última va cayendo en desuso. Para usos caseros, podemos usar la piel de la cáscara de huevo o de muchos embutidos, y el celofán (que es un derivado de la celulosa).

2 Al hablar de la ley de Coulomb comentaremos el método de pintado, que es por electrodeposición de la pintura.

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Filtración y Diálisis

Algunas membranas semipermeables dejan pasar no sólo el disolvente, sino solutos muy pequeños. La parte que cruza la membrana se llama "permeado" y la que no cruza, se denomina "rechazo". Este tipo de filtración es el principio de la diálisis.

La “diálisis natural” se hace en nuestro cuerpo en el riñón, que en los glomérulos tiene una membrana semipermeable que permite pasar agua, urea, y otras impurezas para formar la orina, pero no deja pasar los glóbulos rojos, glóbulos blancos, o sustancias de gran tamaño como la albúmina de la sangre (si en los análisis aparecen sangre o albúmina es que hay fallo renal grave).

Cuando falla el riñón, el cuerpo no puede eliminar bien las sustancias tóxicas y poco a poco se va envenenando. Cuando hay fallo renal grave, el paciente muere a menos que se someta a diálisis (o a trasplante). ¿En qué consiste la diálisis? La sangre del paciente se extrae y se pasa por un aparato que contiene una membrana semipermeable. A un lado de la membrana se pasa la sangre. Al otro lado se pasa un líquido de diálisis3. Las sustancias de gran tamaño de la sangre, así como los glóbulos rojos y los glóbulos blancos, no pasan, pero sí pueden atravesarla la urea y otras sustancias tóxicas. La urea está muy concentrada en la sangre pero muy poco en el líquido de diálisis, así que pasará hacia el líquido de diálisis. Al cabo de un rato, la sangre se va limpiando y se vuelve a introducir en el cuerpo.

3 Ojo, el liquido de diálisis no es agua destilada, sino parecido al suero fisiológico. ¿Qué pasaría si fuera agua destilada? (SOLUCIÓN: Recordemos lo que les pasaba a las bacterias, y pensemos en nuestros glóbulos)

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Las manos en la masa

Hinchando y arrugando semillas y frutos secos: procedimiento experimental

Como decíamos antes, el fenómeno de ósmosis es vital para la germinación de las semillas. Por otra parte, cuando se cocinan legumbres o cereales, se suelen dejar en agua unas horas para hacerlas más tiernas y disminuir el tiempo que tardan en cocinarse. Para ver qué ocurre, vamos a poner varios experimentos:

a) Judías secas en agua destilada

b) Judías tiernas en sal (o en salmuera muy concentrada) c) Guisantes tiernos en agua destilada

d) Guisantes tiernos en sal (o en salmuera muy concentrada) e) Trigo tierno seco en agua

Tras unas horas (6-10 h), comprobamos el aspecto de los mismos.

A B

C D

E

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El efecto se acentúa con frutos secos de medio o gran tamaño. Un experimento rápido para ver el fenómeno de ósmosis se hace con orejones de albaricoque. Se seleccionan dos orejones de similar tamaño, y se pone uno de ellos a remojo en agua (si es destilada se ve más rápido). De arriba abajo, a las 2 h, a las 6 h y a las 24 h, en que se ha regenerado totalmente el albaricoque original (se ve el sitio por donde se sacó la semilla).

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Preparando membranas semipermeables a partir de cáscaras de huevos

Una membrana muy útil es la de cáscara de huevo, pero es una membrana tan fina que al intentar separarla de la cáscara se desgarra fácilmente. Para evitar este problema, y al mismo tiempo tener la membrana en un recipiente rígido, vamos a fabricar nuestro recipiente metiendo la cáscara en un vaso con un fondo de vinagre. El vinagre es un ácido e irá disolviendo el extremo de la cáscara. Como es un ácido débil, cuando llegue a la membrana no la va a dañar ni digerir.4

Tras 1 h de colocar la cáscara en el vinagre, la sacamos, lavamos con agua, y frotamos suavemente con una servilleta. La parte superficial del huevo se ha decolorado, pero aunque el cambio sea muy visible, aún queda bastante para llegar a la membrana. Cada 5 h conviene cambiar el vinagre. Las fotos del fondo muestran el aspecto del huevo a las 6 h y 15 h. Para acelerar la eliminación de los últimos restos de cáscara, se puede frotar suavemente la membrana con un trozo de papel empapado en vinagre.

4 NOTA: El vinagre es una disolución de ácido acético en agua. El ácido acético reacciona con el carbonato cálcico de la cáscara dando acetato cálcico y ácido carbónico, que se descompone para dar el gas CO2, que escapa del medio. Si lo escribimos con ecuaciones:

2 (AcOH) + CaCO3 → Ca(OAc)2 + H2CO3 H2CO3 → H2O + CO2

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Ahora, con nuestra membrana semipermeable, podemos hacer muchos experimentos distintos. Por ejemplo, podemos llenar el huevo de agua y colocarlo sobre un orejón reseco (podemos meterlos en un vaso para apoyarlos mejor). Tras solamente 1 h, se ve cómo el orejón está bastante húmedo y se está empezando a hinchar.5 Al cabo de unas pocas horas, el orejón se ha hinchado bastante con el agua que la membrana del huevo ha dejado pasar.

5 NOTA: El agua pasa a través de DOS membranas semipermeables: la del huevo y la piel del orejón.

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¿Se trata de un fenómeno de ósmosis o de filtración? Dependiendo de lo intacta que esté la membrana, retendrá o no solutos de distintos tamaños. Podemos verlo llenando el huevo de agua con una gota de colorantes de pastelería, o con café, leche (en vez de orina) y situándolo sobre la servilleta. ¿Se tiñe la servilleta, o solamente se humedece?

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Preparando membranas semipermeables con celofán

También se puede usar celofán para preparar una membrana semipermeable. Podemos hacerlo sencillamente metiendo un poco de papel de celofán en un vaso y asegurándolo al borde con una goma elástica. Luego se vierte un líquido sobre el papel de celofán y vemos si filtra el líquido. ¿Tarda más o menos que la membrana del huevo? ¿Qué pasa si hacemos lo mismo con látex (por ejemplo, un guante de cirujano? ¿Es permeable o impermeable?

El experimento puede hacerse a la inversa, poniendo el huevo vacío en un vaso lleno de agua ¿cuánto tarda en llenarse? Y si ponemos en el vaso una solución concentrada de sal o azúcar mientras que en el huevo ponemos unos 5 mL de agua destilada, ¿qué pasará?

¿Entrará o saldrá agua del huevo?

Se pueden preparar varias soluciones de azúcar en agua. La concentración se puede expresar de varias formas: como % en peso, con molaridades, etc. Nosotros vamos a usar el % en peso. Si decimos que una disolución de azúcar (sacarosa) en agua es del 10% quiere decir que hay 10 gr de azúcar por 100 mL de agua. Si fuera del 2%, querría decir que hay 2 gr de azúcar por 100 mL de agua. Prepararemos 50 mL de estas disoluciones: 5%, 20%, 50%. ¿Con cuál tardará más en llenarse el huevo?

¿Qué pasaría si pusiéramos en el vaso poca altura de agua pura (10 mL) y en cambio pusiéramos en el huevo mucha altura de agua con sal? ¿Cuándo sería la presión hidrostática lo suficientemente fuerte como para sobrepasar la presión osmótica y que saliera agua de la solución más concentrada a la menos concentrada? (ósmosis inversa).

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PROYECTO FCT-14-8256

Referencias

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