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LA ELECTROLISIS Y LA GERMINACION
INFORME ENSAYO EXPERIMENTAL
JAIME RUNSA LARGO
273325
PROFESOR JAIME VILLALOBOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DE FISICA
FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
I-2010
¿PUEDE LA ELECTROLISIS AFECTAR EL PROCESO DE GERMINACION DEL
FRIJOL?
OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL.
- Determinar si la electrolisis afecta el proceso de germinación del frijol.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
- Registrar las diferencias fisiológicas entre plantas de frijol que han sido germinadas
en diferentes condiciones electrolíticas.
- Explicar la relación que existe entre las condiciones electrolíticas y el estado de
desarrollo de una planta de frijol.
JUSTIFICACION.
El frijol, y en general todas las leguminosa son la principal fuente de proteína en la
dieta alimenticia de las poblaciones con pocos recursos.
Actualmente la tecnificación en el cultivo del frijol se enfoca principalmente en el
desarrollo de procesos de fertilización que lleven a la consecución de granos de mayor
calidad, ya sea en el aumento de tamaño o en el mejoramiento de alguna propiedad
organoléptica (sabor, color, composición nutricional, etc.) y que
a la vez sean
amigables con el ambiente, lo que resulta contradictorio; dado que la mejor manera de
conservar el ambiente y detener el deterioro de un suelo cultivable no es el cambio de
un fertilizante químico por otro, sino mas bien la optimización de uno hasta el punto en
el que la dosis necesaria se reduzca a niveles inofensivos para el suelo.
Conseguir que, de alguna manera, la planta absorba mas eficientemente una
sustancia que otra resultaría particularmente beneficioso pues se lograría tener cierto
grado de control respecto a las cualidades morfológicas que tendría la planta. Por
ejemplo, si se lograse que una planta de plátano sembrada en un suelo con bajo
contenido de potasio absorbiera ese elemento con mayor eficiencia que cualquier otro
perteneciente al suelo sin importar su concentración se obtendrías plátanos de mayor
tamaño al normal y sin la aplicación de ningún tipo de fertilizante químico. Por
supuesto, conseguir que una planta “busque” un mineral “ignorando” a otro solo seria
resultado de alteraciones genómicas de la misma planta, lo que definitivamente
resultaría engorroso, polémico y sumamente costoso.
Pero si en lugar de “reprogramar” las necesidades de la planta se consiguiera
manipular el medio de cultivo de forma tal que las sustancias que se desea que la
planta absorba sean mas accesibles que las que no entonces se estaría logrando el
mismo efecto y sin afectar la planta.
Como se explicara en detalle mas adelante, la absorción de sustancias por parte de
una planta se lleva acabo cuando las raíces entran en contacto con soluciones
acuosas contenidas en el suelo, llamadas coloides, en las que los minerales están
disueltos; estas soluciones tienen la particularidad de ser electrolíticas, es decir, las
sustancias que las componen se encuentran cargadas positiva o negativamente lo que
permite el paso de corriente eléctrica a través de ellas, de echo, cuando se hace pasar
una corriente eléctrica a través de una sustancia electrolítica se consigue un efecto de
polarización, este efecto es conocido como electrolisis.
En teoría, con la simple aplicación de una corriente eléctrica a un medio acuoso
electrolítico se lograría reconfigurar las posiciones de las sustancias que la componen
dependiendo de en donde se coloquen el cátodo y el ánodo.
Lo que se pretende con este experimento es poner a prueba la teoría y determinar si
realmente el paso de una corriente eléctrica a través de un medio de cultivo hace que
las sustancias que lo componen se orienten de forma tal que sean más o menos
accesibles para la planta, lo que se vería directamente reflejado en sus características
morfológicas.
MARCO TEORICO.
ELECTROLISIS Y ELECTROLITOS1.
La electrólisis es un método de separación de los elementos que forman un
compuesto aplicando electricidad: se produce en primer lugar la descomposición en
iones, seguido de diversos efectos o reacciones secundarios según los casos
concretos.
El proceso electrolítico consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un
determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia
estén presentes en la disolución. Posteriormente se aplica una corriente eléctrica a un
par de electrodos conductores colocados en la disolución. El electrodo cargado
negativamente se conoce como cátodo, y el cargado positivamente como ánodo. Cada
electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son
1
Fink. Donald G., Beaty. H. Wayne, Caroll. John M. Manual practico de electricidad para ingenieros.
Tomo III. Mc. Graw-Hill.
atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el
ánodo. La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración
en los electrodos, proviene de una fuente de potencia eléctrica que mantiene la
diferencia de potencial en los electrodos.
En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando
concentraciones de los elementos o compuestos deseados. Por ejemplo, en la
electrólisis del agua, se forma hidrógeno en el cátodo, y oxígeno en el ánodo. Esto fue
descubierto en 1820 por el físico y químico inglés Michael Faraday.
La electrólisis no depende de la transferencia de calor, aunque éste puede ser
producido en un proceso electrolítico, por tanto, la eficiencia del proceso puede ser
cercana al 100%.
Un electrólito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan
como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de iones en
solución, los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también
son posibles electrólitos fundidos y electrólitos sólidos.
Comúnmente, los electrólitos existen como soluciones de ácidos, bases o sales. Más
aún, algunos gases pueden comportarse como electrólitos bajo condiciones de alta
temperatura o baja presión. Las soluciones de electrólitos pueden resultar de la
disolución de algunos polímeros biológicos (ADN, polipéptidos, etc.) o sintéticos
(poliestirensulfonato, en cuyo caso se denominan polielectrólito) y contienen múltiples
centros cargados.
Las soluciones de electrólitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un
solvente tal como el agua, y los componentes individuales se disocian debido a las
interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, en un proceso denominado
solvatación. Por ejemplo, cuando la sal común, NaCl se coloca en agua, sucede la
siguiente reacción:
NaCl → Na+ + Cl−
También es posible que las sustancias reaccionen con el agua cuando se les agrega a
ella, produciendo iones. Por ejemplo, el dióxido de carbono reacciona con agua para
producir una solución que contiene iones hidronio, bicarbonato y carbonato.
En otras palabras, el electrólito es un material que se disuelve en agua para producir
una solución que conduce una corriente eléctrica.
Las sales fundidas también pueden ser electrólitos. Por ejemplo, cuando el cloruro de
sodio se funde, el líquido conduce la electricidad.
Si en un electrólito en solución una alta proporción del soluto se disocia para formar
iones libres, se dice que el electrólito es fuerte; si la mayoría del soluto no se disocia,
el electrólito es débil. Las propiedades de los electrólitos pueden ser explotadas
usando la electrólisis para extraer los elementos químicos constituyentes.
Cuando se colocan electrodos en un electrólito y se aplica un voltaje, el electrólito
conducirá electricidad. Los electrones solos normalmente no pueden pasar a través
del electrólito; en vez de ello, una reacción química sucede en el cátodo, consumiendo
los electrones del cátodo, y otra reacción ocurre en el ánodo, produciendo electrones
para ser capturados por el ánodo. Como resultado, una nube de carga negativa se
desarrolla en el electrólito alrededor del cátodo, y una carga positiva se desarrolla
alrededor del ánodo. Los iones en el electrólito se mueven para neutralizar estas
cargas para que las reacciones puedan continuar y los electrones puedan seguir
fluyendo.
Por ejemplo, en una solución de sal ordinaria (cloruro de sodio, NaCl) en agua, la
reacción en el cátodo será
2H2O + 2e− → 2OH− + H2
Con lo que burbujeará gas hidrógeno; la reacción en el ánodo es
2H2O → O2 + 4H+ + 4e−
Con lo que se liberará gas oxígeno. Los iones sodio Na+ positivamente cargados
reaccionarán hacia el cátodo, neutralizando la carga negativa del OH− ahí presente, y
los iones cloruro Cl− reaccionarán hacia el ánodo neutralizando la carga positiva del H+
de ahí. Sin los iones provenientes del electrólito, las cargas alrededor de los electrodos
harían más lento el flujo continuo de electrones; la difusión de H+ y OH− a través del
agua hacia el otro electrodo tomaría más tiempo que el movimiento de los iones de
sodio más prevalentes.
ABSORCION DE SUSTANCIAS DEL SUELO POR PARTE DE UNA PLANTA2.
El cambio o intercambio iónico es el proceso reversible por el cual son intercambiados
los cationes y los aniones principalmente entre las fases líquidas y sólidas. Se
considera que el intercambio catiónico es más importante en el suelo.
Cambio catiónico. Las fracciones del suelo entre las que ocurre el intercambio iónico
son la orgánica y la mineral, cuyas partículas tienen un diámetro menor a 20 micras,
que incluye una parte de la fracción limosa y la totalidad de la arcilla y materia coloidal.
Como los cationes tienen carga positiva son atraídos por las superficies cargadas
negativamente, que en la materia orgánica estas cargas provienen de los grupos COOH y -OH, y en menor proporción de los grupos -NH2. La carga en la arcilla
inorgánica proviene, generalmente, de la sustitución isomorfa (proviene de la
2
Fassbender. Hans W., Química de suelos con énfasis en suelos de América latina. Editorial IICA.
sustitución de un átomo de silicio o aluminio por un átomo de geometría similar y carga
inferior, está distribuida uniformemente sobre las láminas de arcilla) y de la ionización
de los grupos hidroxilo adheridos a los átomos de silicio en las aristas de las
superficies tetraédricas.
La carga negativa de los coloides orgánicos y minerales se neutraliza por los cationes
atraídos por la superficie de los coloides. A la cantidad de cationes expresada en miliequivalentes químicos (meq) por 100 g de suelo secado al horno se le denomina
capacidad de cambio catiónico (CCC) del suelo. Es una de las propiedades químicas
más importante del suelo porque está relacionada con la fertilidad y la acidez del
suelo.
El cambio catiónico significa el cambio de un catión por otro en la superficie de un
coloide. Los coloides del suelo han absorbido en sus sitios de intercambio cationes
como los del calcio, magnesio, potasio, sodio, amonio, aluminio, fierro e hidrógeno que
están retenidos con diferente intensidad, de acuerdo a su carga, capacidad de
hidratación y deshidratación. Como regla general, los iones de valencia 2 o 3 están
más intensamente unidos que los cationes monovalentes. También la mayor
capacidad de hidratación de un ion significa que está menos intensamente unido.
Como regla general, los suelos con grandes cantidades de arcilla y materia orgánica
tendrán una mayor capacidad de cambio catiónico que los suelos arenosos con bajo
contenido de materia orgánica. También los suelos con predominio de coloides 2:1
tendrán mayor capacidad de cambio catiónico que los suelos en los que predominen
coloides minerales 1:1. Generalmente, los coloides minerales 1:1 tienen una CCC de
10 a 20 meq/100 g de suelo; los 2:1 de 40 a 80 meq/100 g; y los coloides orgánicos de
100 a 200 meq/100 g.
Saturación de bases, es una propiedad importante de los suelos y se define como el
porcentaje de la capacidad de cambio catiónico total ocupada por cationes alcalinos
como el calcio, magnesio, sodio y potasio. La saturación de bases está relacionada
con el pH y la fertilidad del suelo, a mayor pH y mayor fertilidad de un suelo mayor es
el grado de saturación de bases. A mayor grado de saturación de bases es mayor la
facilidad con que los cationes son absorbidos por las plantas.
La carga total en los coloides del suelo depende de la carga permanente y de la carga
dependiente del pH. La carga permanente es originada por la sustitución isomorfa en
las redes de arcilla, mientras que la carga dependiente del pH proviene de los grupos
carboxilo y fenólicos en la materia orgánica del suelo y de la ionización del hidrógeno
de los grupos -OH, lo cual ocurre en las aristas rotas de los cristales de arcilla.
Contrariamente a l intercambio catiónico, la capacidad de retención de los aniones se
incrementa con el descenso del pH del suelo. El intercambio aniónico es mucho mayor
en suelos con alto contenido en arcillas 1:1 e hidróxidos de fierro y aluminio que en los
suelos con predominio de arcillas 2:1.
En el intercambio aniónico, un descenso del pH del suelo incrementa la activación de
los grupos alcalinos, incrementando su capacidad de aceptar protones, por ejemplo:
R-OH + HSO41- <=====> R-OH2+SO42R-NH2 + HCl <=====> R-ONH3+ Cl1En esta posición el anión será intercambiado por otros aniones producidos en el suelo,
por lo tanto se presenta el fenómeno de intercambio de aniones con el suelo. El
intercambio aniónico depende del pH, cuanto más ácido es el suelo mayor es la
adsorción de aniones.
METODOLOGIA
A fin de documentar los posibles cambios morfológicos que se presentan en una
planta de frijol germinada en un medio electrolítico se diseño el siguiente montaje
experimental:
Este montaje es básicamente el mismo que se usa para experimentos de separación
de materiales por electrolisis pero se debieron hacer ciertas modificaciones a fin de
minimizar la oxidación o reducción de algún elemento.
En el montaje la diferencia de voltaje esta dada por una batería AA y es de
aproximadamente 1,5 V (valor pequeño en comparación con los usados en
experimentos de separación de materiales que están entre los 9 y 12 V).
El ánodo y el cátodo son los mismos cables que salen de las terminales de la pila pero
sin el aislante (pelados); claro esta que la parte “pelada” solo es la que esta sumergida
en la solución acuosa. A fin de evitar filtraciones de la solución por los agujeros por los
que entran los electrodos dichos agujeros se sellan con silicona.
La solución acusa es una disociación de cloruro de sodio (NaCl) en agua, lo que
produce una solución con aniones –Cl (moléculas de cloro cargadas negativamente) y
cationes +Na (moléculas de sodio cargadas positivamente); en otras palabras la
solución acuosa es sal disuelta en agua. La concentración de la solución debe ser baja
para lograr que la corriente eléctrica que la atraviese sea mínima, lo que reducirá la
precipitación de partículas; es decir, como lo que se busca es que la solución se
polarice sin cambiar su contenido de un elemento u otro la corriente que la atraviese
debe ser mínima y a menor concentración de sal menor conductividad tiene la
solución.
Los fenómenos de oxidación y reducción definitivamente se presentaran en este
montaje particularmente se presenta la oxidación de cloro en el montaje 2. En todo
caso y si se tiene interés en conocer las ecuaciones y leyes físicas que rigen este
fenómeno
se
recomienda
revisar
el
siguiente
link:
http://www.fq.uh.cu/dpto/qf/uclv/infoLab/practics/practicas/Electrolisis/teoria.htm
Se prepararon 3 montajes como el de la figura 1.
Montaje 1. Referencia: Este montaje no tiene electrodos, es básicamente un recipiente
cilíndrico de 6 cm de diámetro y 10 cm de altura que contiene 250 ml de agua
destilada, es importante que sea destilada para evitar que en la electrolisis se generen
metales precipitados producto de las impurezas.
En la parte superior del recipiente se coloca una capa de algodón sobre la que se
deposita el grano de frijol que se va a germinar, es importante que el algodón entre en
contacto con el agua pero sin quedar sumergido.
El desarrollo de esta planta se considerara como “normal” y será el punto de
comparación para los demás montajes.
Montaje 2. Este montaje es exactamente igual al mostrado en la figura 1. Salvo que los
electrodos están conectados en sentido contrario, es decir, la terminal negativa de la
pila o cátodo queda conectado a la parte superior del recipiente y la terminal positiva o
ánodo queda conectado a la parte inferior del recipiente.
La solución acuosa esta compuesta de 150 gr de sal común (NaCl) disueltos en 250
ml de agua destilada, lo que nos da una concentración de poco mas de 0.6 gr por
mililitro; suficientemente alta para permitir el paso de la corriente eléctrica y el
procesos de electrolisis del sodio (Na).
La diferencia de potencial esta dada por una batería AA que genera aproximadamente
1.5 V.
En este montaje se espera que los cationes de sodio cargados positivamente se
ubiquen en la parte superior del recipiente y sean absorbidos con más facilidad por la
planta, y al mismo tiempo se espera que el cloro se evapore y la solución acuosa
contenga cada vez más sodio.
Montaje 3. Este montaje consiste en un recipiente que contiene la misma solución
acuosa del montaje 2 y con la misma concentración de cloruro de sodio (0.6 gr por
mililitro) pero no tiene conectado ningún tipo de electrodo, por lo que se espera que la
distribución de cationes Na y aniones Cl sea uniforme a través de todo el volumen.
RESULTADOS.
Los datos obtenidos se consignan en las tablas 1, 2 y 3.
IMPORTANTE: Las columnas correspondientes a área de hoja y longitud de raíz no
son medidas promedio de todas las hojas o de todas las raíces, sino que
corresponden a la longitud y al área de la primera raíz y la primera hoja que brotaron
en la planta, es decir, diariamente se median el área y la longitud de la misma hoja y
de la misma raíz únicamente; para tal fin dicha raíz y dicha hoja fueron marcadas
desde su brote. La decisión de hacerle seguimiento únicamente a una hoja y a una
raíz se da por fines prácticos, es mas sencillo realizar una curva de crecimiento para
un solo espécimen que para un promedio de estos, además de realizar la curva con
los promedios esta no seria representativa porque el área de una hoja recién brotada,
por ejemplo, es pequeña en comparación con el área de una hoja que lleva varios días
de desarrollo y al hacer un promedio se llegaría a que el área de las hojas disminuyo
con el tiempo, lo que no es para nada cierto.
Tabla 1. Seguimiento al desarrollo del Montaje 1 (Referencia).
Día
Característica de Planta
Longitud
Longitud
Numero
Área de
Numero
Color
Color
Color
del tallo
de raíz
de
hoja
de
del
de la
de las
(mm)
(mm)
hojas
(mm2)
raíces
tallo
raíz
hojas
1
0,0
6,0
0,0
0,0
1,0
---
Blanco
---
2
11,0
10,0
0,0
0,0
2,0
Verde
Blanco
---
Blanco
---
Blanco
---
Blanco
---
Blanco
Verde
pálido
3
24,0
22,0
0,0
0,0
4,0
Verde
pálido
4
38,0
35,5
0,0
0,0
5,0
Verde
pálido
5
57,0
59,4
0,0
0,0
7,0
Verde
pálido
6
74,0
82,3
2,0
100,0
9,0
Verde
claro
7
90,0
106,7
2,0
150,0
12,0
Verde
pálido
Blanco
claro
8
122,0
110,7
2,0
260,0
16,0
Verde
claro
Blanco
claro
9
150,0
123,6
4,0
375,0
20,0
Verde
162,0
135,0
4,0
489,0
23,0
Verde
Blanco
178,0
144,8
6,0
650,0
27,0
Verde
Blanco
192,0
150,3
6,0
700,0
30,0
Verde
Blanco
205,0
153,4
6,0
740,0
32,0
Verde
Blanco
212,0
155,6
6,0
745,0
33,0
Verde
Blanco
220,0
157,2
8,0
748,0
33,0
Verde
oscuro
Verde
oscuro
Blanco
oscuro
15
Verde
oscuro
oscuro
14
Verde
oscuro
oscuro
13
Verde
oscuro
oscuro
12
Verde
claro
oscuro
11
Verde
claro
claro
10
Verde
Verde
oscuro
Blanco
Verde
oscuro
Tabla 2. Seguimiento al desarrollo del Montaje 2 (Ánodo en la parte superior).
Día
Característica de Planta
Longitud
Longitud
Numero
Área
Numero
Color
Color de
Color
del tallo
de raíz
de
de
de
del
la raíz
de las
(mm)
(mm)
hojas
hoja
raíces
tallo
hojas
(mm2)
1
0,0
6,0
0,0
0,0
1,0
---
Blanco
---
2
12,0
9,0
0,0
0,0
2,0 Verde
Blanco
---
Blanco
---
Verde
Amarillo
---
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
3
25,0
20,0
0,0
0,0
4,0 Verde
pálido
4
5
6
7
8
41,0
60,0
78,0
95,0
130,0
34,7
60,2
85,7
110,4
115,1
0,0
2,0
2,0
2,0
4,0
0,0
85,0
110,0
163,0
286,0
4,0
7,0
9,0
15,0
20,0
claro
9
160,0
120,2
4,0
401,0
25,0
Verde
pálido
Amarillo
claro
10
177,0
132,5
4,0
527,0
30,0 Verde
intenso
Amarillo
claro
11
193,0
145,9
6,0
677,0
33,0 Verde
210,0
153,7
6,0
893,0
14
228,0
245,0
157,6
160,6
6,0
8,0
1089,0
pardo
intenso
Amarillo
Verde
pardo
intenso
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
36,0 Verde
1275,0
39,0
40,0
intenso
Verde
claro
13
Verde
Amarillo
claro
12
Verde
15
269,0
162,9
8,0
1496,0
42,0
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
Tabla 3. Seguimiento al desarrollo del Montaje 3 (Solución salina sin electrodos).
Día
Característica de Planta
Longitud
Longitud
Numero
del tallo
de raíz
de hojas
(mm)
(mm)
Área de Numero
Color
Color de la
Color
raíz
de las
hoja
de
del
(mm2)
raíces
tallo
1
0,0
5,0
0,0
0,0
1,0
---
2
10,0
8,0
0,0
0,0
2,0 Verde
hojas
Blanco
---
Blanco
---
Blanco
---
Verde
Amarillo
---
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
pálido
pálido
pálido
Verde
Amarillo
Verde
claro
pálido
intenso
Verde
Amarillo
Verde
pálido
3
23,0
19,0
0,0
0,0
4,0 Verde
pálido
4
5
6
7
8
9
40,0
59,0
76,0
92,0
125,0
155,0
35,3
57,8
84,5
107,1
113,8
121,6
0,0
2,0
2,0
2,0
2,0
4,0
0,0
70,0
101,0
155,0
270,0
383,0
4,0
6,0
10,0
13,0
18,0
22,0
claro
10
169,0
134,5
4,0
503,0
26,0 Verde
intenso
Amarillo
claro
11
186,0
144,8
4,0
661,0
31,0 Verde
intenso
Amarillo
claro
12
205,0
151,7
4,0
782,0
34,0 Verde
14
15
219,0
232,0
251,0
155,2
157,2
160,4
6,0
6,0
6,0
945,0
1094,0
1206,0
35,0
38,0
40,0
Verde
intenso
Amarillo
Verde
pardo
intenso
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
Verde
Amarillo
Verde
oscuro
pardo
intenso
claro
13
Verde
Para mayor claridad de lo que le sucedió a cada uno de los montajes se presentan los
gráficos 1,2 y 3 que muestran el crecimiento respecto al tiempo del tallo, la raíz y la
hoja respectivamente.
ANALISIS DE RESULTADOS.
A primera vista lo primero que se puede notar es que tanto para el crecimiento del tallo
como para el de la raíz y el de la hoja los tres montajes mantuvieron la misma
jerarquía, es decir el montaje 2 fue el que mayor crecimiento presento en las tres
partes de la planta, seguido del montaje 3 y dejando atrás al montaje 1 que presento el
menor crecimiento en las tres partes de la planta.
En el grafico 1. Se puede ver que el crecimiento del tallo para los tres montajes es muy
similar hasta el día 8 aproximadamente pero a partir de allí el crecimiento para el
montaje 1 (germinación en agua) se vuelve cada vez mas lento, para el montaje 3
(germinación en solución de NaCl) continúa a la misma razón y para el montaje 2
(germinación en solución de NaCl con electrolisis) se acelera.
El grafico 2. Muestra que los tres montajes desarrollaron la raíz con la misma
velocidad independientemente de la solución y las circunstancias en las que se
germinaron.
En el grafico 3. Se hace evidente la diferencia entre los tamaños de las hojas a partir
del día 10 aproximadamente. Este grafico muestra la misma tendencia del grafico 1 ya
que del día 10 en adelante el montaje 1 disminuyo el crecimiento de la hoja hasta
llegar casi a detenerlo en el día 15; el montaje 3 continuo con un crecimiento constante
y lineal y el montaje 2 acelero el crecimiento de la hoja tal y como lo hizo con el tallo.
El hecho que el crecimiento del tallo y de la hoja hayan sido muy similares para los
tres montajes hasta el día 8 y 11 respectivamente resulta comprensible si se tiene en
cuenta que el
grano de frijol es una semilla y su estructura es básicamente un
pequeño embrión y mucho tejido de reserva (cotiledones) y este tejido es el reservorio
de nutrientes que usa la planta en su etapa inicial, es decir con el tejido de los
cotiledones la planta puede desarrollar las estructuras necesarias para captar
nutrientes del ambiente y para el caso del frijol común, según Wills3 , el proceso de
desarrollo de raíces, tallo y hojas tarda de 8 a 13 días.
Entendido esto se debe explicar porque el crecimiento de la raíz fue tan similar durante
todo el proceso de germinación mientras el crecimiento de tallo y hoja se diferenciaron
después de cierto punto.
Primero, nótese que el montaje 1 presento un desarrollo acorde con lo esperado, es
decir, una vez agoto el tejido de reserva el crecimiento de las tres estructuras (tallo,
raíces y hojas) se hizo cada vez mas lento pues el agua destilada no ofrecía una
fuente de nutrientes que permitiera continuar con el mismo. Ahora bien, si a falta de
nutrientes se lentifica el crecimiento entonces la aceleración en el crecimiento se
puede atribuir a una buena disponibilidad de nutrientes lo que conduce al segundo
punto: Los montajes 2 y 3 se germinaron en una solución de NaCl, lo que le permitió a
las plantas seguir desarrollando estructuras aun después de acabar el tejido de
reserva, claro esta que las raíces se desarrollaron “normalmente” para los tres
montajes, lo que no resulta extraño si se tiene en cuenta que las células de las raíces
son básicamente células parenquimatosas que contienen almidón4 y los cotiledones
son precisamente eso: almidón; en otras palabras el desarrollo de la raíz no se ve
afectado ni negativa ni positivamente por la presencia de elementos diferentes al tejido
de reserva.
Finalmente, solo queda explicar qué hizo que los montajes 2 y 3 desarrollaran más
tallo y más hojas. Antes se debe aclarar que tanto el tallo como las hojas son
estructuras complejas compuestas de múltiples tipos de células que tienen diferentes
especializaciones y que solo se desarrollan luego de procesos metabólicos que el
3
Wills, R.H (1998). Introducción a la fisiología y manipulación Poscosecha de frutas, hortalizas y granos.
Cap. 2. 2a edición. Zaragoza. Editorial Acribia.
4
Peter H. Raven, Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn. (2007). Biología Vegetal. 7a Edición. Editorial Koogan.
embrión realiza tomando como materia prima el almidón de los cotiledones5. Por otra
parte hay que recordar que la solución salina que se uso estaba compuesta por
aniones -Cl y cationes +Na.
Ahora bien, del marco teórico se sabe que la principal forma en la que una planta
adquiere nutrientes es el intercambio catiónico que es básicamente la migra de
cationes cargados positivamente desde los coloides del suelo hasta la raíz y
posteriormente al interior de la planta; esta migra se debe a la diferencia de cargas
que existe entre los cationes y los pelos radicales, facilitado también por la poca fuerza
entre los enlaces de valencia del coloide y el catión.
Una última aclaración: el sodio (Na) es considerado para las plantas como un
micronutriente, es decir, un elemento químico cuyo requerimiento diario es
relativamente pequeño pero que es indispensable en los diferentes procesos
bioquímicos y metabólicos de la planta entre los que se cuenta la síntesis de proteínas
y de enzimas del crecimiento y maduración como el etileno6.
Enunciado todo lo anterior se puede hacer una descripción de lo que posiblemente
ocurrió con los montajes 2 y 3:
Pasados 9 días las raíces de la planta ya estaban completamente desarrolladas y la
sustancia que las rodeaba, tanto en el montaje 2 como en el montaje 3, contaba con
cationes +Na libres.
En el montaje 2 se hizo pasar una corriente eléctrica lo que hizo que la sustancia se
polarizara y luego ocurriera un proceso de electrolisis de la solución acuosa de NaCl
así7:
2𝐻2 𝑂 + 2𝑁𝑎+ + 2𝐶𝑙 − → 𝐸𝐿𝐸𝑆𝑇𝑅𝑂𝐿𝐼𝑆𝐼𝑆 → 𝐻2 + 𝐶𝑙2 + 2𝑁𝑎+ + 2𝑂𝐻 −
Los iones de la sustancia acuosa quedaron distribuidos como se muestra en la figura
2. Los cationes Na por tener carga positiva se ubican cerca del ánodo que tiene carga
negativa y quedan mucho más cerca de la raíz de la planta. Las moléculas de cloro se
gasifican junto con las moléculas de hidrogeno y lentamente forman pequeñas
burbujas en el cátodo, burbujas que finalmente se liberan al aire. Los iones de Na no
sufren cambios y para equilibrar su carga positiva se generan iones hidroxilo OH de
carga negativa, así que finalmente se termina con una solución de NaOH (hidróxido de
sodio) que sigue estando polarizada como se muestra en la figura 2.
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Peter H. Raven, Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn. (2007). Biología Vegetal. 7a Edición. Editorial Koogan.
Peter H. Raven, Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn. (2007). Biología Vegetal. 7a Edición. Editorial Koogan.
7
Davids, MacNab, Haenish, McClellan, O´Connor. Manual de laboratorio para química: experimentos y
teoría. Editorial Reverte S.A.
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La cantidad generada de un elemento puro por electrolisis (cloro e hidrogeno en este
caso) esta determinado por la ley de Faraday para la electrolisis8 que se muestra a
continuación:
𝑚=
Donde:
𝑃∗𝐼∗𝑡
96500 ∗ 𝑛
m= masa en gramos que se ha generado.
P= peso atómico del elemento.
n= numero de electrones intercambiados.
I = intensidad de la corriente en amperios.
t = tiempo en segundos.
De la ecuación anterior se concluye que conforme paso el tiempo se produjo mas cloro
y mas hidrogeno y estos dos fueron evaporados lo que dejo a la planta con las raíces
sumergidas en una sustancia cada vez mas rica en Na y con un pH cada vez mas
básico (lo que favorece el intercambio de cationes como el +Na) debido a la presencia
de los iones -OH, lo que sumado a la cercanía del elemento producto de la
polarización de iones favoreció su absorción, con lo que se catalizaron los procesos de
síntesis de proteínas y enzimas del crecimiento, lo que dio como resultado que la
planta del montaje 2 presentara las hojas mas grandes y el tallo mas largo.
8
Fink. Donald G., Beaty. H. Wayne, Caroll. John M. Manual practico de electricidad para ingenieros.
Tomo III. Mc. Graw-Hill
En el montaje 3 el cloro no se evaporo y el sodio que fue absorbido por la planta (con
mas dificultad debido a la menor disponibilidad y a la falta de polarización) desequilibro
eléctricamente la sustancia haciendo que aparecieran iones +H que combinados con
los –Cl formaron HCl (cloruro de hidrogeno) que es una sustancia acida lo que dificulta
aun mas el intercambio de cationes como el +Na. Estas dificultades en la absorción de
Na explican porque el montaje 3 presento hojas más grandes y tallo más largos que el
montaje 1 pero más pequeñas que el montaje 2.
La distribución de iones en el montaje 3 se muestra en la figura 3.
CONCLUSIONES.
- La electrolisis puede afectar el proceso de germinación del frijol.
- Una planta que germina con las raíces sumergidas en una sustancia electrolítica
polarizada mediante corriente eléctrica absorbe mas fácilmente los iones que están
próximos a estas por efecto de la polarización.
- La aplicación de una corriente eléctrica a una sustancia electrolítica sumada a la
absorción de iones por parte de la planta puede alterar el pH de la sustancia y por
tanto puede afectar también la capacidad de intercambio catiónico de la sustancia.
- Los procesos electrolíticos dependen del tiempo y por tanto sus efectos sobre el
proceso de germinación se potencian conforme pasa el tiempo.
- La electrolisis puede resultar un mecanismo sencillo y efectivo para aumentar o
disminuir la absorción de un elemento específico por parte de la planta.
BIBLIOGRAFIA.
- Fink. Donald G., Beaty. H. Wayne, Caroll. John M. Manual practico de electricidad
para ingenieros. Tomo III. Mc. Graw-Hill.
- Davids, MacNab, Haenish, McClellan, O´Connor. Manual de laboratorio para química:
experimentos y teoría. Editorial Reverte S.A.
- Peter H. Raven, Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn. (2007). Biología Vegetal. 7a
Edición. Editorial Koogan.
- Wills, R.H (1998). Introducción a la fisiología y manipulación Poscosecha de frutas,
hortalizas y granos. Cap. 2. 2a edición. Zaragoza. Editorial Acribia.
- Fassbender. Hans W., Química de suelos con énfasis en suelos de América latina.
Editorial IICA.