Uso materiales caseros para fabricar mi propio plástico. Sigo las instrucciones.
Caliento 100 \, \text{mL} de leche en una olla (primero, retiro la nata de la superficie).
Respuesta orientativa: La leche es una emulsión acuosa de caseína, lactosa, grasas y sales minerales. Al retirar la nata (la grasa superficial) se elimina un componente que dificultaría la coagulación. Al calentar se aporta energía cinética a las moléculas de la proteína caseína, lo que debilita los enlaces débiles (puentes de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas) que mantienen su estructura terciaria, dejando la proteína lista para reaccionar.
Agrego dos cucharadas de vinagre y observo lo que sucede.
Respuesta orientativa: El vinagre es una solución de ácido acético alrededor del 5 \, \% en masa (\text{CH}_3\text{COOH}). Al agregarlo se observa:
- La leche se enturbia y se forman grumos blancos que se separan del líquido.
- Aparece un coágulo sólido blanquecino (la caseína precipitada) que se deposita en el fondo o se acumula en superficie.
- El líquido que queda (el suero) se vuelve más transparente y de color amarillento.
Investigo y describo las reacciones químicas que ocurren.
Respuesta orientativa: Lo que sucede es una desnaturalización y coagulación ácida de la proteína caseína.
- La caseína existe en la leche unida a iones calcio y como sal sódica, disuelta a un pH cercano a 6{,}7.
- El ácido acético del vinagre dona protones:
\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+
- Los protones neutralizan los grupos carboxilato de la proteína y rompen los puentes salinos que estabilizan la micela de caseína; además, los iones calcio precipitan como acetato:
2\,\text{CH}_3\text{COOH} + \text{Ca}^{2+} \longrightarrow (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Ca} + 2\,\text{H}^+
- El pH cae hasta cercano al punto isoelectrico de la caseína (\text{pH} \approx 4{,}6), en el que la proteína tiene carga neta cero y deja de estar estabilizada: se agrega, coagula y precipita, formando el sólido que se recoge para fabricar el plástico (caseína o "galalita").
Grafico la sustancia que se formó.
Respuesta orientativa: La sustancia obtenida es un polímero natural, la caseína, cuyo esquema resumido es una larga cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, con grupos terminales -\text{COOH} y -\text{NH}_2 y cadenas laterales (por ejemplo -\text{COO}^- y -\text{NH}_3^+):
-\text{NH}-\underset{\large |}{\text{CH}}-\text{CO}-\text{NH}-\underset{\large |}{\text{CH}}-\text{CO}-\qquad (\text{cada } \underset{\large |}{\text{CH}} \text{ lleva una cadena lateral R})
Al agregar el ácido, los -\text{COO}^- se protonan a -\text{COOH}, la cadena pierde carga, se enreda y forma la masa sólida que se moldea y se deja secar hasta obtener una pieza rígida.
Explico: ¿cómo se forman los polímeros? con base en los conocimientos químicos y físicos que dispongo.
Respuesta orientativa: Un polímero es una macromolécula formada por la repetición de unidades pequeñas llamadas monómeros. Se forman mediante procesos de polimerización:
- Polimerización de adición: los dobles enlaces \text{C}=\text{C} de los monómeros (etileno, estireno) se abren y los monómeros se enlazan de cadena, sin producir subproductos; es el caso de los plásticos como el polietileno y el poliestireno.
- Polimerización de condensación: dos monómeros con grupos funcionales reactivos (-\text{OH}, -\text{COOH}, -\text{NH}_2) se enlanzan eliminando una molécula pequeña (agua, HCl), como ocurre al formar poliésteres, poliamidas y las propias proteínas, que son poliamidas naturales de aminoácidos.
En el caso de la caseína, el polímero ya está formado en la leche; el ácido simplemente retira la carga que lo mantenía disuelto, de modo que las cadenas se agregan y se solidifican. En términos físicos, la unión entre monómeros depende de fuerzas de covalencia (enlace peptídico o C-C) y de las intermoleculares (puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals) que dan al material sus propiedades de dureza, elasticidad y temperatura de fusión.
Elaboro un informe.
Respuesta orientativa (esquema del informe):
- Título: Fabricación de plástico de caseína a partir de leche y vinagre.
- Objetivo: Obtener un material plástico biodegradable mediante una reacción de coagulación ácida de una proteína.
- Materiales: 100 \, \text{mL} de leche, 2 cucharadas de vinagre, olla, fuego, colador o filtro de papel, moldes.
- Procedimiento: quitar la nata, calentar la leche, agregar el vinagre, filtrar el coágulo, moldear y secar durante 24–48 h.
- Resultados: se obtiene una masa sólida blanca que, al secarse, se vuelve dura y moldeable.
- Análisis: descripción de la desnaturalización ácida de la caseína y del papel del ácido acético; el pH desciende hasta el punto isoelectrico de la proteína.
- Conclusiones: es posible fabricar un plástico biodegradable con materiales caseros; la leche aporta el polímero y el vinagre el agente coagulante.
- Bibliografía: texto de Química y material del curso.
