Química - Procesos químicos

Carbonación es el proceso de disolver dióxido de carbono en agua. El procedimiento usualmente envuelve el uso de dióxido de carbono bajo alta presión. Cuando la presión se reduce, el dióxido de carbono es liberado desde la disolución como pequeñas burbujas, que causa el efecto de efervescencia. Este efecto es visto por ejemplo en las gaseosas.

La carbonación puede describir también una reacción química, un ejemplo de lo que es un paso clave en la fotosíntesis.

Química

El dióxido de carbono es poco soluble en agua, y por tanto suele estar separado como gas. El proceso de dióxido de carbono efervesciendo desde una disolución es representado por la siguiente reacción química, en la cual el ácido carbónico acuoso se convierte a dióxido de carbono y agua:

H₂CO₃ → H₂O + CO₂

Bioquímica

La carbonación de biofosfato de ribulosa es el punto inicial de la incorporación de dióxido de carbono en la biósfera.

La carbonación describe también la incorporación de dióxido de carbono en compuestos químicos. Nuestra vida basada en carbono se origina de una reacción de carbonación que es a menudo catalizada por la enzima RuBisCO. Tan importante es este proceso de carbonación que una significante fracción de la masa de una hoja consiste en esta enzima carbonante.

Una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea. Un líquido (la fase dispersa) esdispersado en otro (la fase continua o fase dispersante). Muchas emulsiones son de aceite/agua, con grasas alimenticias como uno de los tipos más comunes de aceites encontrados en la vida diaria. Ejemplos de emulsiones incluyen la mantequilla y la margarina, la leche y crema, el expreso, la mayonesa, el lado fotosensitivo de la película fotográfica, el magma y el aceite de corte usado enmetalurgia. En el caso de la mantequilla y la margarina, la grasa rodea las gotitas de agua (en una emulsión de agua en aceite); en la leche y la crema el agua rodea las gotitas de grasa (en una emulsión de aceite en agua). En ciertos tipos de magma, glóbulos deferroníquel líquido pueden estar dispersos dentro de una fase continua de silicato líquido. El proceso en el que se preparan las emulsiones se llama emulsificación.

Las emulsiones son parte de una clase más genérica de sistemas de dos fases de materia llamada coloides. A pesar que el término coloide y emulsión son usados a veces de manera intercambiable, las emulsiones tienden a implicar que tanto la fase dispersa como la continua son líquidos.

Existen tres tipos de emulsiones inestables: la floculación, en donde las partículas forman masa; la cremación, en donde las partículas se concentran en la superficie (o en el fondo, dependiendo de la densidad relativa de las dos fases) de la mezcla mientras permanecen separados; y la coalescencia en donde las partículas se funden y forman una capa de líquido.

Cuando una emulsión se torna en una emulsión de agua en aceite o en una emulsión de aceite en agua depende de la fracción del volumen de ambas fases y del tipo de emulsificador. Generalmente, la regla de Bancroft se aplica: los emulsificadores y las partículas emulsificantes tienden a fomentar la dispersión de la fase en el que ellos no se disuelven muy bien; por ejemplo, las proteínas se disuelven mejor en agua que en aceite así que tienden a formar emulsiones de aceite en agua (es por eso que ellos fomentan la dispersión de gotitas de aceite a través de una fase continua de agua).

El color básico de las emulsiones es el blanco. Si la emulsión es diluida, el efecto Tyndall esparce la luz y distorsiona el color aazul; si es concentrado, el color se distorsiona hacia el amarillo. Este fenómeno se puede ver fácilmente al comparar la leche descremada (sin o con poca grasa) con la crema (con altas concentraciones de grasa láctea). Las microemulsiones y nanoemulsiones tienden a ser claros debido al pequeño tamaño de la fase dispersa.

A. Emulsión de dos líquidos inmiscibles fase I y fase II, no emulsificados;
B. Emulsión de fase II disperso en la fase I;
C. La emulsión inestable se separa progresivamente;
D. Las posiciones surfactantes (borde púrpura) en las interfaces entre la fase I y la fase II; estabilizan la emulsión.

Emulsionante

Un emulsionante (también llamado emulgente) es una sustancia que estabiliza una emulsión, frecuentemente un surfactante. Ejemplos de alimentos emulsionantes están la yema de huevo (en donde el principal químico emulsionante es la lecitina), la miel y la mostaza, en donde una variedad de químicos en el mucílago alrededor de la vaina de la semilla actúan como emulsionante; las proteínas y emulsionantes de bajo peso molecular son los más comunes. En algunos casos, las partículas pueden estabilizar emulsiones a través de un mecanismo llamado estabilización Pickering. Tanto la mayonesa como la salsa holandesa son emulsiones de aceite en agua que son estabilizados con la lecitina de la yema de huevo. Los detergentes son otra clase de surfactante, y pueden interactuarse químicamente tanto con el aceite como el agua, así estabilizando la interfaz entre las gotitas de aceite o agua en suspensión. Este principio es explotado en el jabón al remover la grasa con el propósito delimpieza. Una gran variedad de emulsionantes son usados en la farmacia para preparar emulsiones tales como cremas y lociones. Entre los ejemplos más comunes están la cera emulsificadora, el alcohol cetearil, el polisorbato 20 y el ceteareto 20.¹

Algunas veces la fase interna misma puede actuar como un emulsionante, y el resultado es una nanoemulsión – el estado interno se dispersa en gotitas de tamaño nanométrico dentro de la fase externa. Un ejemplo conocido de este fenómeno ocurre cuando el agua se vierte en una bebida de alto contenido alcohólico basado enanís, como el ouzo, el pastis o el rakı. Los componentes anisólicos, que son solubles en etanol, forman gotitas de tamaño nanométrico y emulgen dentro del agua. El color de esta bebida diluida es opaco y lechoso.

En medicina

Ampolla de 20 mL de emulsión de propofol al 1 %, usado en una inyección intravenosa. Los fabricantes emulsionan el lípido soluble de propofol en una mezcla de agua, aceite de soya y lecitina de yema de huevo.

En la medicina,² las emulsiones microscópicas son usadas para distribuir vacunas y matar microbios. Típicamente, las emulsiones usadas en estas técnicas son las nanoemulsiones de aceite de soja, con partículas de 400 a 600 nanómetros de diámetro.³ El proceso no es químico, como otros tipos de tratamientos antipatógenos, pero es físico. Las gotitas son pequeñas y tienen una gran tensión superficial por lo tanto la fuerza de unión con otros lípidos es mayor. El aceite es emulsionado con detergentes para estabilizar la emulsión (las gotitas no pueden unirse unas con otras), así que se encuentran con otra clase de lípidos con una membrana bacteriana o con un alguna capa de virus, forzando a los lípidos a unirse unos con los otros. En una escala de masa, desintegra efectivamente la membrana y mata al patógeno.

Cabe destacar que la emulsión de aceite de soya no causa daños a las células normales de humanos ni a las células de la mayoría de los organismos superiores. Las excepciones son los espermatozoides y las células sanguíneas, que son vulnerables a las nanoemulsiones debido a sus estructuras de las membranas. Por esta razón, las nanoemulsiones de este tipo no son usados enintravenosas.

La aplicación más efectiva de este tipo de nanoemulsión es para la desinfección de superficies. Algunos tipos de nanoemulsiones se han mostrado efectivos en la destrucción del HIV-1 y varios patógenos de la tuberculosis, por ejemplo, en superficies no porosas.

Fitosanitarios

Químicamente en una emulsión hablamos de una "fase dispersa" y otra "fase dispersante", por ejemplo, en casa podemos dispersar aceite de cocina en el agua del grifo y obtenemos una emulsión, la fase dispersa sería el aceite y el agua la dispersante. También podemos encontrar emulsiones en las que el agua actué de fase dispersa. Las emulsiones son inestables y las dos fases, dispersa y dispersante, tienden a separarse. Para evitarlo en la formulación de este tipo de productos fitosanitarios, es frecuente, el uso de uno o varios emulsionantes, que dan estabilidad a la mezcla evitando la separación de las fases. La acción de estos emulsionantes puede verse alterada por el tipo de agua usada, sobre todo si usamos aguas duras. EW significa emulsión de aceite en agua y EC concentrado emulsionable.

Una emulsión : Mayonesa

La leche (gotitas de grasa en disolución acuosa) y la mantequilla(disolución acuosa en grasa) son también emulsiones. Según Harold McGee,con una sola yema se pueden preparar hasta 23 litros de mayonesa. Una yema de huevocontiene en peso la mitad de agua, 16% deproteínas, y un 22% degrasas, 2% de colesteroly 10% de fosfolípidos, sustancias emulsionantes a las que pertenece lalecitina. Para hacer una mayonesa se pone, a temperatura ambiente, la fase acuosaen un recipiente : unayema de huevo y un poco de vinagre o limón.Gota a gota se añadeaceite mientras se agita enérgicamente para conseguir formar pequeñas gotitas de aceite que rodeadas de emulsionante consigan formar la emulsión. Cuando una mayonesa se corta, técnicamente se dice que flocula, las gotitas de aceite se unen unas a otras y como consecuencia el aceite se separa de la fase acuosa. Esto sucede con frecuencia si los componentes se encuentran muy fríos o si se aporta demasiada energía a la mezcla. Para arreglar una mayonesa cortada se pone una pequeña cantidad de la misma , incluyendo algo de la fase acuosa en un recipiente. Se añade un poco de agua o yema de huevo y se bate insistentemente hasta conseguir emulsionar la mezcla. A continuación y sin dejar de batir se añade lentamente el resto de la salsa cortada.

Cuando tratamos de mezclar dos líquidos pueden suceder cosas muy diferentes. Mezcla homogénea    Si mezclamos alcohol y agua conseguimos formar una mezcla homogénea o disolución. No es posible distinguir los componentes originales a menos que dispongamos de un microscopio capaz de ver moléculas individuales. Mezcla heterogénea   Si tratamos de mezclar aceite y agua la situación es muy diferente. Si los mezclamos sin agitarlos observamos que cada uno permanece por su lado. Al agitar la mezcla vigorosamente podemos conseguir una aparente uniformidad. Al mirar con un poco de cuidado (si la agitación ha sido muy violenta puede ser necesario un microscopio) podremos identificar sin dificultad los componentes originales. Emulsión    Esta última situación en la que un líquido se dispersa en otro, en forma de pequeñas gotitas, se denomina emulsión.    Las emulsiones normalmente no son estables. En el ejemplo anterior las pequeñas gotitas de aceite se van uniendo unas a otras hasta conseguir en poco tiempo que los dos líquidos estén completamente separados. Emulsionante   Existen sustancias, denominadas emulsionantes, que al añadirlas a una emulsión consiguen estabilizarla . Lo consiguen impidiendo que las pequeñas gotitas se unan unas a otras. Mayonesa   La mayonesa es una emulsión formada al dispersar aceite en un medio acuoso, la yema de huevo, que contiene un emulsionante denominado lecitina. La lecitina rodea a las gotitas de aceite (ver figura) e impide que se unan unas a otras.