Download Ing. Paula Sceni Trabajo Práctico Nº 4 SACAROSA

Universidad
Nacional de
Quilmes
Área Química
Química 1
Trabajo Práctico Nº 4
SACAROSA
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
PARTE A: PROPIEDADES COLIGATIVAS
Si se disuelve un soluto en un líquido, hay ciertas propiedades de la solución
que se irán modificando de acuerdo con la naturaleza y cantidad de soluto
agregado, como por ejemplo la densidad, viscosidad, conductividad eléctrica,
etc. Sin embargo, existen algunas propiedades que no dependen de la
naturaleza del soluto agregado sino del número de partículas de éste,
cualquiera que sea su naturaleza química. A estas propiedades se las conoce
como propiedades coligativas. El ascenso ebulloscópico y el descenso
crioscópico son ejemplos de este tipo de propiedades.
Ascenso ebulloscópico y descenso crioscópico
Si se agrega un soluto al agua, la solución formada hervirá (a una presión de 1
atm) a una temperatura mayor a 100ºC (ascenso ebulloscópico) y solidificará a
una temperatura inferior a 0ºC (descenso crioscópico).
Estas variaciones de la temperatura de ebullición y fusión de las soluciones con
respecto a las temperaturas de ebullición y fusión del solvente puro, se pueden
calcular a partir de la Ley de Roult (ecuaciones 1 y 2, respectivamente)
∆Te = Ke. m
(1)
∆Tc = Kc. m
(2)
donde:
§ m es la molalidad de la solución (moles de soluto/ Kg solvente).
§ Ke es la constante ebulloscópica.
§ Kc es la constante crioscópica.
§ ∆Te es la diferencia entre la temperatura de ebullición de la solución y el
solvente.
§ ∆Tc es la diferencia entre la temperatura de fusión de la solución y el
solvente
Los solutos iónicos como el NaCl que se disocia en agua en Na+ y Cl-, provocará
por ionización una variación del doble que en el caso de un soluto no iónico,
como la sacarosa.
∆Te = Ke. 2 m ó ∆Tc = Kc. 2 m
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Tabla de Constantes Ebulloscópicas y Crioscópicas a Presión Normal
Solvente
Agua
Ácido Acético
Acetona
Etanol
Tfus(ºC)
0
16,7
-95
-117
Teb(ºC)
100
118
56
78,3
Ke (ºC.kgsv/mol) Kc (ºC.kgsv/mol)
0,512
-1,86
3,07
-3,9
1,71
1,22
PARTE B: ¿ESTADO CRISTALINO O AMORFO?
Estados de agregación de los alimentos
Los alimentos son sistemas complejos constituidos por diferentes componentes
(agua, proteínas, lípidos, hidratos de carbono, sales, etc.) y presentan en la
mayoría de los casos 2 o más fases. Cada una de ellas puede estar en estado
sólido, líquido o gaseoso y por cambios de temperatura y/o presión durante los
procesos de elaboración, el almacenamiento o el consumo pueden experimentar
transiciones de fase (cambios en el estado de agregación), las cuales afectan la
calidad, estabilidad y funcionalidad 1de los alimentos.
La movilidad de las partículas y su ordenamiento son características distintivas
de cada estado de agregación. En estado gaseoso las partículas se mueven
libremente y no poseen regiones de distribución ordenada. En estado líquido,
las partículas se deslizan libremente entre sí y poseen pequeñas regiones
ordenadas. En el estado sólido, a diferencia de los fluidos, la movilidad de las
partículas es mínima (vibraciones alrededor de posiciones fijas) y se pueden
dividir según posean regiones ordenadas o no, en cristalinos y amorfos,
respectivamente (Fig 1).
Cristalino
Amorfo
Fig 1: Estados sólidos de la materia
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El término funcionalidad se define como toda propiedad no nutricional que influye en el
comportamiento (color, textura, sabor, etc) de algunos componentes de un alimento.
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Los sólidos cristalinos, como puede encontrarse al hielo, al azúcar de mesa
(sacarosa) y a la sal de mesa (NaCl) tienen rigidez y orden de largo alcance; sus
partículas ocupan posiciones específicas formando celdas unitarias (unidades
básicas) que se repiten a lo largo de toda la red tridimensional. Existen 7 tipos
de celdas unitarias: cúbica simple, tetragonal, ortorrómbica, romboédrica,
monoclínica, triclínica y hexagonal (Fig 2).
En cambio, los sólidos amorfos, como el vidrio y los caramelos, tienen una
estructura desordenada al igual que los líquidos, pero debido a su alta
viscosidad, no fluyen naturalmente.
Fig 2: Tipos de celdas unitarias
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Los hidratos de carbono
Los hidratos de carbono son sustancias formadas por hidrógeno, carbono y
oxígeno y presentan la fórmula general Cx(H2O)n. Se los puede clasificar en
monosacáridos (una sóla molécula), disacáridos (2 moléculas unidas),
oligosacáridos (3 a 10 moléculas unidas) o polisacáridos (más de 10 moléculas
unidas).
La mayoría de los azúcares simples (mono y disacáridos) poseen sabor dulce,
en la siguiente tabla se muestra algunos azucares comunes en alimentos:
Alimento
Azucar de mesa
Miel
Frutas
Leche
Principal azucar
Sacarosa
Fructosa + Glucosa
Fructosa + Glucosa + Sacarosa
Lactosa
La sacarosa (disacárido de peso molecular 342g, formado por glucosa y
fructosa, Fig 3) se extrae de la caña de azúcar o de la remolacha azucarera.
Puede encontrarse en estado cristalino (azucar de mesa) o amorfo (caramelos).
Este azucar es uno de los más abundantes en la naturaleza y el más empleado
en la elaboración de alimentos.
Fig 3: Molécula de sacarosa
OBJETIVOS DEL TP
§ Estudiar el ascenso ebulloscópico de una solución acuosa de sacarosa.
§ Obtener sacarosa en estado cristalino y en estado amorfo.
§ Observar con una lupa y comparar la estructura de los sólidos obtenidos.
§ Discutir la relación entre las condiciones de elaboración (concentración y
tiempo) con la estructura de los sólidos obtenidos.
§ Discutir posibles aplicaciones en alimentos de azúcares en estado amorfo y
cristalino.
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REALIZACIÓN DEL TP
1) Obtención de caramelo de sacarosa en estado amorfo
§ Mezclar en un recipiente 250 g de azúcar, 100 g de agua y 10 gotas
de jugo de limón.
§ Tapar el recipiente, calentar y medir la temperatura a la cual
comienza la ebullición (T1).
§ Destapar el recipiente y continuar calentando hasta que se advierta
cambio de color moderado.
§ Volver a medir la temperatura y verter inmediatamente el caramelo
sobre papel aluminio.
§ Dejar enfriar.
2) Obtención de cristales de sacarosa
§ Colocar 1 taza de agua y 1½ taza de azúcar en un recipiente.
§ Tapar el recipiente, calentar hasta ebullición, medir la temperatura
(T2) e inmediatamente retirar del fuego.
§ Transferir el líquido a un frasco.
§ Dejar enfriar hasta temperatura ambiente e introducir un palito de
brochette (con cristales de azúcar pegados en la superficie) cuidando
de no llegar hasta el fondo del frasco.
§ Dejar reposar (sin mover) durante 1 semana hasta que se formen los
cristales de azúcar alrededor del palito
§ Una vez listo, retirar el palito y dejar secar.
§
Observar ambos
estructuras.
productos
con
una
lupa
y
comparar
sus
ACTIVIDADES
Ejercicio 1
a) Hacer los supuestos o mediciones necesarias para calcular la concentración
de la solución de sacarosa de los items 1 y 2. Expresar los resultados en:
i) %p/p
ii) %p/v
iii) M
iv) m.
b) ¿Cuál de las 2 soluciones está más concentrada?
Ejercicio 2
a) A partir de la Ley de Roult calcular la temperatura inicial de ebullición de
cada muestra.
b) ¿En que muestra la temperatura de ebullición es mayor? ¿Por que?
c) Comparar los resultados teóricos con los obtenidos experimentalmente (T1 y
T2).
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Ejercicio 3
Para la elaboración de cristales de sacarosa se debe dejar reposar la solución
durante 1 semana, sin embargo los caramelos se obtienen rápidamente.
a) ¿Se podrían formar cristales en el mismo tiempo que se forma un sólido
amorfo? ¿Por qué?
b) ¿Como se relaciona el tiempo necesario para la obtención de cada producto
con su estructura?
c) ¿Cómo se relaciona la concentración de la solución con la estructura de las
muestras obtenidas?
Ejercicio 4
Dar ejemplos de alimentos que se encuentren en estado amorfo y en estado
cristalino.
REFERENCIAS
Chang, R. Química (1992). Capítulo 11. Mc Graw Hill, México.
Chirife, J. Apuntes del curso “Introducción al fenómeno de la Transición Vitrea
y sus aplicaciones en la estabilidad física de alimentos y biomateriales”. Abril
de 2005.
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