FIN DE FESTA

Como colofón a un ano no que deixamos atrás a pandemia e puidemos levar a cabo xa con liberdade moitas actividades, decidimos organizar unha exposición na que a rapazada do colexio vira parte do que fixemos no club de ciencias.

Os departamentos de Matemáticas, Tecnoloxía, Física e Química, Bioloxía e Inglés dedicámoslle a mañá do martes 20 de Xuño a montar os estands correspondentes. 

había que darlle un toque máis profesional ao asunto e María, a de Bioloxía, tróuxonos un cartel apropiado para a ocasión ;-)

Nas ultimas horas da mañá foron desfilando por eles todos os cursos da ESO.

Os primeiros en recibilos foron o grupo de 1ºESO que preparou con Laura, a profe de Inglés, unha sesión supercompleta de papiroflexia. Para os profanos coma min na materia, segue sendo impresionante como a partir dunha folla de papel poden saír tantas cousas...

Para poñer a proba os coñecementos de ciencias que tiñan os que ían pasando por alí, un grupiño de 2ºESO alentados por María, a súa profesora de física e química este ano, confeccionaron un trivial moi chulo.

Entre medias, o grupo de 6 alumnos de 4ºESO que estivo durante meses quedándose pola tarde os martes, explicaron por parellas o seu traballo sobre a síntese de biodiesel.

Fixérono moi ben e conseguiron deixar claro que son 3 as etapas fundamentais do proceso: 

1-Obter un aceite de partida o más limpo e seco posible

2-Facer a reacción de transesterificación nas condicións óptimas de rendemento: exceso de metanol, axitando moi ben magneticamente e quentando un pouco

3-Levar a cabo determinadas operacións para purificar o biodiesel obtido.

 

Na aula de música esperábannos Yerai, Rebeca, Adriana e José para darnos a oportunidade de presenciar a exposición do traballo que case lle da o primeiro premio en SGAPEIO. Retáronnos a distinguir nun debuxo, nun poema e nunha canción se o autor era un humano ou era produto de intelixencia artificial. As respostas da xente que incluíron no seu traballo deron pé a un estudio estatístico que levou a varias conclusións moi interesantes. Un traballo de investigación excelente que, sen dúbida mereceu chegar tan lonxe e no que o profesor Fabio tivo moito que ver, alentando e avivando a ilusión que amosaron estes alumnos e alumnas de 1ºESO.

Para retomar o traballo típico de laboratorio saímos da exposición e metémonos de cheo entre vexetais, disolventes, extraccións...porque un grupiño de 2ºESO fixeron unha cromatografía en papel para amosarnos como se separan algúns pigmentos típicos presentes nalgúns vexetais, neste caso as espinacas.

E xa para rematar o percorrido nada mellor que algo directo ao corazón...Alí tiñamos ao grupo de 1ºC  de ciencias prestos a explicarnos todo o que quixeramos saber sobre este prezado órgano sen debuxos nin esquemas...mellor tocando e vendo, que é como mellor se aprende (os aprehensivos quedaban eximidos de parar neste estand, ja ja..)

Non podía faltar neste percorrido científico a achega do departamento de Tecnoloxía, con Barcia e Raquel á cabeza: interesantes deseños de maquinaria e a robótica que tanto gusta entre o alumnado.

 

Se a toda esta variedade de actividades lle engadimos o roteiro matemático deseñado por Fabio e Andrés, que o alumnado puido facer polas instalacións do centro, a verdade é que conformamos unha mañá moi completa, polo menos diferente. Un bonito broche para un curso 2022-23 no que deixamos atrás o mal rollo da pandemia e miramos xa cara adiante con optimismo.

Desde o club de ciencias do IES Mugardos, grazas e parabéns a paladas, especialmente a todos/as aqueles que puxeron o seu grao de area para que isto saíra adiante un ano máis; para todos os que pensaron que pensar non era memorizar, senón ver, tocar, errar, rectificar, comprobar...e se deixaron levar nos ombreiros da ciencia.

CAPÍTULO 6: O MOMENTO IMPORTANTE

Efectivamente, levábamos esperando este momento meses. A ver se dunha vez por todas sintetizamos biodiesel ou non.

O martes 23 puxémonos mans á obra.

A cousa non era inmediata por que a síntese de biodiesel implica 2 etapas complementarias.

Na primeira temos que preparar ben un dos reactivos, que é o chamado metóxido sódico. Este composto resulta da mestura de hidróxido sódico e metanol e non é moi doado levalo a cabo.

Hai varios motivos que fan deste un paso clave. O hidróxido sódico non é moi soluble en metanol por iso hai que axitar moi ben o medio de reacción. Por iso axudámonos do axitador magnético. Por outra banda a reacción:

MeOH + NaOH para xerar MeONa 

non é case apreciable. É complicado arrancarlle un dos hidróxenos ao metanol, incluso para unha base forte como o hidróxido sódico. Pero o caso é que só precisamos arrancarlle unha cantidade ínfima, o suficiente para que inicie o proceso de transesterificación, porque logo xa continúa este por si so. Por iso digamos que o metóxido actúa como una especie de catalizador.

As cantidades preparadas desta volta foron moi pequenas polo que case non notamos que a mestura aumente a súa temperatura, pero realmente é un proceso exotérmico co que hai que ter coidado se levamos a cabo probas a gran escala.

A acidez medida aos aceites fixou a cantidade de sosa a empregar. En canto ao metanol todos empregaron un exceso 1:5 molar respecto ao aceite excepto Cloe que empregou dobre de exceso. 

Para comprobar o efecto de diferentes parámetros (Temperatura, axitación, exceso de metanol...) ideamos diferentes condicións de reacción que resumimos nesta táboa:

  

Así vendo os resultados de Cloe e Sandra veríamos se usar maior exceso de metanol se traduce en mellores rendementos. Vendo os de Helena e Pedro analizaríamos se a reacción sen axitar vai mellor quentando que a temperatura ambiente. Entre os de Roi e Oscar compararíamos o mesmo que entre Helena e Pedro (a influencia da temperatura pero axitando magneticamente o medio).

Pois alá imos...

O primeiro era pesar o hidróxido sódico nos matraces erlenmeyer perfectamente secos que tiñamos preparados e mesturalo co metanol de alta pureza para que e empezase a formar o metóxido sódico. Ao principio o aspecto a dunha lixeira turbidez branquecina pero ao cabo de 20 minutos axitando adquire certa transperencia. Nese momento temos o reactivo preparado.

Chegou o momento de engadir o metóxido sobre o aceite de partida de cada un.

Da comezo a reacción, que deixamos que transcorra durante máis dunha hora.

No caso de Helena e Oscar había que controlar a temperatura para ver que o medio de reacción estaba a 50ºC polo menos. Para iso preparamos a sonda de temperatura da consola VTT. Pero a de Oscar, que estaba quentándose directamente sobre a placa, fóisenos un pouco das mans e acadou temperaturas próximas aos 90 graos.

A sorte estaba botada, empezaba a reacción...

Ao día seguinte, a tan ansiada cor negra (sinal de que se formou glicerina e que polo tanto houbo reacción ) só apareceu nas probas de Oscar e Roi.

As probas que parece que finalizaron con éxito foron as de Oscar e Roi, por iso decidimos pasalas a un funil de decantación para que se apreciase perfectamente o depósito de glicerina negra no fondo e o biodiesel enriba.

A semana que ven tocará illar o produto e purificalo para medirlle polo menos a densidade e ver o aspecto que ten este biocombustible. Mentras xa podemos ir pensando por qué as probas de Oscar e Roi foron as máis exitosas...vedes algo que vos chame a atención a este respecto na táboa de condicións de reacción?...

Discutirémolo a semana que ven ;-)

CAPÍTULO 5: A PIQUES DE LEVAR A CABO A REACCIÓN

A idea era sintetizar o biodiesel onte martes 16 de maio...pero as circunstancias non foron moi favorables e decidimos non precipitarnos.

Aproveitamos o tempo para deixar máis claro o que iamos facer ese día y elixir diferentes condicións de reacción para ver se podemos extraer conclusións interesantes modificando diferentes parámetros.

Espero que o grupo agora saiba que:

1-A reacción clave é unha transesterificación. Imos cambiar o alcohol do ester no noso aceite. Orixinalmente ese alcohol era a glicerina e nós agora intentaremos substituíla por metanol. Os alcois condensan cos ácidos e forman ésteres. O noso éster con metanol será o PRODUTO ESTRELA: o biodiesel. 

2. Esa reacción non é tan doada como parece. Vese moi influída pola presencia de auga. Intentaremos que nos haxa a máis mínima.

3. A reacción é realmente un equilibrio químico que intentaremos desprazar ata o produto que nos interesa empregando un exceso de metanol.

4. O hidróxido sódico engadido realmente vai actuar como un INICIADOR xa que nos axudará a formar co metanol unha base chamada METÓXIDO SÓDICO que será o encargado de atacar ao carbono do éster do aceite e liberalo da glicerina. Unha vez que empece co primeiro despois xa prosegue a reacción en cadea co resto do metanol.

5. Algo supercurioso desta reacción é que ten lugar entre substancias que non se mesturan ben, por iso so transcorre na parte onde contactan (a chamada interfase). Por iso é moi importante axitar ben o medio de reacción.

6. Algo tamén moi curioso é que os produtos da reacción non se mesturan entre si. A glicerina vai caendo por ser máis densa na parte inferior. Ao eliminarse do medio de reacción por si soa o equilibrio tamén se despraza á dereita e forma máis biodiesel, o cal sempre se agradece.

Visto todo isto, o único que nos quedaba era deixar preparado todo o material e ir introducindo xa a cantidade de aceite que íamos empregar nas diferentes probas. Visto que non temos moita cantidade démoslle unha volta ao asunto.

En vez que coller un determinado volume (como sería lóxico ao ser o aceite un líquido) decidimos PESAR unha determinada cantidade DIRECTAMENTE  no matraz Erlenmeyer que imos empregar para a reacción.

Desta maneira non perderíamos aceite pola paredes da probeta sino que iría directo ao matraz.

A densidade que xa medíramos no seu día permitiríanos converter esa masa en volume.

Roi tiña un aceite de densidade 0,90 g/mL; Sandra 0,88 g/mL; Helena 0,94 g/mL; Cloe 0,91 g/mL; Pedro 0,90 g/mL e Oscar 0,91 g/mL.

Pois iso fixeron os rapaces e rapazas. Aquí vemos a Oscar co seu aceite

So nos quedaba asignar as diferentes probas. Ao final decidimos a seguinte estratexia:

1. Roi fará a súa proba cun exceso 1:5 de MeOH, a temperatura ambiente e axitando magneticamente.

2.     Oscar repetirá esas condicións pero elevará a temperatura a 50ºC.

3.      Pedro reproducirá as condicións de Roi excepto a axitación. Na súa proba non se axitará nada.

4.      Helena reproducirá as de Oscar PERO sen axitar NADA.

5.    Sandra fará a súa proba cun exceso de metanol 1:5 e a temperatura ambiente PERO AXITANDO DE VEZ EN CANDO DE XEITO MANUAL.

6.     E por último Cloe reproducirá as mesmas condicións de Sandra pero traballando con moito máis exceso de metanol (1:10).

O que si imos aproveitar é a preparar o metóxido sódico en só 4 Erlemeyers pequenos porque Roi e Cloe case teñen a mesma acidez nos seus aceites e o mesmo lle pasa a Helena e Sandra. Así optimizamos recursos ;-).

Pero iso será outra historia, espero que a semana que ven.

CAPÍTULO 4: DETERMINANDO A ACIDEZ DOS ACEITES...

 

Me imaxino que xa pensariades que abandonaramos o proxecto...hai case 2 meses que o deixamos aparcado por diferentes compromisos da rapazada pero agora retomámolo para intentar sintetizar ese tan desexado biodiesel.

Antes de levar a cabo a reacción clave deste proceso lembrámosvos que precisamos saber a acidez do noso aceite para así axustar a cantidade a empregar de hidróxido sódico.

Pois diso se trataba hoxe.

O proceso é un clásico entre os químicos: trátase da famosa VALORACIÓN ÁCIDO-BASE.

Desta volta o papel de ácido correspóndelle aos ácidos libres que poida conter o noso aceite usado. O da base, outro clásico: unha disolución de hidróxido sódico.

Unha busca na literatura científica danos as mellores condicións para facelo.

Parece ser que tomando 1 mL de aceite e disolvéndoo en 10mL de alcohol isopropílico e valorándoo cunha disolución de sosa (NaOH) do 0,1% o resultado é supercurioso: o número de mL gastados de valorante coincide co número de gramos de sosa que lle hai que engadir DE MÁIS a 1L do noso aceite para levar a cabo a reacción (lembramos que para esta reacción recoméndase engadir 3,5 gramos de sosa por cada litro de aceite, polo tanto se na valoración gastamos 2 mL teríamos que acabar engadindo a ese aceite 3,5+2 = 5,5 gramos de sosa).

A explicación deste gasto EXTRA de sosa é ben fácil de entender. Se o noso aceite ten moito ácido graxo libre a sosa engadida empregarase primeiro en neutralizalos, porque isto é máis rápido que a reacción que desexamos (a transesterificación); polo tanto haberá que compensar este aumento de acidez con máis sosa do normal.

Puxémonos mans á obra despois de comer e fumos un por un poñendo en marcha o protocolo típico dunha valoración.

O primeiro: tomar 1 mL o máis exacto posible, e para iso empregamos unha pipeta graduada acoplada a un aspirador automático.

Despois de disolvelo nun vaso de precipitados con 10mL de alcohol isopropílico medidos en probeta pasamos a engadirlle 3 gotas de diolución alcohólica de fenolftaleína, que é unha sustancia clave neste tipo de procesos: chamásmoslle indicador porque ten a marabillosa cualidade de cambiar de cor (dise que vira de cor...) ao pasar o medio dun determinado pH a otro. Neste caso, a fenolftaleína, é incolora en medio ácido pero adquire unha fermosa cor rosada en medio básico. Polo tanto a idea é fácil de entender: ir engadindo sosa desde un tubo de vidro graduado moi preciso que ten unha chave de paso, ao que chamamos BURETA, ata que vexamos que o contido do vaso de precipitados se poña dun rosa permanente. E isto soe ocorrer de forma moi drástica, Unha gota basta para cambialo todo polo que hai que ser moi precisos na adición se queremos obter resultados o máis aproximados posible á realidade.

Así que, aló imos, engadimos unhas pingas de indicador e puxemos en marcha o axitador magnético que sempre lle da un toque orixinal revolvendo por nós o medio de reacción grazas a unha variña imantada que xira e xira sen parar mesturando ben cada composto que forme parte da reacción química que ten lugar.

E mans á obra: a engadir sosa desde a bureta, pouco a pouco.

A verdade é que os resultados obtidos ofrécennos bastante confianza porque repetindo algúns deles, confirmaron os valores acadados. Así que a reproducibilidade foi boa.

Estes foron os resultados:

Os aceites de Pedro e Oscar está claro que son os que máis sosa precisan para levar a cabo a reacción.

Xa estamos más preto do noso obxectivo. O seguinte paso será o máis importante: a reacción química que nos producirá (iso esperemos) o ansiado biodiesel. Pero iso será outra historia que contaremos proximamente...