domingo, 11 de junio de 2006

Jabones, mayonesas y aliolis, pinturas.

Hay muchos trucos que un docente emplea para captar la atención de sus estudiantes. Entre los que yo uso de forma recurrente, alguno parece haber sido particularmente eficaz con mis alumnos, porque bastantes de ellos, en posteriores encuentros distendidos y, a veces, sazonados con cantidades relativamente importantes de alcohol, me han confesado que una de las cosas que asocian conmigo es mi pasión por el Fairy, ese detergente para vajillas que, junto a las cervezas, descubrí en Bélgica en el año 1981, cuando aquí todavía no se vendía. Suelo proporcionar en clase una receta para generar con él gigantescas pompas de jabón que engloban hasta niños. Me sirve en el laboratorio para explicar la tensión superficial y cómo pequeñas gotas de Fairy hacen disminuir dramáticamente la tensión superficial del agua. Y, finalmente, me ha servido muchas veces como introducción a la polimerización en emulsión de la que luego hablaré.

Una de la labores propias de mi sexo en la organización de mi vida conyugal es fregar los platos de las cenas o del fin de semana. Tenemos lavavajillas pero, para dos gatos que somos, el material a fregar es tan parco que, muchas veces, lo hago a mano y tengo que confesar que hasta me resulta relajante. Y ello, en parte, porque para hacerlo me armo de pequeñas dosis de Fairy que me ayudan a acabar con prontitud con los restos de grasa y aceite, probablemente los más engorrosos de eliminar. Es verdad que no hace falta sofisticarse tanto para fregar. Una pastilla de un jabón antiguo y popular como Lagarto, Chimbo o similares produce efectos parecidos en lo que a eliminación de grasas se refiere.

El aceite y otras grasas, debido a sus estructuras químicas, son casi incompatibles con una molécula de estructura radicalmente distinta como es el agua. Por ejemplo, añadiendo aceite de oliva, pongamos 4-5 gramos, a una cierta cantidad de agua (unos 25 cc) apreciamos que el aceite (menos denso) flota como un continuo sobre el agua, cosa que no ocurre al adicionar alcohol sobre agua. Si con una cucharilla agitamos ambos componentes, apreciaremos que el aceite se rompe en pequeñas gotas que se dispersan en el continuo de agua, mientras haya agitación. Pero si cesamos la misma, las gotas de aceite van colapsando poco a poco hasta de nuevo formar la fase de aceite sobre la fase de agua. Pero si antes de la agitación adicionamos unas pocas gotas de Fairy, el resultado de ésta es bastante diferente. Las gotas de aceite que se forman son mucho más pequeñas y la dispersión permanece como tal durante mucho más tiempo. En términos químicos decimos que el Fairy emulsifica la mezcla de aceite y agua.

Eso es lo que de forma fina se suele conocer como acción detersiva del jabón o cualquier otro detergente como el Fairy. Realmente, el jabón no es necesario para limpiar muchas cosas pero si para emulsificar las grasas y arrastrarlas fácilmente de la superficie de un plato o una sartén.

Muchos de estos detergentes son moléculas conocidas como anfifílicas, que es algo así como moléculas de doble alma. Se trata de sustancias obtenidas a partir de ácidos grasos de cadenas relativamente largas (14-18 grupos CH2) y bases como la sosa caústica o la potasa en una reacción conocida como saponificación.

En esta ola de sostenibilidad oficial que nos asola (nada que objetar a un Universo sostenible, pero si lo planifican los políticos es mejor mirar la letra pequeña) he visto hace poco un folleto divulgativo de la Diputación Foral de Gipuzkoa en el que se recomendaba a la población no adquirir detergentes comerciales y fabricarse en casa su propio jabón a partir de aceites usados, que contiene los ácidos grasos, y las bases arriba mencionadas. Mejor que no lo probéis. La cosa es un poco maloliente y, además, no es cuestión de almacenar en una casa normal reactivos tan peligrosos como la sosa caústica.

La saponificación nos proporciona pues moléculas cabezonas como la que se ve en la figura de arriba, con más apariencia de espermatozoide que de otra cosa, moléculas que tienen una cola larga de naturaleza orgánica o apolar (los CH2) y, por tanto, hidrofóbica (¿agua?, no gracias) junto con una cabeza que contiene un grupo iónico hidrofílico o polar (al que le gusta el agua como comer con los dedos). En ese doble carácter (anfifílico) radican las potencialidades de los detergentes para llevarse la grasa.

El mecanismo puede resultar interesante para quien lo oye contar por primera vez (o eso espero). Cuando ponemos jabón en agua, los “espermatozoides” jabonosos se encuentran ante una disyuntiva complicada. La parte orgánica huiría del agua cual gato persa. Y la colita iónica perdería el culo por la misma. Pero están indisolublemente unidos y hay que resolver el dilema.

Así que varias moléculas de ese tipo se asocian en estructuras supramoleculares conocidas como micelas, una de las cuales se muestra en la figura adjunta. En ellas, las cabezas se colocan en el exterior de una esfera cuya atmósfera interior está llena de las cadenas orgánicas. Las pequeñas cosas que vuelan fuera de esa esfera son moléculas de agua. Y el interior de esas supramoléculas, en tanto que un ambiente orgánico, es un sitio adecuado para albergar moléculas de aceites y grasas que huyen del agua y que una vez ahí albergadas pueden ser arrastradas en el proceso de limpieza. Me perdonareis una quizás excesiva vulgarización del tema pero creo que se entiende.

En gastronomía hay varios ejemplos de emulsiones que ayudan a entender un poco mejor lo que estoy contando. La emulsión por excelencia en cocina es la mayonesa. Cuando se añade aceite a una yema de huevo con un poco de vinagre y se agita convenientemente durante la progresiva adición del aceite, lo que se va obteniendo parece homogéneo pero, si se pone bajo un microscopio, se puede apreciar que gotas de aceite se dispersan en la pequeña cantidad de agua aportada por el vinagre y la propia yema. En Francia es habitual añadir mostaza que también aporta agua pues la propia mostaza se prepara con vinagre.

Si el aceite no se separa de ese agua es debido a la presencia en la yema de sustancias que juegan el papel de emulsificantes, tensoactivos o surfactantes (tres formas de decir más o menos lo mismo). Aunque la tradición popular pone al menos un huevo para hacer una cierta cantidad de mayonesa, lo cierto es que la cantidad de emulsificantes contenidos en una yema es suficiente para preparar cantidades mucho más grandes de mayonesa. Hervé This en su libro Casseroles & Éprouvettes habla de que con una yema se pueden preparar litros de mayonesa con la condición de añadir las cantidades adecuadas de agua.

En caso contrario, el aceite está en cantidad excesiva y acaba separándose como una fase diferenciada, esto es, la mayonesa “se corta”. En ese mismo libro, This propone nuevos tipos de mayonesa, empleando sólo la clara del huevo, que también contiene tensoactivos, aunque en menor proporción. Además la “mayonesa” resultante tiene mucho menos sabor.Los emulsificantes en estos casos son ligeramente distintos en estructura. De entre los que se encuentran en la yema del huevo el más importante es un fosfolípido llamado lecitina. Podría meterme en honduras químicas y describiros su estructura pero basta con mencionar que, de nuevo, se trata de cadenas largas de tipo orgánico con un extremo que este caso juega con la glicerina (por eso también se habla de un diglicérido) y que también tiene naturaleza iónica o amiga del agua. Estas moléculas pueden colocarse en la interfase entre el agua y el aceite y hacer que se mantengan juntos pero no revueltos.

Un primo de la mayonesa es el ali-oli, donde no hay huevo. Pero el ajo empleado en la preparación contiene emulsificantes suficientes para estabilizar la progresiva adición de aceite. De nuevo, trucos como adicionar una pequeña cantidad de agua o un poco de pan untado en leche, son formas de ajustar las proporciones adecuadas de agua y emulsificantes. Así que no hay misterios en estas preparaciones. Ni las fases de la luna, ni las mujeres con la regla ni el sentido de la agitación en contra o favor de las agujas del reloj. Pura estequiometría, palabreja que los químicos usamos para decir que al hacer una reacción tenemos que poner las cantidades adecuadas.

Y emulsiones son también nuestra queridas salsas para los pescados en cazuela, en las que una cocción a fuego lento y con movimiento extrae de la merluza o del bacalao ciertos componentes que actúan como emulsificantes del aceite que hemos puesto en la cazuela, además de proporcionar cantidades de agua, a veces insuficientes, en las que dispersar ese aceite.

Pero emulsión es también el nombre que recibe un procedimiento industrial muy extendido para preparar polímeros. Por sus contribuciones en este campo, mi amigo Txema Asua ha recibido este año el Premio Euskadi de Investigación. No os voy a dar un curso al respecto. Me fijaré sólo en los botes de pintura con los que barnizamos puertas o paredes. Muchos de ellos son emulsiones en agua de un polímero, adecuadamente estabilizado con un emulsificante. Probablemente alguna vez hayais visto un bote de pintura mantenido mucho tiempo en un sitio y que, al abrirlo, el agua o el disolvente está totalmente separado y el fondo queda una pintura superviscosa. Es que la emulsión se ha bufado, probablemente por cambios bruscos de temperatura.

En el procedimiento habitual de preparación de estas emulsiones, se coge una cantidad importante de agua a la que, con agitación, se añade el monómero o materia prima que va a dar lugar al polímero. Estos monómeros son sustancias orgánicas que no se disuelven en agua, por lo que estamos en un caso parecido al aceite. Hay que añadir emulsificantes para que formen estructuras (micelas) como las del dibujo de arriba, en cuyo interior se guarecen las moléculas de monómero. Ahí dentro llegan también pequeñas cantidades de unas sustancias que funcionan como iniciadores de la reacción por la que el monómero se transforma en polímero. Al final, cada micela es un pequeño reactor que, al concluir el proceso, está llena de polímero, al que tampoco gusta el agua y que hay que emulsificar para que no se separe del agua. El producto final, partículas de polímero emulsificadas y estabilizadas en el agua es lo que se llama un látex y, directamente, se envasa en botes y se vende como pintura.

No me digais que lo de la emulsión no da juego. Y algunos de vosotros sin enteraros todavía......

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Hola,

Enhorabuena por el blog. Muy interesante y hace falta para hacer la química atractiva a aquellos que no se han metido a ello.

Un comentario nada más, me sorprende que siendo el subtítulo del blog "Un alegato contra la quimifobia" precisamente en esta entrada haya un poco de quimifobia. Me refiero al comentario de no hacer jabón en casa. En efecto, es peligroso usar la sosa pero como en todo sabiendo los riesgos y cómo manejarlos se puede llevar a cabo. Quizás hubiera estado bien que aparte de señalar lo peligrosa que es dieras consejos de cómo tratar con ella a la hora de hacer jabón. Creo que se podría aprovechar muy bien para educar a la gente en seguridad y control de riesgos, algo muy necesario, no solo en química, para que la gente se plantee antes de empezar algo qué puede ser peligroso y cómo anticiparse y tratarlo.

De nuevo muchas gracias por el blog.
Un saludo,
Una química que disfruta en el labo.

El Búho dijo...

Pues siento discrepar con una lectora a la que le gusta mi Blog, pero lo de enseñar a hacer jabón en las casas es una idea de algún ecologista despistado que andaba por la Diputación de Gipuzkoa. Prefiero que los jabones se fabriquen con todos los requerimientos sanitarios y controles finales antes que la gente ande buscando grasas sin padre ni madre para hacer jabones de mala calidad en muchos casos.

Datos personales

Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.