EduQ - Educació Química by Institut d'Estudis Catalans

número

Properes monografies 2019. Any Internacional de la Taula Periòdica

2018

Treballs de recerca de batxillerat

Educació Química

EduQ

Productes químics Productes químics com a fàrmacs Aliments i medicaments per als cultius Els additius alimentaris Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa

Societat Catalana de Química - Filial de l’Institut d’Estudis Catalans

EduQ E d u c a c i ó Q u í m i c a

2018

número

La química a la cosmètica

Educació Química EduQ Juny 2018, número 24

Editors Fina Guitart, CESIRE, Departament d'Ensenyament, SCQ, Barcelona Aureli Caamaño, SCQ, Barcelona Pere Grapí, INS Joan Oliver, Sabadell

Consell Editor Jordi Cuadros, IQS-URL, Barcelona Josep Durán, UdG, Girona Mercè Izquierdo, UAB, Barcelona Claudi Mans, UB, Barcelona Àngel Messeguer, CSIC, Barcelona Neus Sanmartí, UAB, Barcelona Amparo Vilches, UV, València

Consell Assessor Consell Assessor Catalunya / Espanya Joan Aliberas, INS Puig i Cadafalch, Mataró Miquel Calvet, INS Castellar, Castellar del Vallès Francesc Centellas, UB, Barcelona Regina Civil, Escola Sakado, Barcelona Josep Corominas, Escola Pia, Sitges Anicet Cosialls, INS Guindàvols, Lleida Carlos Durán, Centro Principia, Màlaga Xavier Duran, TV3, Barcelona Josep M. Fernández, UB, Barcelona Dolors Grau, UPC, Manresa Paz Gómez, INS Provençana, l’Hospitalet de Llobregat Elvira González, Centro de Ciencias, Bilbao Pilar González Duarte, UAB, Barcelona Ruth Jiménez, UAL, Almeria Teresa Lupión, Centro de Recursos UMA, Màlaga María Jesús Martín-Díaz, IES Jorge Manrique, Madrid Conxita Mayós, Departament d’Ensenyament, Barcelona José María Oliva, UCA, Cadis Gabriel Pinto, UPM, RSEQ, Madrid Marta Planas, UdG, Girona Anna Roglans, UdG, Girona Núria Ruiz, URV, Tarragona Olga Schaaff, Escola Rosa dels Vents, Barcelona Marta Segura, Escola Pia Nostra Senyora, Barcelona Romà Tauler, IDAEA-CSIC, Barcelona Montse Tortosa, INS Ferran Casablancas, Sabadell Gregori Ujaque, UAB, Barcelona Nora Ventosa, ICMAB-CSIC, Barcelona Josep Anton Vieta, UdG, Girona

Consell Assessor Internacional María del Carmen Barreto, Universitat de Piura, Perú Liberato Cardellini, U. Politecnica delle Marche, Itàlia Agustina Echeverria, Universitat Federal de Goiás, Brasil Sibel Erduran, Universitat de Bristol, Regne Unit Odilla Finlayson, Universitat de Dublín, Irlanda Lidia Galagowsky, Universitat de Buenos Aires, Argentina Marcelo Giordan. Universitat de São Paulo, Brasil Gisela Hernández, UNAM, Mèxic Èric Jover, Observatori de la Sostenibilitat d’Andorra Isabel Martins, Universitat d’Aveiro, Portugal Eduardo Mortimer, Universitat de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil Carlos Javier Mosquera, Universitat Distrital, Bogotà, Colòmbia Fátima Paixão, Castelo Branco, Portugal Vincent Parbelle, Lycée La Martinière, Lió, França Ilka Parchmann, Universitat de Kiel, Alemanya Mario Quintanilla, Pontifícia Universitat Catòlica, Xile Santiago Sandi-Urena, Universidad de Cosa Rica Vicente Talanquer, Universitat d’Arizona, EUA

Societat Catalana de Química (SCQ) http://blogs.iec.cat/scq/ President: Carles Bo filial de l’

Institut d'Estudis Catalans (IEC) Barcelona. Catalunya. Espanya Impressió: Gráficas Rey ISSN: 2013-1755 Dipòsit Legal: B-35770-2008

NORMES DE PUBLICACIÓ

ÍNDEX

Preparació dels manuscrits

Editorial Monografia: «Productes químics» . . . . . . . . . . . . . . . . . . Àngel Messeguer, Fina Guitart, Pere Grapí i Aureli Caamaño

Monografia: Productes químics Productes químics: una breu introducció a la monografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Àngel Messeguer i Peypoch

Productes químics com a fàrmacs . . . . . . . . . . . . . . . . . Àngel Messeguer i Peypoch

Aliments i medicaments per als cultius . . . . . . . . . . . . . Lídia Roura i Santos

Els additius alimentaris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elisabet García Herrero i Abel Mariné Font

Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa . . . . . . . . Maria Almató i Eva Tejada

La química a la cosmètica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mar Jal i Mora

Un congrés científic escolar: color i aliments . . . . . . . . Pedro García García

Intercanvi Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos . . . . . . . . . . . . Ignacio Sánchez Díaz, Ines Goldhausen, David-Samuel Di Fuccia, Lisa Weise i Bernd Ralle

Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana. Els treballs han de tenir una extensió màxima de 25.000 caràcters sense espais i han de ser escrits amb un espaiat d’1,5 i han de tenir el nombre de caràcters amb espais especificat en cadascuna de les seccions de la revista. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12. La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès. Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat. Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s'han d'enviar en arxius separats en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw. L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el sistema internacional d’unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat. Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents:

Per a llibres: VILCHES, A.; GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994).

Per a articles:

«In a little you can see a lot»: the impact of practical microscale chemistry on chemical education . . . . . . . . . Robert Worley

SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N. (2000). «Ensenyar a argumentar científicament: un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las Ciencias, vol. 18, núm. 3, p. 405-422. Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000).

Per a documents digitals (webs):

Drets d'autor i responsabilitats La propietat intel·lectual dels articles és dels respectius autors. Els autors, en el moment de lliurar els articles a la revista Educació Química EduQ per sol·licitar-ne la publicació, accepten els termes següents: 1. Els autors, cedeixen a la Societat Catalana de Química (filial de l’Institut d’Estudis Catalans) els drets de reproducció, comunicació pública i distribució dels articles presentats per ser publicats a la revista Educació Química EduQ. 2. Els autors responen davant la Societat Catalana de Química de l’autoria i l’originalitat dels articles presentats. 3. És responsabilitat dels autors l’obtenció dels permisos per a la reproducció de tot el material gràfic inclòs en els articles. 4. La Societat Catalana de Química està exempta de tota responsabilitat derivada de l’eventual vulneració de drets de propietat intel·lectual per part dels autors. 5. Els continguts publicats a la revista estan subjectes (llevat que s’indiqui el contrari en el text o en el material gràfic) a una llicència Reconeixement-No comercial-Sense obres derivades 3.0 Espanya (by-nc-nd), de Creative Commons, el text complet de la qual es pot consultar a http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/deed.ca. Així, doncs, s’autoritza el públic en general a reproduir, distribuir i comunicar l’obra sempre que se’n reconegui l’autoria i l’entitat que la publica i no se’n faci un ús comercial ni cap obra derivada. 6. La revista Educació Química EduQ no es fa responsable de les idees i opinions exposades pels autors dels articles publicats. Protecció de dades personals L’Institut d’Estudis Catalans (IEC) compleix el que estableix el Reglament general de protecció de dades de la Unió Europea (Reglament 2016/679, del 27 d’abril de 2016). De conformitat amb aquesta norma, s’informa que, amb l’acceptació de les normes de publicació, els autors autoritzen que les seves dades personals (nom i cognoms, dades de contacte i dades de filiació) puguin ser publicades en el corresponent volum de la revista Educació Química EduQ. Aquestes dades seran incorporades a un tractament que és responsabilitat de l’IEC amb la finalitat de gestionar aquesta publicació. Únicament s’utilitzaran les dades dels autors per gestionar la publicació de la revista Educació Química EduQ i no seran cedides a tercers, ni es produiran transferències a tercers països o organitzacions internacionals. Un cop publicada la revista Educació Química EduQ, aquestes dades es conservaran com a part del registre històric d’autors. Els autors poden exercir els drets d’accés, rectificació, supressió, oposició, limitació en el tractament i portabilitat adreçant-se per escrit a l’Institut d’Estudis Catalans (C. del Carme, 47, 08001 Barcelona), o bé enviant un correu electrònic a l’adreça dades.personals@iec.cat, en què s’especifiqui de quina publicació es tracta.

OCDE (2006). PISA 2006 [en línia]: Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura. París: OCDE. <http://www.oecd.org/dataoecd/59/2/39732471.pdf> [Consulta: 11 setembre 2013]. Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista. Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles Els articles han de ser enviats per correu electrònic a l’adreça següent: EduQ@iec.cat.

Revisió dels articles Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible, les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

SECCIONS ACTUALITZACIÓ DE CONTINGUTS Articles que revisen i posen al dia continguts propis de la disciplina o en relació a altres àmbits del coneixement, i que faciliten i promouen un ensenyament actualitzat de la química.

APRENENTATGE DE CONCEPTES I MODELS Articles que tracten sobre conceptes i models químics, des del punt de vista de les concepcions alternatives dels alumnes i les dificultats d’aprenentatge conceptuals, així com les estratègies didàctiques per a l’elaboració i l’aplicació dels models químics a l’aula.

CURRÍCULUM, PROJECTES I UNITATS Presentació i anàlisi dels currículums de química de diferents països, de projectes curriculars i unitats i seqüències didàctiques.

DIVULGACIÓ DE LA QUÍMICA Articles que presenten temes d’actualitat química amb caràcter divulgatiu i que posen de manifest les relacions de la química amb la societat i altres àmbits del coneixement o bé presenten activitats i experiències de caire divulgador de la química adreçades a l’alumnat o al públic en general.

ESTRATÈGIES DIDÀCTIQUES Presentació i anàlisi d’enfocaments i estratègies didàctiques per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química: modelització, indagació, resolució de problemes, treball cooperatiu, avaluació, etc.

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT Propostes i investigacions sobre la formació inicial i en actiu del professorat de química i ciències en general que contribueixin al seu desenvolupament professional.

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA Articles sobre la història i la naturalesa de la química i sobre l’interès didàctic d’aquestes disciplines en l’ensenyament de la química. Activitats per treballar aspectes de la naturalesa de la ciència.

INNOVACIÓ A L’AULA Articles que descriuen la planificació i l’experimentació a l’aula d’experiències didàctiques de caràcter innovador. La secció pretén ser un espai per compartir experiències d’aula.

LLENGUATGE, TERMINOLOGIA I COMUNICACIÓ Articles relacionats amb l’aprenentatge de les habilitats comunicatives (llegir, escriure i parlar) en relació amb l’aprenentatge de la química. I també sobre el llenguatge i la terminologia científics.

NOVES TECNOLOGIES Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament de la química: simulacions, ús d’Internet, mitjans audiovisuals, laboratoris virtuals, experiències amb equips de captació de dades, etc.

QUÍMICA EN CONTEXT Articles que presenten contextos rellevants –de la vida quotidiana, tecnològics, industrials, socials, mediambientals, de salut o culturals– que puguin ser presos com a punt de partida per a un ensenyament de la química en context i per promoure l’alfabetització científica.

QUÍMICA, EDUCACIÓ AMBIENTAL I SOSTENIBILITAT Articles que facin palesa l’estreta de relació entre la química i els aspectes del medi ambient, i temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química, així com propostes educatives per a la sostenibilitat

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA Articles que difonguin investigacions didàctiques d’utilitat per a la millora de l’ensenyament de la química. Descripció i resultats d’experiències didàctiques que hagin estat avaluades de forma qualitativa o quantitativa.

RECURSOS DIDÀCTICS Articles que presentin qualsevol tipus de recurs i material didàctic per a l’ensenyament de la química. Poden incloure, entre d’altres, audiovisuals, jocs, visites, textos dels mitjans de comunicació, etc.

TREBALL EXPERIMENTAL Articles sobre diferents tipus de treballs pràctics experimentals: demostracions, experiències interpretatives, aprenentatge de tècniques, investigacions, etc.

TREBALLS DE RECERCA DELS ALUMNES Articles descriptius de treballs de recerca dels alumnes dins l’àmbit de la química. En aquesta secció, els alumnes són els autèntics protagonistes.

Editorial Monografia: «Productes químics»

quest monogràfic està dedicat als anomenats productes químics, un concepte ampli que té una relació estreta amb la indústria química i les aplicacions que aquests productes tenen a la societat. Tot i que en l’àmbit docent s’anomena productes les substàncies que es formen en una reacció química, en general, s’utilitza el terme producte químic tant si es tracta d’una sola substància (per exemple, un additiu alimentari) com si es tracta d’una mescla, com passa en la majoria dels productes químics elaborats (per exemple, una pintura). Per tant, el procés de mescla de substàncies també pot donar lloc a un producte químic. En aquest monogràfic s’ha fet una selecció de grups de productes químics, alguns dels quals es poden trobar a les llars i als establiments públics i d’altres que tenen usos més específics, com és ara el cas de productes químics per obtenir alts rendiments de produccions agrícoles. Agraïm als autors, professionals experts en el seu àmbit de treball, la participació en aquest número. En primer lloc, Àngel Messeguer, coordinador del monogràfic, a l’article «Productes químics: una breu introducció a la monografia», presenta als lectors el món dels anomenats productes químics i que no s’han d’anomenar sols amb el terme químics, cada cop més emprat als mitjans de comunicació per referir-se als productes químics, un terme que és fruit d’una mala traducció de la terminologia anglesa chemicals. Tot seguit, el mateix autor, a l’article «Productes químics com a fàrmacs», ens apropa al món dels medicaments i els principis actius que contenen, així com al procés de validació que ha de seguir un medicament abans d’arribar a l’hospital o a la farmàcia. L’article «Aliments i medicaments per als cultius», de Lídia Roura, explica com la necessitat de tenir produccions d’aliments a gran escala implica la utilització de productes químics per a la protecció vegetal, alhora que reflexiona sobre diversos aspectes, incloent-hi la seguretat respecte a les persones i el medi ambient.

des atenent la funció i la composició, i diferencia entre principis actius cosmètics i vehicles o excipients, alhora que exemplifica una gran varietat de formes cosmètiques. Per tancar el monogràfic, a l’article «Un congrés científic escolar: color i aliments», Pedro García explica la seva experiència per millorar la competència comunicativa dels alumnes de segon de batxillerat treballant en l’àmbit dels colorants alimentaris, i en concret descriu el procés d’organització del congrés escolar que dona títol a l’article; a més, inclou les produccions dels alumnes. El número es complementa amb dos treballs d’aportació lliure. Els autors de l’article «Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos», Ignacio Sánchez, Ines Goldhausen, David-Samuel Di Fuccia, Lisa Weise i Bernd Ralle, presenten una activitat mitjançant la qual s’utilitza la fascinació que desperta la màgia, i en concret el personatge de Harry Potter, per promoure l’interès dels alumnes per la química. S’hi descriuen alguns experiments d’una presentació en què es combina la narració de fragments de les novel·les amb alguns dels encanteris. El número finalitza amb l’article de Robert Worley «“In a little you can see a lot”: the impact of practical microscale chemistry on chemical education». En aquest treball, es presenten idees i activitats de referència per dur a terme experiments a microescala en l’àmbit escolar, i es reflexiona sobre el valor afegit que aporta l’ús d’aquestes tècniques, més enllà de la major seguretat i el menor cost. Esperem que el número sigui del vostre interès i que els seus articles serveixin per conèixer millor els anomenats productes químics, algunes de les seves característiques, aplicacions i producció, i aportin contextos suggeridors per treballar a l’aula continguts de química. Desitgem que les contribucions dels autors fora del monogràfic siguin també una font d’inspiració per emprendre canvis de millora a les aules. Gaudiu de la lectura.

A continuació, Elisabet García i Abel Mariné, a l’article «Els additius alimentaris», fan una actualització d’aquest tipus de productes químics, la seva classificació en diversos grups segons la funció i les seves condicions d’ús, que comporten la demostració de la seva necessitat i innocuïtat.

Àngel Messeguer Coordinador del monogràfic Fina Guitart, Pere Grapí i Aureli Caamaño Editors d’Educació Química EduQ

A l’article «Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa», les autores, Maria Almató i Eva Tejada, aporten informació bàsica sobre els ingredients i la composició de les pintures, la relació entre les propietats finals i l’ús, així com el seu procés de fabricació. Mar Jal, autora de l’article «La química a la cosmètica», presenta una visió de diverses famílies cosmètiques, classifica-

Àngel Messeguer

Fina Guitart

Pere Grapí

Aureli Caamaño

DOI: 10.2436/20.2003.02.176 http://scq.iec.cat/scq/index.html

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 4-6

Productes químics: una breu introducció a la monografia Chemical products: a brief introduction to monograph Àngel Messeguer i Peypoch / Institut de Química Avançada de Catalunya Val la pena començar aquesta presentació amb uns mots de Marcellin Berthelot (1887) escrits fa més de cent trenta anys i que retraten ben bé l’essència de la química: «La chimie crée son objet. Cette faculté créatrice, semblable à celle de l’art luimême, la distingue essentiellement des sciences naturelles et historiques» («La química crea el seu objecte. Aquesta facultat creadora, similar a la de l’art, la distingeix essencialment de les ciències naturals i històriques»). El nostre editor, Aureli Caamaño, va escriure recentment un article sobre les diferents denominacions de les substàncies químiques, els productes de creació de la química, entre les quals s’inclou producte químic (Caamaño, 2015). En aquest context, cal recordar que la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (la institució que fixa la normativa lingüística en ciències químiques, si bé ho fa en llengua anglesa) defineix substància química com la matèria de composició constant, caracteritzada per les entitats (àtoms, molècules o unitats fórmules) que la componen. Aquestes substàncies es caracteritzen també pel fet de tenir determinades propietats físiques pròpies, com ara la densitat, l’índex de refracció, la conductivitat elèctrica o el punt de fusió. Caamaño ja fa l’observació que aquesta definició combina nivells macroscòpics i submicroscòpics. Tot i la validesa i la generalitat de la definició de substància

química, hem volgut dedicar aquest monogràfic als productes químics, un concepte més ampli i que té una relació més estreta amb la indústria química i les aplicacions que aquests productes tenen a la societat. De fet, producte químic és tot allò que resulta d’una reacció o una combinació de reaccions químiques, tant si s’han fet en reactors de laboratori o industrials com si les ha fet la mateixa natura. El producte químic pot ser pur, si es tracta d’una única substància química (per exemple, un additiu alimentari o un principi actiu farmacèutic), o bé una mescla, com passa en la gran majoria dels productes químics elaborats. En aquest cas, l’elaboració també implica un procés de mescla de substàncies. Per exemple, un medicament té un principi actiu, però, a més, té altres components, segons la forma d’administració; una crema cosmètica és també un producte químic compost d’una barreja de substàncies químiques. En definitiva, per guanyar claredat i subratllar la finalitat principal d’aquesta sèrie d’articles, es farà servir el concepte producte químic que aplega aquestes tres característiques: a) és el resultat de reaccions químiques; b) té aplicacions a la vida quotidiana, i c) pot ser una substància o una mescla. Una precisió important en parlar de productes químics és la necessitat d’evitar el terme que es fa servir de manera massa habitual als mitjans de comunicació, fruit de la falta de formació de redactors, comunicadors i

periodistes, quan adapten directament la terminologia anglesa chemicals i parlen de químics per referir-se als productes químics, tot ignorant que químics són els professionals masculins que es dediquen a la química (en anglès, chemists, ells sí que tenen dos mots diferenciats). Confusions similars ocorren en altres llengües romàniques, com el castellà, i convindria evitar-les. I quan parlem de productes químics, de quines magnituds econòmiques i industrials estem parlant? Si ens centrem en Catalunya, territori amb una forta presència industrial (fig. 1), la consulta de fonts oficials, per exemple, l’Informe anual sobre la indústria a Catalunya (2016b), ens indica, sense comptar el ram de la indústria farmacèutica, que és un dels sectors que han crescut més en producció i volum de vendes, lidera l’Estat espanyol i proporciona feina a més de trenta-dues mil persones. Si es consulta l’Informe anual sobre la indústria a Catalunya (2016a) corresponent al sector farmacèutic i biotecnològic, es veu com el 40 % dels laboratoris farmacèutics de l’Estat es troba a Catalunya i més del 30 % de les fàbriques de productes químics farmacèutics també està radicat al nostre territori. Tot plegat arriba a ocupar més de vint mil persones. D’altra banda, l’any 2014, les empreses biotecnològiques amb seu a Catalunya van facturar més de 14.000 milions d’euros. No cal afegir més xifres per posar de manifest la importància de la

Figura 1. Sectors industrials a Catalunya. Es pot veure que la química representa gairebé una quarta part de la producció industrial, tenint en compte que en els altres sectors els productes químics tenen igualment un paper important en els diferents productes manufacturats. Font: https://sites.google.com/a/xtec.cat/catalonia/.

De fet, sent conseqüents amb les xifres esmentades més amunt, era una tasca inabastable cobrir en aquest monogràfic tots els camps en què els productes químics, manufacturats o extrets de la natura, tenen un paper rellevant. La química és arreu i els seus productes, també. Per tant, calia fer una tria de temes que servissin d’exemples quotidians de l’ús dels productes químics. Comptant amb la importància d’aquests temes en el món industrial català i tenint a l’abast especialistes de cada un, s’han seleccionat els camps següents: pintures i vernissos, productes cosmètics, productes en agroquímica, additius alimentaris i medicaments. La selecció s’ha fet pensant en grups de productes d’ús habitual a la indústria i al camp, però també a les llars i als establiments públics. Els autors dels articles són especialistes que

tema per subratllar els aspectes més pràctics, on la química i les seves transformacions posen a l’abast de la població productes per millorar-ne la qualitat de vida. Una intenció del monogràfic que teniu a les mans, no cal amagar-la, és despertar l’interès dels alumnes que es troben davant les opcions a escollir de cara als estudis superiors que voldran cursar. A través del contingut dels temes tractats, es podrà veure l’enorme potencial que té la química i el futur professional que pot obrir als qui s’hi dediquin. Les societats d’arreu tenen moltes necessitats, des del punt de vista material, i constantment se’n creen d’altres, fruit del progrés i l’avenç dels coneixements. I la química desenvolupa i desenvoluparà un paper fonamental en la provisió dels productes necessaris per assolir aquestes necessitats. La simple inspecció de la taula periòdica dels elements, per

exemple, dels anomenats inorgànics, mostra que, tot i la gran quantitat de química explorada fins ara, n’hi ha molta, molta més, encara desconeguda. La química transforma la matèria i ofereix la possibilitat de preparar productes nous a partir d’altres més senzills o, de vegades, més complexos, i, en fer-ho, les seves aplicacions es multipliquen i proporcionen respostes útils a les necessitats que van sorgint. En aquest context, cal subratllar que, tot i que determinats processos de producció i control puguin ser absorbits pel món de l’automatització i la robotització, aspectes tan importants com la creativitat, la investigació, l’estratègia per oferir solucions a problemes nous o la gestió d’alt nivell partiran bàsicament del professional químic, sempre en confluència amb el d’altres especialitats. Ara bé, cal admetre que no tot han estat flors i violes a l’entorn del producte químic. La tendència de preparar-los a escala industrial no arriba als dos segles de vida. El segle xix i l’extensió de la revolució industrial van obrir el camp i les empreses s’hi llençaren a fons, si bé la gran expansió tingué lloc durant el segle passat. L’objectiu era, bàsicament, produir, sense parar gaire atenció als mètodes, les finalitats i la previsió de possibles conseqüències no desitjades. Objectius militars i de consolidació del poder econòmic i polític dominaren les estratègies. No es tenia en compte que un mal disseny dels processos de fabricació podria ocasionar intoxicacions en sectors de treballadors o en la mateixa població, i es va mirar cap a una altra banda quan problemes de contaminació de sòls, aigües o aire eren fruit d’una manipulació irresponsable de productes químics i dels residus que generaven. Episodis ben propers com el de la planta de Flix, les mines

Monografia / Divulgació de la química

pertanyen al ram de la indústria corresponent (en el cas dels tres primers articles) o que tenen una carrera professional acadèmica lligada al camp dels additius alimentaris o els medicaments. El propòsit ha estat fugir d’un tractament massa teòric de cada

Productes químics: una breu introducció a la monografia

indústria del producte químic al nostre país, sense oblidar que no som cap gran potència, en comparació amb la majoria dels països industrialitzats europeus, i menys encara comparats amb els Estats Units o amb estats emergents com la Xina o l’Índia.

Educació Química EduQ

número 24

d’Aznalcóllar o la intoxicació per oli de colza adulterat són alguns exemples dels que s’estenen a tots els continents. I d’aquí va néixer l’embrió de considerar la química com una matèria perniciosa i dir que un producte té «química» quan es vol considerar que ha estat manipulat artificialment i amb finalitats no gaire clares. Cal pensar, però, que si un aliment té un agent conservant, la «química» prové de molt abans, atès que tots els components d’aquest aliment (greixos, sucres o proteïnes, per exemple) s’han format a través de reaccions químiques. I el fet de ser «productes naturals» no eximeix de riscos, com passa amb la ingesta de determinats bolets o en el cas del verí d’artròpodes o rèptils. Amb tot, ja des de final del segle passat, la creixent conscienciació de la societat sobre els possibles problemes derivats del mal ús de la química per part de químics i no químics ha conduït governs i institucions a prendre mesures per controlar que la fabricació de productes químics es faci tenint en compte consideracions ambientals i de salut de la població que en pugui resultar potencialment afectada. De fet, es pot fer funcionar la indústria química i fabricar productes químics sense malmetre la qualitat de vida present i futura de la població. Les mesures adoptades han trobat un suport molt important en l’aportació de la mateixa química. Per exemple, el desenvolupament que ha experimentat la química analítica, és a dir, la capacitat de detecció de contaminants presents en quantitats molt baixes i en tot tipus de matrius (aigües residuals, aire, sòls, organismes vius), garanteix eficàcia i rapidesa a l’hora de denunciar males pràctiques o accidents. Igualment, l’optimització dels processos de fabricació emprant el principi

de l’economia d’elements (que comporta una minimització dels residus), l’ús de l’aigua com a medi de reacció davant de dissolvents orgànics o l’aprofitament de residus no desitjats per transformar-los en productes químics útils són exemples complementaris de mesures adoptades a molts països. Tot aquest esforç ha demostrat que es pot fer química a escala industrial, com ara la que s’explica en els articles d’aquest monogràfic, de manera més segura. I els professionals químics, ampliant les seves investigacions, innovant des de la recerca bàsica o optimitzant des de les aplicacions industrials, tenen una responsabilitat ben definida perquè aquesta tendència segueixi endavant. La química i els seus fruits, els productes químics, són imprescindibles per al desenvolupament de les nostres vides i per contribuir al benestar de la societat. De fet, com mostra a títol d’exemple la fig. 2, a la sortida d’un sopar dels membres de la Junta de la Societat Catalana de Química (període 2002-2008), tot el que es veu està relacionat amb la química i els seus productes. Persones, vestits, flors, maquetes, mobiliari i decoració de l’establiment, la moto que s’intueix, el que es va menjar i beure, la pintura... Pertot arreu, la química i els seus productes són presents. Confiem que el contingut d’aquest monogràfic ajudi a

calibrar la importància de cultivar aquesta ciència i la tecnologia que se’n desprèn, sense deixar de banda la curiositat per obrir portes que n’eixamplin el futur i l’esperit crític que ha de vetllar perquè, en obrir-les, no se’n derivin aplicacions dubtoses, sinó beneficis per a la vida al nostre món. Bibliografia Berthelot, M. (1887). La synthèse chimique. París: Alban. Caamaño, A. (2015). «Una reflexión conceptual y lingüística en torno a las diferentes denominaciones de las sustancias químicas». Alambique, núm. 82, p. 10-16. Informe anual sobre la indústria a Catalunya: Anàlisi sectorial: Farmàcia i biotecnologia (2016a). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Empresa i Coneixement. Informe anual sobre la indústria a Catalunya: Anàlisi sectorial: Química (2016b). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Empresa i Coneixement.

Àngel Messeguer i Peypoch Nascut a Mèxic el 1946, és doctor en química i professor d’investigació del CSIC adscrit a l’Institut de Química Avançada de Catalunya. Ha treballat en química bioorgànica i en química mèdica. Autor de cent noranta-cinc articles científics i de vint-i-cinc patents, ha supervisat vint-i-cinc tesis doctorals. Ha estat president de la Societat Catalana de Química (2002-2008) i és membre numerari de

Figura 2. Junta de la Societat Catalana de

l’Institut d’Estudis Catalans.

Química durant el període 2002-2008.

A/e: amesseguer@gmail.com.

Chemical compounds as medicines Àngel Messeguer i Peypoch / Institut de Química Avançada de Catalunya

resum

DOI: 10.2436/20.2003.02.177 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Productes químics com a fàrmacs

Els productes químics són essencials per a la salut. Els medicaments estan compostos de productes químics (principis actius d’origen natural o de síntesi, biomolècules i excipients, segons les formes d’administració). En la seva elaboració, se segueixen criteris molt rigorosos per assegurar-ne l’eficàcia i la seguretat. Aquestes garanties han de validar-les agències internacionals, com la nord-americana o l’europea, abans d’autoritzar que un medicament

arribi a l’hospital o la farmàcia. Criteris similars han de prevaler per a un ús racional dels medicaments per part de

paraules clau Medicaments, química mèdica, principi actiu, excipient, galènica.

abstract Chemical compounds are essential for health. Medicines are composed of chemical compounds (active principles from natural or synthetic origin, biomolecules and excipients, depending on the administration forms). In their manufacture, medicines should follow highly rigorous controls to assure efficacy and safety. These guarantees should be validated by international agencies such as the American FDA or the European Medicament Agency before authorising that any medicine could be administered to patients. Similar criteria should prevail for the rational use of medicines by consumers in order to avoid undesirable secondary effects for health.

keywords Medicines, medicinal chemistry, active principle, excipient, dosage form.

El producte químic com a principi actiu La cerca de la salut i de remeis contra les malalties és tan antiga com la mateixa humanitat. Més encara, és ben coneguda l’estratègia d’animals i humans de recórrer a determinats productes naturals per obtenir un alleujament o inclús la curació dels mals. Aquesta tradició mil·lenària de buscar en el regne vegetal, principalment, però no única, solucions als problemes de salut (la medicina tradicional xinesa n’és un bon exemple, tot i els riscos que comporta) («Medicina china tradicional», 2015) està directament relacionada amb el producte químic. Des d’aquest punt de vista, una planta no és res més que

una combinació dels productes químics que la componen, com una gran biblioteca (en química mèdica, parlem de quimioteca). És possible que no arribem a saber quants productes químics té, ni en quina concentració es troben a arrels, tiges, fulles, fruits, etc. Ara bé, si en coneixem els efectes curatius, potser ja s’haurà investigat a quin o quins productes químics (principis actius) es deuen aquests efectes i tindrem a la nostra disposició extractes, concentrats o els mateixos productes ja aïllats (fig. 1) (Romo, 1997). I qui diu una planta pot també referir-se als microorganismes o a determinades espècies animals. Definim com a principi actiu en una determinada formulació

farmacèutica un producte químic del qual s’esperen unes determinades característiques o accions adreçades a curar una patologia o a fer-ne més suportables els símptomes. Així, doncs, en parlar de medicaments, el terme principi actiu és la denominació recomanada per l’Organització Mundial de la Salut. A tall d’exemple, hi ha l’aspirina, nom comercial assignat a un principi actiu, l’àcid acetilsalicílic (fig. 2). Rellegint els noms a les prestatgeries de qualsevol farmàcia, es pot comprovar que la major part dels medicaments té un nom comercial, una marca, tot i que continguin el mateix principi actiu. Caldrà diferenciar, doncs, el concepte marca de principi actiu.

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 7-12

la població que eviti efectes secundaris no desitjats per a la salut.

Educació Química EduQ

número 24

Figura 1. Exemples de plantes que tenen efectes curatius, tot i que cal anar amb compte, perquè també presenten efectes secundaris no desitjats: la melissa (arangí o tarongina) presenta, entre d’altres, efectes sedants espasmolítics i antisèptics; la flor de Sechuan, d’origen xinès, és bona per a les infeccions estomacals; la calèndula ofereix beneficis a totes les seves parts, com ara antiinflamatori, antisèptic, cicatritzant i per calmar els dolors menstruals; la menta té efectes sobre les molèsties gastrointestinals, com a analgèsic o com a anestèsic local, entre d’altres, si bé no es recomana per a les dones embarassades o persones que pateixen problemes d’úlcera gàstrica o colitis ulcerosa.

Figura 2. Representació d’un medicament: l’aspirina i la fórmula estructural del seu principi actiu, l’àcid acetilsalicílic.

La indústria farmacèutica És una realitat que, si parlem de noms comercials i marques, és perquè els medicaments, majoritàriament, es produeixen i es distribueixen per mitjà de la indústria farmacèutica. Llevat de comptades excepcions, aquesta

indústria es troba en mans privades; per tant, si en el vessant sanitari ha contribuït i contribueix de manera indiscutible al benestar general de la població, en termes econòmics és un negoci, un negoci que mou milers de milions d’euros anuals (fig. 3).

Cal tenir en compte que posar un medicament nou a la farmàcia per part d’una empresa farmacèutica pot trigar entre deu i quinze anys i té uns costos que avui ja superen els 1.000 milions d’euros per a segons quines especialitats. D’altra banda, la indústria farmacèutica és imprescindible per seguir produint medicaments, però també, en col·laboració amb els sectors acadèmics, per descobrir-ne de nous. La societat encara pateix malalties per a les quals no hi ha cura (determinats tipus de càncer, certes patologies neurodegeneratives com la d’Alzheimer, seqüeles d’ictus cerebrals, una varietat de processos infecciosos, un cert nombre de malalties greus de baixa incidència, etc.), o bé els fàrmacs disponibles comencen a

de química fina de l’Estat es troba a Catalunya, amb un volum de negoci que puja un 5,3 % del valor global industrial del país i donant feina a més de vint-i-dues mil persones. Tot i aquestes xifres, la nostra indústria és de dimensions prou reduïdes en comparació amb les multinacionals del sector, possiblement amb l’excepció de l’empresa Grifols, líder mundial del seu sector i considerada estratègica per les autoritats dels Estats Units.

Monografia / Divulgació de la química

poden servir d’exemple els casos en certa manera contraposats dels Estats Units i el Canadà en el context dels preus creixents dels medicaments i de com es pot afrontar aquest problema (Halpenny, 2016). Si ens restringim més al nostre entorn, la indústria farmacèutica catalana s’inicia a la regió de Barcelona a partir de la segona meitat del segle xix, i comença a les rebotigues de farmàcies importants, com les del doctor

Productes químics com a fàrmacs

ser inefectius a causa de l’abús que se n’ha fet (com és el cas dels antibiòtics davant certes infeccions bacterianes). Per tant, els esforços públics i privats han de continuar posats en la investigació de nous medicaments que contribueixin a resoldre les carències actuals. I des del punt de vista de les empreses, només ho faran si això segueix sent un negoci i poden invertir part dels beneficis en programes de recerca i desenvolupament.

Figura 3. Gràfic que representa les inversions en recerca i desenvolupament de grans multinacionals farmacèutiques davant les seves vendes (Informe anual sobre la indústria…, 2016).

Aquests condicionaments econòmics expliquen, que no justifiquen, la predilecció de moltes empreses per investigar i treballar malalties pròpies del món desenvolupat, deixant de vegades de banda aquelles que són molt comunes en països pobres o que són minoritàries entre la població. Són aquests exemples de situacions contradictòries sobre els quals els governs haurien de desenvolupar un paper més equilibrador, encara que la major part ja té prou maldecaps per poder finançar la pròpia sanitat amb els costos actuals del sistema, per exemple, a molts països de l’Europa occidental. En aquest sentit,

Andreu o el doctor Esteve. Cap als anys vint del segle xx, s’instal· len alguns laboratoris farmacèutics. Ara bé, la producció industrial de medicaments s’inicia el 1936, amb la fabricació de sulfamides (medicaments molt importants per combatre infeccions) per part dels Laboratoris del Dr. Esteve. A mitjan anys seixanta, la indústria farmacèutica de l’Estat rep un impuls decisiu quan una gran varietat de medicaments s’inclou en les prestacions de la Seguretat Social (Buxader, 2005). En l’actualitat, i a desgrat de la crisi econòmica viscuda en els darrers anys, crisi patida també per la sanitat pública, aproximadament el 40 % de les empreses farmacèutiques i

El principi actiu: fabricació i controls Quan una empresa farmacèutica ha fet tots els passos perquè un principi actiu (com a exemple més comú encara avui, posem-hi un producte químic) sigui aprovat per les agències corresponents (la Food and Drug Administration nord-americana i l’Agència Europea del Medicament són les més importants al món), la qual cosa vol dir que és efectiu contra una patologia determinada i no presenta efectes tòxics que comportin un risc per al malalt, ja es pot fabricar en quantitats adequades per a la seva comercialització (fig. 4). Aquesta fabricació, de l’ordre de les desenes o els

Educació Química EduQ

número 24

Figura 4. Diagrama que mostra les fases de desenvolupament d’un principi actiu fins a arribar a ser un medicament que es pugui dispensar en farmàcies o hospitals.

centenars de quilograms, segons l’especialitat, es fa habitualment a instal·lacions denominades de química fina, que poden ser propietat de la mateixa empresa farmacèutica o bé encarregades a altres empreses especialitzades. Catalunya té una àmplia presència d’aquest tipus d’empreses, i tant Europa com els Estats Units gairebé monopolitzaven la fabricació de principis actius fins fa uns anys. Tanmateix, països com ara l’Índia o la Xina han emergit com a potències en aquest ram, en fabricar principis actius a uns preus més competitius, ateses les condicions laborals i les normatives ambientals més permissives que regeixen en aquests països. En aquestes circumstàncies, caldrà que la nostra indústria busqui constantment en la innovació i la qualitat els trets distintius per mantenir-se viva. Cal recordar que les legislacions dels països desenvolupats són molt estrictes amb relació a la puresa que ha de tenir un producte químic que es farà servir com a

principi actiu en farmàcia, i també ho són amb relació als residus de la producció industrial de productes químics. Els avenços de la química analítica, gràcies als quals es poden detectar impureses que es trobin per sota de les parts per milió, garanteixen el compliment dels criteris de puresa i de vigilància de residus de fabricació en efluents industrials, però no a tot arreu s’implementen com caldria. I aquí pot raure, de cara al futur, l’avantatge de les indústries que treballin bé. És important remarcar que la indústria farmacèutica i la de química fina estan sotmeses als controls més rigorosos per assegurar la qualitat dels productes i medicaments que fabriquen (fig. 5). Cal tenir en compte que la fabricació del principi actiu en quantitats industrials pot no tenir gaire a veure amb els mètodes que els químics mèdics han fet servir en les etapes inicials del descobriment del fàrmac, on n’hi ha prou amb pocs mil·ligrams o pocs grams per fer tots els assajos

necessaris de la fase preclínica. Per exemple, avui dia, el químic mèdic fa ús de la tecnologia de microones per accelerar el curs de determinades reaccions químiques; ara bé, aquesta tecnologia no és assequible a l’hora de preparar quilograms i, aleshores, cal buscar mètodes alternatius que siguin igualment efectius, si no més, i que tinguin un cost raonable. En altres casos, a partir de productes de partida més senzills i fàcilment assequibles, els processos poden implicar un nombre d’etapes (és a dir, de reaccions químiques diferents) elevat, i llavors cal estudiar bé com s’han d’encadenar, com es poden purificar els productes intermedis i com se’n pot controlar la qualitat. D’altra banda, la fabricació d’un principi actiu per extracció d’un producte natural (una planta, un microorganisme o un organisme marí) no sempre és un procés senzill. Cal tenir en compte que un organisme és una mescla d’una quantitat notable

Monografia / Divulgació de la química Productes químics com a fàrmacs

Figura 5. Exemple del control de puresa d’un principi actiu. Perfils d’un cromatograma de cromatografia d’alta eficàcia (HPLC) i de l’espectre de masses (MS) del pic d’una mostra d’azitromicina (azithromycin), un principi actiu amb activitat com a antibiòtic. El perfil d’HPLC mostra el pic del compost (comprovat per la presència del pic de la seva massa molecular a l’espectre d’MS) i la resta dels pics seria impureses que caldria eliminar per obtenir el principi en les condicions sanitàries exigides.

de productes químics (més senzills estructuralment o bé biomolècules), dels quals no se sap quants n’hi ha i, moltes vegades, tampoc en quina concentració es troba el producte que ens interessa com a principi actiu (i que sovint és prou baixa). A causa d’aquestes dificultats, hi ha també la tendència, una vegada identificat el principi actiu contingut en un organisme, de mirar de preparar-lo de manera directa i no a través de l’extracció i la purificació de l’organisme que el conté. Un exemple clàssic és la fabricació d’antibiòtics. Un aspecte molt important en la relació entre empreses farmacèutiques i principis actius és la propietat intel·lectual. Precisament per poder tenir garanties

que les enormes inversions que calen per posar un medicament a la farmàcia tindran un retorn econòmic que permetrà tirar endavant l’empresa, és imprescindible que aquesta protegeixi el principi actiu que ha descobert o ha ajudat a descobrir per tal que d’altres no l’hi copiïn. Aquesta protecció es fa en forma de patent i pot cobrir i, per tant, obligar tants països com convingui. En general, les patents sobre principis actius tenen una vigència de vint anys, un termini que pot allargar-se una mica més, en casos particulars. Durant aquest període, se suposa que cap altra empresa o laboratori pot fabricar i distribuir el principi actiu patentat. De fet, és el període que l’empresa necessita per desenvo-

lupar-lo, posar-lo a les farmàcies i vendre’n tant com li sigui possible de forma exclusiva. Per quina raó? Passats aquests vint anys, el principi actiu deixarà d’estar protegit i qualsevol el podrà fabricar, sempre amb els mateixos criteris de puresa i seguretat que l’original. És el que es denomina medicament genèric, que sol ser més barat i, per tant, l’escollit pels sistemes de seguretat social. Per exemple, podem trobar moltes marques d’ibuprofè, un analgèsic i antiinflamatori que fa anys que té la categoria de genèric. El medicament i la seva composició Ara bé, conjuntament amb la fabricació del producte químic que actuarà com a principi actiu

Educació Química EduQ

número 24

del medicament, aquest es compon d’altres productes en funció de com s’administri al malalt. És una realitat de fa anys que el malalt prefereix prendre pastilles, posar-se pomades o administrar-se esprais en lloc de curar-se a base d’injeccions o tractaments intravenosos. Per tant, si l’administració del medicament no exigeix aquests últims mètodes (la qual cosa encara passa, per exemple, en quimioteràpia del càncer), la pastilla o el xarop seran el procediment de preferència, i la indústria ho ha tingut en compte des de fa temps. Com a conseqüència d’això, de forma paral·lela al desenvolupament de processos industrials per fabricar el principi actiu, cal tenir presents els que permeten administrar-lo de la manera més convenient i còmoda per al pacient. Aquest pas es fa des de la galènica (Bernad, 2012), una especialitat farmacèutica encarregada específicament de la preparació de mescles que continguin un principi actiu i els components o additius necessaris perquè l’eficàcia farmacològica sigui la màxima. De forma general, es parla de tots els components que ajudaran a la preparació de pastilles, comprimits, xarops o cremes com a excipient, un excipient que faci el principi actiu més fàcilment absorbible pel cos (per exemple, en els àmbits intestinal o cutani), més agradable al gust o més resistent a la degradació per via metabòlica o simplement química (cal pensar en la concentració d’àcid clorhídric, un àcid potent, que tenim a l’estómac). En altres casos, i aquesta és una estratègia que s’empra cada vegada més, s’administra el principi actiu com a profàrmac, és a dir, en una forma química en la qual està «protegit» perquè no es degradi en passar per l’organisme i es vagi alliberant lentament per via metabòlica on

toca que actuï. Aquestes precaucions són especialment importants, per exemple, quan el principi actiu és una biomolècula, com ara un pèptid. És ben conegut que els pèptids es descomponen fàcilment per l’acció dels enzims anomenats proteases, àmpliament distribuïts pel cos. Aquest inconvenient cal contrarestar-lo administrant el pèptid en una forma galènica adient per protegir-lo i que arribi on ha d’arribar en la concentració eficaç i sense haver-se degradat. Tota l’estratègia galènica està basada en l’ús dels productes químics que conformaran l’excipient (i que generalment es poden llegir als prospectes dels medicaments) i en la moderna tecnologia, sovint automatitzada i inclús robotitzada, de preparació del medicament. Finalment, també cal tenir en compte que, per molt rigorosos que hagin estat els controls de puresa dels medicaments i per molt exhaustius que hagin estat els assajos per mostrar-ne l’efectivitat, cap producte químic (i els medicaments són una mescla de productes químics) està exempt de riscos. Aquests depenen de les dosis, independentment de si els productes són d’origen natural o sintètic. Per tant, a més dels controls de laboratoris, fabricants i agències esmentats, els consumidors també han d’exercir aquesta vigilància, fugint de costums com ara l’automedicació o la idea que si vaig al metge i no en surto amb receptes, no me’n vaig satisfet. En resum, un consum racional de medicaments, aconsellat per un professional qualificat, és i seguirà sent essencial per combatre adequadament les malalties i preservar un bon estat de salut.

Nacional Autònoma de Mèxic. Facultat de Química. <http:// depa.fquim.unam.mx/amyd/ archivero/Tema1-Parte2-Gene ralidades_14722.pdf> [Consulta: 30 juny 2018]. Buxader, J. (2005). «La industria farmacéutica (catalana)». IMC Barcelona [en línia], s. núm. (5 desembre), s. p. <http:// barcelona.indymedia.org/ newswire/display/220089/index. php> [Consulta: 30 juny 2018]. Halpenny, G. (2016). «High drug prices hurt everyone». ACS Med. Chem. Lett., vol. 7, p. 544-546. Informe anual sobre la indústria a Catalunya: Anàlisi sectorial: Farmàcia i biotecnologia (2016). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Empresa i Coneixement. «Medicina china tradicional» (2015). A: Wikipedia [en línia]: La enciclopedia libre. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://es.wikipedia.org/ wiki/Medicina_china_tradicio nal> [Consulta: 22 juny 2018]. Romo, À. M. (1997). Les plantes medicinals dels Països Catalans. Barcelona: Pòrtic.

Referències Bernad, M. J. (2012). Introducción a la tecnología farmacéutica [en línia]. Mèxic: Universitat

Societat Catalana de Química (2002-2008) i és membre numerari de l’Institut d’Estudis Catalans. A/e: amesseguer@gmail.com.

Food and medicines for crops Lídia Roura i Santos / Sociedad Española de Desarrollos Químicos, SL. Àrea d’Investigació i Desenvolupament

DOI: 10.2436/20.2003.02.178 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Aliments i medicaments per als cultius

resum Farem un cop d’ull a la necessitat que hi ha, des de fa unes dècades, de tenir produccions d’aliments a gran escala

aquests agents, exposarem algunes de les seves propietats, avantatges i inconvenients, i farem una pinzellada sobre la legislació que els regula a Europa. La necessitat de tenir productes químics per a la protecció vegetal ens farà reflexionar sobre totes les seves implicacions en investigació, producció, venda i ús en els àmbits econòmic i de seguretat respecte de les persones i el medi ambient.

paraules clau Fitosanitaris, pesticides, protecció de plantes, semioquímic, feromona.

abstract We will take a look at the need for large-scale food productions in the last decades and implications when these chemical products are spread in nature. We will introduce data about these agents, we will show some of their properties, advantages and disadvantages, and we will take a look at their regulation in Europe. The need to use chemicals as plant protection products makes us think on all their implications in research, production, sales and use at the economic and security levels for people and environment.

keywords Pesticides, plant protection, semiochemical, pheromone.

Glossari — PPP: sigles de producte per a la protecció de les plantes (en anglès, plant protection product), allò que s’anomena tradicionalment producte fitosanitari i/o pesticida. — Formulat: barreja (sòlida o líquida) que conté el producte químic (actiu) i la resta dels components. Es farà servir per aplicar-lo sobre la plaga, malaltia o mala herba. Els components de la barreja que no són actius s’anomenen coformulants (plàstics, dispersadors, dissolvents, etc.). — Semioquímic: tots aquells productes químics o barreges de productes químics emesos

per plantes, animals o altres organismes que provoquen un comportament o una resposta fisiològica en individus de la mateixa o de diferent espècie. — Feromona: semioquímic produït per animals que provoca un comportament específic sobre la mateixa espècie. Hi ha diferents tipus de feromones, tot i que les més usuals són les sexuals, d’agregació, d’alarma i de dispersió. — Registre d’un formulat: avaluació de risc per la qual les autoritats atorguen un permís de venda a una empresa. Comporta la presentació de dades, assaigs i estudis, majoritàriament desti-

nats a avaluar la toxicitat i l’eficàcia del producte. — Registre o autorització per a l’ús d’un determinat producte químic com a actiu en formulats: avaluació de risc per la qual les autoritats atorguen un permís de fabricació i venda a una empresa d’un producte químic determinat per poder-lo usar com a producte químic actiu en formulats. Comporta la presentació de dades, assaigs i estudis, majoritàriament destinats a avaluar la toxicitat i l’eficàcia del producte. Introducció El benestar de les societats està directament relacionat amb

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 13-19

i les implicacions que això comporta pel que fa a productes químics abocats a la natura. Introduirem dades sobre

Educació Química EduQ

número 24

la necessitat d’obtenir alts rendiments de produccions agrícoles per poder fer arribar aliments a tota la població. Hi ha hagut moments de la història en els quals s’ha donat més importància a la producció que a la seguretat alimentària. Aquesta apreciació canvia al llarg del temps fins a arribar a l’actualitat, i encara esperem que evolucioni a una mentalitat d’ús més sostenible del sistema agrari i productiu que ens envolta. Les collites estan directament relacionades amb els agents fitosanitaris i els fertilitzants. Un dels requeriments per part del sector públic és que aquest progrés permeti mantenir uns preus assequibles dels aliments, en ser imprescindibles. Als usuaris del sector, ens agrada anomenar aquests productes químics productes per a la protecció de les plantes (PPP), ja que és una expressió més amable que les usualment utilitzades: fitosanitari, plaguicida o pesticida. Aquests altres sinònims poden comportar una connotació negativa per a la imatge d’aquests productes. Els enemics dels cultius són diversos. Els insectes, en tots els estats larvaris, poden produir danys des del moment que l’ou es diposita a la planta fins que arriba a la forma adulta, sigui per haver-se d’alimentar o per deteriorar el fruit o la planta en el moment de l’oviposició. Els àcars són devastadors per als cultius, atesa la seva capacitat reproductiva i la necessitat d’alimentar-se; ho fan en zones toves de la planta i hi provoquen defoliació i reducció de la capacitat de floració, amb conseqüències nefastes per a la producció. Els fongs en plantes joves poden produir la mort i, en adultes, debiliten la planta, la qual cosa fa que sigui susceptible de patir altres malalties. Les males herbes (en aquest cas, un enemic vegetal

i no animal, a diferència dels casos anteriors), si es mantenen, esgoten l’aliment del sòl destinat a fer que la planta sigui productiva i doni fruits. Altres enemics són malalties produïdes per virus i bacteris, que generalment debiliten la planta o el fruit i li produeixen malformacions, la qual cosa fa que no sigui comercialitzable. La pèrdua d’aquestes produccions comporta la reducció de llocs de treball i d’aliments per a la població. Les pèrdues poden ser milionàries i molt importants quant als aliments. En llocs on els aliments són escassos, això pot derivar en malalties i desnutrició de la població vulnerable. Durant el 2015, a Europa es van fer servir més de 360.000 tones de PPP; aquest volum de negoci va moure al voltant de 5.000 milions d’euros («Eurostat pesticide sales», 2017). Espanya és el país d’Europa que més PPP consumeix (al voltant del 20 % del total), seguida de França i Itàlia. Els valors estan directament relacionats amb la producció de fruita i verdura per a consum propi i per a exportació. La inversió en aquests productes químics s’entén per la seva implicació en la indústria relacionada amb el comerç d’aliments. Història dels PPP Des de l’inici dels temps, les produccions han estat lligades a plagues, malalties i desnutrició en relació amb les plantes que s’han cultivat per obtenir aliments, sigui en produccions privades o a una escala més gran, per a la comercialització. Ja a l’antiga Roma es feia servir el sofre i altres productes inorgànics com a fumigants i insecticides. La revolució industrial va marcar l’inici de l’ús de productes extrets de plantes per a tractaments de plagues; llavors, sense pràcticament coneixements de química, sabien fer barreges

efectives (arsenits, cal, bromur de metil, sofre, flor de piretre, etc.) que els permetien obtenir rendiments en cultius. En aquelles èpoques no es tenia en compte, en cap cas, ni la salut de les persones ni la protecció del medi ambient. A partir del 1920, als Estats Units es van fer servir derivats del petroli per donar lloc als insecticides amb clor, àmpliament estesos durant la Segona Guerra Mundial. Aquests compostos, productes químics ja preparats al sector industrial, com ara el DDT (fig. 1), són els pares de molts dels PPP actuals.

Figura 1. Estructura química del DDT. Paul Hermann Müller va descobrir-ne el caràcter insecticida i va obtenir un premi Nobel de Química l’any 1948.

No podem deixar de banda la història del DDT, que des dels anys quaranta del segle passat ha permès el control de la malària, la febre groga i el paludisme en ser aplicat a zones on els mosquits portadors causaven estralls. Als anys quaranta i cinquanta, es va estimar que aquest producte químic salvava més d’un milió de persones anuals. Estudis posteriors van detectar que la seva prevalença ambiental era molt elevada i que, a causa de les quantitats que se n’havien fet servir, s’havien acumulat al subsol més de 500.000 tones d’aquest producte químic i d’altres de degradació (dades dels anys setanta). Es detectà que el DDT i derivats podien passar a la cadena alimentària a través d’aus, mamífers i vegetals contaminats. Un estudi més exhaustiu va

Definició i tipus de PPP La definició de PPP podem trobar-la al Reglament (CE) 1107/2009, del Parlament Europeu i del Consell, de 21 d’octubre, relatiu a la comercialització de productes fitosanitaris, que diu textualment:

Productos, en la forma en que se suministren al usuario, que contengan o estén compuestos de sustancias activas, protectores o sinergistas, y que estén destinados a uno de los usos siguientes:

a) Proteger los vegetales o los productos vegetales de todos los organismos nocivos o evitar la acción de estos, excepto cuando dichos productos se utilicen principalmente por motivos de higiene y no para la protec-

Monografia / Divulgació de la química

espècies animals a aquests principis actius. Això està lleugerament pal·liat per l’emergència, o més ben dit, per la recuperació d’un nou sector: l’ús de sistemes basats en productes i eines naturals, que obren la porta a una nova indústria, la dels productes biològics i biotecnològics (productes per a la protecció de cultius d’origen vegetal). Aquests són macroorganismes, microorganismes, productes químics naturals i semioquímics (dins dels quals es troben les feromones). Aquesta nova producció també mou molta química, en particular, l’ús de semioquímics i feromones. Podríem pensar que l’autorització d’aquests productes (vegeu-ne les definicions), tant de principis actius com formulats, és menys tediosa i més ràpida que la dels insecticides estàndards, però res més lluny de la realitat, ja que aquests productes, excepte els macroorganismes (insectes predadors beneficiosos), han de passar els mateixos filtres per ser aprovats quant a la seva toxicitat per a les persones i el medi ambient, i és per això que apareixen en el mercat de forma molt limitada.

ción de vegetales o productos vegetales. b) Influir en los procesos vitales de los vegetales como, por ejemplo, las sustancias

que influyen en su crecimiento, pero de forma distinta a los nutrientes. c) Mejorar la conservación de los productos vegetales, siempre y cuando las sustancias o productos de que se trate no estén sujetos a disposiciones comunitarias especiales sobre conservantes. d) Destruir vegetales o partes de vegetales no deseados, excepto las algas, a menos que los productos sean aplicados en el suelo o el agua para proteger a los vegetales. e) Controlar o evitar el crecimiento no deseado de vegetales, excepto las algas, a menos que los productos sean aplicados en el suelo o el agua para proteger a los vegetales.

Si som fidels a aquesta definició, qualsevol producte preparat i enllestit per ser aplicat en un camp per canviar el cicle normal d’un cultiu es considera un fitosanitari o, dit d’una altra manera, un medicament o un preventiu per protegir les plantes. Així, doncs, com ja hem comentat, productes químics, macroorganismes, microorganismes, productes naturals i altres atraients semioquímics són PPP. Per poder produir un PPP, el

Aliments i medicaments per als cultius

determinar toxicitat (sense evidència de carcinogenicitat en humans) i va ser el detonant de la seva prohibició a molts països, tot i que encara avui hi ha zones on la seva utilització és legal, ja que les autoritats han d’arribar a un equilibri entre la toxicitat del producte i la letalitat de les malalties en aquestes zones. Al final de la dècada dels noranta, ja hi ha una visió diferent de les autoritats a escala mundial en relació amb el medi ambient, la seguretat alimentària i la salut de les persones, i s’inicia un canvi en la legislació que comporta moltes prohibicions de productes, un canvi provocat i motivat pel procés evolutiu del planeta. Aquesta modificació coincideix amb una evolució exponencial de la capacitat científica per determinar la possible toxicitat dels productes químics. Si ens centrem a Europa, té lloc una revisió de principis actius basada en el principi de precaució, la qual acaba amb la prohibició de molts d’aquests productes. La nova legislació europea (Reial Decret 1311/2012, Directiva 2009/128/CE i Reglament (CE) 1107/2009) es basa en el principi de precaució en relació amb la toxicitat (persones i medi ambient), i la Comissió Europea restringeix molt l’autorització de principis actius acceptables. El sector de desenvolupament de nous productes químics actius inverteix milions d’euros, recursos i temps, atesos els entrebancs que imposa l’Administració pública. La precaució es converteix en una arma de doble tall que deixa el sector agrari amb molt poques eines de lluita, i això provoca que s’hagin de repetir tractaments sempre amb el mateix producte químic, la qual cosa dona lloc a un nou problema al camp: la resistència, entesa com la capacitat de supervivència de les

Taula 1. Tipus d’insecticides i mode d’acció Tipus

Acció

Estat actual a la UE1

Derivats d’hexaclorociclopentadiè: ALDRIN

Organoclorats

Derivats de 2,2-difeniletà: DDT

De contacte

Prohibit, per persistència i toxicitat

Èsters fosfòrics: DDVP, TEPP

Interferències en la funció nerviosa

Prohibits

Èsters tiofosfòrics: fenitrotió, Metasistox

Interferències en la funció nerviosa

Prohibits

Èsters ditiofosfòrics: malatió

Interferències en la funció nerviosa

Aprovats

Amides de l’àcid ortofosfòric

Interferències en la funció nerviosa

Prohibits

Fosfonats: triclorfon

Interferències en la funció nerviosa

Prohibits

N-metilcarbamats

Interferències en la funció nerviosa (menys tòxic que OF)

Aprovats

Dimetilcarbamats

Interferències en la funció nerviosa (menys tòxic que OF)

Aprovats

Piretroides que conserven l’anell de ciclopropà característic de les piretrines naturals: permetrina, cipermetrina, deltametrina, fenpropatrin

Paralitzants

Aprovats i, en algun cas, d’ús en agricultura biològica

Piretroides que han perdut l’anell de ciclopropà

Paralitzants

Aprovats

Derivats de ciclohexà: lindà Estructura química en forma de caixa: clordecona

Educació Química EduQ

número 24

Organofosforats

Carbamats

Piretrines

Altres

Bioracionals de síntesi i/o obtenció per fermentació

1 EU

Descripció

Compostos químics orgànics formats per una cadena d’àtoms de carboni i grups substituents amb àtoms de clor

Compostos químics orgànics derivats de l’àcid fosfòric, amb la possibilitat de substituir l’oxigen del grup fosfòric per sofre

Insecticides orgànics que contenen derivats carbàmics amb un grup funcional N-COO

Derivats de piretrines, inicialment d’origen natural i, més tard, de síntesi

Derivats de l’arsènic Compostos de fluor Dinitrofenols Tiocianats

Microorganismes Productes naturals Semioquímics

pesticides database (2016).

Diferents atraients, inhibidors de desenvolupament dels insectes, insecticides, acaricides, etc.

Aprovats

Aquest grup és molt variat, cada producte pot tenir una acció fisiològica diferent sobre l’insecte

in-1-ol (Guerrero et al., 1981). Després de la determinació de la feromona sexual, se’n va fer la preparació sintètica a escala de laboratori. Amb el producte químic sintètic, es van fer els estudis de formulacions en dispensadors de vapor que, col·locats en trampes desenvolupades per a aquestes arnes, van permetre capturar l’insecte. Una vegada traspassada la metodologia de síntesi a una empresa privada, es van poder fer estudis d’eficàcia (determinació del control de la plaga) del producte en trampes de captura massiva, i es va arribar a controlar la plaga en zones grans i aïllades com és l’illa d’Eivissa, on encara l’any 2016 van fer servir la metodologia per mantenir-la a ratlla. Amb referència als plaguicides microbians, el principi actiu més conegut és el Bacillus thuringiensis. Les espores dels bacils són ingerides per l’insecte i tenen un efecte paralitzant a causa dels metabòlits produïts. En aquest cas, el formulat és, normalment, una solució aquosa. Actualment, l’estudi dels PPP està molt centrat a aconseguir que els productes siguin el més selectius possible. La selectivitat s’aconsegueix, especialment, quan es treballa amb semioquímics, ja que s’estudien atraients selectius (feromones, atraients específics per a l’oviposició, atraients alimentaris, etc.) per a algun tipus d’espècie determinada. Quan parlem de productes químics estàndards, encara és una assignatura pendent aconseguir un grau elevat de selectivitat, tot i que cada vegada s’actua més sobre determinats punts específics dels insectes objectiu, la qual cosa fa que en molts casos els insectes beneficiosos no es vegin afectats. En aquest camp, encara hi ha molt per investigar per part de les noves generacions de químics, ajudats per biòlegs i entomòlegs, entre d’altres.

Monografia / Divulgació de la química

crisàlide i s’atura la metamorfosi, la qual cosa fa que no arribin a l’estat adult i, per tant, se n’evita la reproducció. També es pot provocar l’efecte contrari fent-les evolucionar més ràpidament i induint la metamorfosi de prematurs, tot evitant que evolucionin sexualment i, per tant, fent que tinguin inoperants les funcions de reproducció. En relació amb els semioquímics, que actuen majoritàriament com a atraients, tenim el grup més ampli en les feromones (definides abans) d’insectes. Es poden fer servir (producte final formulat) en dispensadors de vapor al camp que permetin detectar el moment en què hi tenim la plaga i, d’aquesta manera, aplicar insecticides estàndards de forma molt més racional; aquesta estratègia s’anomena seguiment de vol. Es poden utilitzar dins de trampes per a captura massiva, la qual cosa redueix la quantitat d’insectes al camp i, per tant, es controlen les plagues reduint-les fins al punt que no provoquin danys. Finalment, es poden fer servir dispensadors de feromones per tal de tenir una quantitat de feromona sexual en l’ambient del camp que provoqui confusió en els mascles: aquests no troben les femelles i, per tant, es redueix el nombre d’aparellaments, amb la consegüent reducció del nombre d’adults al camp i de danys en el cultiu; aquesta estratègia s’anomena confusió sexual. Un exemple il·lustrat a la fig. 2 i ben conegut per químics del CSIC de Barcelona és la feromona de la processionària del pi (Thaumetopoea pityocampa) i el desenvolupament de trampes de captura massiva. Estudis d’extraccions de la glàndula sexual de la processionària del pi van poder determinar la feromona sexual d’aquest lepidòpter com el producte químic acetat de (Z)-13-hexadecen-11-

Aliments i medicaments per als cultius

principi actiu ha d’estar autoritzat i, a més, la companyia ha de tenir també autoritzat el formulat final que s’aplicarà al camp. En relació amb els principis actius, hi ha moltes possibilitats de classificació segons grup químic, mode d’acció, tipus d’aplicació, toxicitat, etc. A la taula 1 es descriu una llista dels productes químics actius amb què es poden fer formulats actius contra les plagues. Quant als formulats (Herzfeld i Sargent, 2008) (definits abans), es basen en aquests principis actius (com a component principal) i hi ha una indústria de preparació amb coformulants, additius i sinergistes per crear el millor producte (el més específic i menys tòxic tenint en compte l’ús específic). En aquest cas, es poden fer concentrats dispersables, pólvores, concentrats emulsionables, emulsions en oli o aigua, gels, grànuls dispersables, dispensadors de vapor, etc. El fet de fer servir un tipus o un altre depèn de la vehiculació del producte dins la planta per a la seva acció concreta i comporta anys d’estudi per part de les empreses que posen aquests formulats al mercat (Registro de productos fitosanitarios, 2018). Dins dels PPP bioracionals, hi ha una àmplia gamma de substàncies actives, com per exemple l’abamectina, que s’obté de la fermentació d’un fong i es fa servir com a insecticida i acaricida. D’altra banda, hi ha inhibidors de l’eclosió dels ous com l’hexaflumuró, entre d’altres. Podem parlar també d’altres productes inhibidors de la formació de quitina, que eviten el desenvolupament de les fases larvàries de l’insecte. I podem afegir-hi hormones i feromones. En relació amb l’hormona juvenil, si fem servir mimètics com el metoprè, les larves muden i es fan més grans, però no evoluciona la

Educació Química EduQ

número 24

Figura 2. Estructura química de la feromona de la processionària del pi, danys, insecte adult (arna), depredadors naturals i trampa amb feromona (imatges cedides per SEDQ).

Relació dels PPP amb la societat La relació entre aquests productes i la societat no sempre ha estat igual. Inicialment, no hi havia cap temor als productes usats sobre cultius que ajudaven a obtenir collites millors o més productives. L’arribada del DDT i els seus derivats va fer evolucionar aquest sentiment i va canviar la manera d’analitzar les conseqüències de les aplicacions, inicialment amb l’objectiu de no afectar la salut humana i, ja més a prop dels nostres dies, compartint aquest propòsit amb la salut del planeta. La visió de països del Tercer Món i de països desenvolupats

també ha estat diferent al llarg del temps, atès que els països importadors han anat imposant barreres a aliments que poguessin contenir tòxics. Apareix un nou concepte: el límit màxim de residu (LMR) permès, que ha obligat els països productors (exportadors), per poder mantenir les exportacions, a limitar i/o prohibir matèries actives que estaven en el límit saludable. Hem de tenir en compte que els límits estan descrits a la legislació europea mitjançant reglaments, i estan molt controlats per tal que els productes agrícoles siguin saludables i no comportin riscos als consumidors. No ens podem

permetre que es limitin sense criteri científic, ja que això pot arribar a provocar una important diferència social entre la població que pot adquirir aquests productes i la que no se’ls pot permetre a causa del seu baix poder adquisitiu. Són les autoritats les que regulen i estableixen els límits que es consideren saludables per a la població i per al medi ambient; no han de ser les grans distribuïdores comercials les que promocionin que es troben per sota d’aquests límits seguint només criteris de facturació. Els ciutadans, a l’igual dels medicaments per a les persones, hem d’informar-nos per mitjà de

Bibliografia i webgrafia EU pesticides database [recurs electrònic] (2016). Brussel·les: Comissió Europea. <http://ec. europa.eu/food/plant/ pesticides/eu-pesticides-data base/public/?event= activesubstance. selection&language=EN> [Consulta: 30 maig 2018]. Eurostat [recurs electrònic]: Your key for European statistics (2015). Brussel·les: Comissió Europea. <http://ec.europa.eu/eurostat/ web/products-datasets/-/aei_ fm_salpest09> [Consulta: 15 maig 2018]. «Eurostat pesticide sales» (2017, actual. 20 març). A: Eurostat [recurs electrònic]: Your key for European statistics. Brussel·les: Comissió Europea. <http:// appsso.eurostat.ec.europa.eu/ nui/show.do?dataset=aei_fm_ salpest09&lang=en> [Consulta: 15 maig 2018]. Guerrero, A.; Camps, F.; Coll, J.; Riba, M.; Einhorn, J.; Descoins, C.; Lallemand, J. Y. (1981). «Identification of a potential expheromone of the processionary moth, Thaumetopoea pityocampa (Lepidoptera, Notodontidae)». Tetrahedron Lett., núm. 22, p. 2013-2016. Herzfeld, D.; Sargent, K. (2008). «Pesticide formulations». A: Private pesticide applicator training manual [en línia]. 19a ed. St. Paul: University of Minnesota Extension,

p. 85-108. <http://www.extension. umn.edu/agriculture/pesticidesafety/ppat_manual/ Chapter%204.pdf> [Consulta: 15 maig 2018]. Registro de productos fitosanitarios [recurs electrònic] (2018). Madrid: Ministeri d’Agricultura i Pesca, Alimentació i Medi Ambient. <http://www. mapama.gob.es/es/agricultura/temas/sanidad-vegetal/ productos-fitosanitarios/ registro/menu.asp> [Consulta: 30 maig 2018]. Legislació Directiva 2009/128/CE, del Parlament Europeu i del Consell, de 21 d’octubre. Reglament (CE) 1107/2009, del Parlament Europeu i del Consell, de 21 d’octubre, relatiu a la comercialització de productes fitosanitaris. Reial Decret 1311/2012, de 14 de setembre, pel qual s’estableix el marc d’actuació per aconseguir un ús sostenible dels productes fitosanitaris.

Lídia Roura i Santos És doctora en ciències químiques, en l’especialitat de química orgànica, per la Universitat de Barcelona. Des del 2001, treballa a l’Àrea d’Investigació i Desenvolupament de l’empresa Sociedad Española de Desarrollos Químicos, SL (SEDQ). Va ser cap del Departament de Registres i Coordinació d’Assaigs de SEDQ fins al febrer de 2017; actualment és cap del Departament de Qualitat de Producte i Gestió de normativa CLP/ REACH i vicepresidenta de l’associació IBMA-España. A/e: lroura@sedq.es.

Monografia / Divulgació de la química

Conclusions 1. Els PPP són, en molts casos, productes químics, tot i ser considerats de procedència biològica. Són necessaris per a les produccions i haurien de ser vistos com a amics i no com a enemics. Per poder desenvolupar aquests productes, es necessiten professionals químics que n’estudiïn la preparació sintètica i la puresa final. S’ha de poder obtenir de forma eficient un producte químic, s’ha d’establir un protocol d’actuació des de la determinació del producte a obtenir, les diferents formes d’obtenció, els estudis sintètics en l’àmbit del laboratori, les actuacions per poder fer preparacions a escala industrial, fins a les actuacions de millores en rendiments continuats. El millor coneixement de la química ens permet obtenir el producte de la forma més eficient possible tant des del punt de vista econòmic com des del sanitari. 2. Les autoritats han de vetllar per la salut del planeta i de les persones, alhora que han de pensar més en les necessitats (que semblen tenir més oblidades) i l’economia familiar, no la global. Han de donar facilitats per a l’aprovació de formulats amb molècules de baixa toxicitat, i ho han de fer portant efectivament a la pràctica el que es marca en els reglaments. Necessitem mantenir medicaments per a les plantes per poder assegurar les produccions. Els químics que ens dediquem a la investigació i al registre d’aquests productes estem en contacte constant amb aquestes autoritats per explicar-los les seves funcions i aportar noves dades a mesura que es poden anar obtenint.

3. Els interessos comercials s’han de deixar de banda quan es tracta de productes bàsics d’alimentació i, si això no infringeix normes, s’ha de regular. Les administracions han de vetllar perquè els criteris comercials no deteriorin el sistema. 4. Els usuaris hem d’estar informats, interessar-nos i prendre una posició activa davant de qüestions que ens afecten a tots.

Aliments i medicaments per als cultius

personal qualificat i utilitzar bé les eines disponibles a l’hora de fer servir aquests productes químics.

DOI: 10.2436/20.2003.02.179 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Els additius alimentaris Food additives Elisabet García Herrero i Abel Mariné Font / Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l’Alimentació. Departament de Nutrició, Ciències de l’Alimentació i Gastronomia

resum Els additius alimentaris són productes químics afegits als aliments processats per assolir i garantir unes

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 20-26

determinades característiques i contribuir a la seva qualitat i seguretat. L’autorització del seu ús depèn del fet que se’n demostri la necessitat i s’acompleixin unes condicions estrictes d’innocuïtat. Es classifiquen segons la funció.

paraules clau Additiu alimentari, seguretat alimentària, tecnologia dels aliments.

abstract Food additives are chemicals added to processed foods to achieve and guarantee certain characteristics and contribute to its quality and safety. The authorization of their use depends on the proven needs and that strict safety conditions are met. They are classified according to their function.

keywords Food additive, food safety, food technology.

Introducció Els additius alimentaris són productes químics que poden ser afegits intencionadament als aliments i les begudes, sense el propòsit de canviar-ne el valor nutritiu, amb la finalitat de modificar-ne els caràcters, les tècniques d’elaboració i conservació o per millorar-ne l’adaptació a l’ús al qual són destinats. S’hi afegeixen voluntàriament, en general en dosis molt petites, i encara que en alguns casos es tracta de nutrients (per exemple, l’àcid ascòrbic o vitamina C), no s’incorporen per millorar el valor nutritiu de l’aliment. Els productes com vitamines o minerals que s’afegeixen per millorar aquest valor és més apropiat designar-los com a enriquidors. El que es busca amb els additius és una finalitat sobretot tecnològica, com ara modificar les propie-

tats organolèptiques o sensorials dels aliments (donar color o endolcir), conservar-los més temps o protegir-los del deterio-

rament, o bé estabilitzar-ne l’aspecte i les característiques físiques. Per això molts aliments en porten (fig. 1).

Figura 1. Aliments que poden contenir additius.

Condicions per a la utilització d’additius alimentaris Els additius es poden utilitzar si es compleixen les condicions següents: — Necessitat tecnològica demostrada i que l’objectiu que es busca no es pugui assolir mitjançant mètodes físics (fred, escalfor) utilitzables. — Que no representin cap perill per al consumidor en les dosis proposades. — Que no indueixin el consumidor a error. Sobre la base d’això, la legislació alimentària corresponent, que promulga la Unió Europea, respon a l’anomenat criteri positiu, és a dir, només permet allò que està específicament autoritzat. Així, solament es poden utilitzar els additius autoritzats per a un producte determinat i en les condicions i quantitats establertes (que poden ser diferents en un altre producte). És un criteri molt estricte i el «buit legal» significaria la prohibició. Les llistes positives poden ser horitzontals, quan indiquen les substàncies admeses com a additius sense establir els aliments als quals es poden afegir ni la dosi d’addició, o verticals, si presenten les substàncies admeses com a additius assenyalant els aliments als quals s’incorporen i les dosis màximes permeses. En aquestes llistes s’especifica el nom de l’additiu alimentari i el seu número E (segons les normes europees), els aliments als quals es pot afegir, les condicions en què es pot utilitzar i, si escau, si hi ha alguna restricció a la venda directa de l’additiu al consumidor final. En les llistes també s’expressa en valor numèric la dosi màxima d’ús per a cada aliment, que representa el valor mínim

necessari per assolir l’efecte desitjat. Aquesta dosi màxima d’ús s’estableix considerant: — La ingesta diària admissible (IDA, mil·ligrams d’additiu per quilogram de pes de la persona), o estimació equivalent, establerta per a l’additiu alimentari en qüestió i tenint en compte que pot ser incorporat a diversos aliments. Aquesta es calcula a partir de les dosis que s’han demostrat experimentalment com a segures, dividint-les per un factor de seguretat de 100. Aquesta exigència es basa en la consideració que un additiu es pot anar ingerint en el decurs de tota la vida. Per això, el criteri és més rigorós que el que se segueix per als medicaments. En les fig. 2 i 3, s’esquematitzen algunes de les proves a què se sotmeten els eventuals additius abans de la seva autorització. — Quan l’additiu hagi de ser utilitzat en aliments destinats a grups especials de consumidors, la ingesta diària possible d’aquests grups. Si s’ha assignat una IDA «no especificada», és a dir, després de l’estudi de seguretat de la substància en qüestió, s’arriba a la conclusió que la ingesta total en els nivells necessaris per assolir l’efecte previst no presenta cap perill per a la salut i no es considera que calgui fixar-ne un nivell màxim d’ús, s’indica amb l’expressió quantum satis. Aquest terme significa que, tot i que no s’especifica cap nivell màxim d’ús, els additius s’han d’utilitzar d’acord amb les bones pràctiques i a un nivell que no sigui superior al necessari per aconseguir l’objectiu pretès. Un exemple il·lustratiu del rigor que s’ha aplicat als additius alimentaris abans d’autoritzar-ne l’ús, cosa que no s’ha fet amb moltes substàncies i productes de consum antic o tradicional, és que

Monografia / Divulgació de la química

gran cuina que ens fa allò que no sabem, no podem o no volem fer.

Els additius alimentaris

Els additius s’utilitzen des de fa segles. Els egipcis ja empraven colorants per realçar l’atractiu d’alguns aliments, i els romans feien servir salmorra (amb nitrat de potassi, tot i que no ho sabien aleshores), espècies i colorants per conservar-los i millorar-ne l’aparença. Un exemple ben antic d’un additiu «indirecte» és el cas de les olles de coure, utilitzades per a l’elaboració d’aliments, que en bullir desprenen petites quantitats del metall que interactuen amb els pigments de l’aliment i li proporcionen un color més interessant. A la nostra societat, on la presència de la tecnologia és desitjada en molts àmbits, hi ha sectors que són crítics quan aquesta s’aplica en l’elaboració dels aliments processats. Això es deu al fet que desconeixen que molts productes alimentosos no els hauríem arribat a conèixer tal com avui els volem sense l’ús d’additius, com és el cas, entre d’altres, de la xocolata, el flam, els gelats, el vi, el pernil cuit, els caramels i les galetes. Per exemple, les xocolates industrials contenen lecitina. Sense aquesta no se n’aconseguiria la textura cremosa i la fusió a la boca. Una mesura del seu ús és el valor econòmic del mercat d’additius alimentaris a l’Estat espanyol. Segons dades facilitades per l’Associació de Fabricants i Comercialitzadors d’Additius i Complements Alimentaris (AFCA), l’any 2016 va ser d’uns 475 milions d’euros i se’n preveia un creixement del 4 % en el bienni 2017-2018. Els aliments frescos i cuinats a casa són la millor opció, però, en el món urbà d’avui, i amb el ritme de vida de molta gent, no hi ha temps per preparar tots els àpats a casa. Per això, la indústria alimentària proporciona aliments de fàcil disposició a la llar i segurs. Dit d’una altra manera, la indústria alimentària és, de fet, una

sigui obligatori i sempre ha de ser tan restrictiu com sigui possible.

Figura 2. Esquema de l’avaluació experimental de la seguretat dels additius alimentaris (1).

Educació Química EduQ

número 24

Figura 3. Esquema de l’avaluació experimental de la seguretat dels additius alimentaris (2).

si avui dia s’avalués la cafeïna com una substància nova, no superaria l’avaluació i no seria autoritzada com a additiu. Això és degut al fet que una de les avaluacions que cal fer és la de l’eventual poder carcinogen d’una substància. Els assajos són llargs i costosos. Per fer-ho més ràpid, abans de passar a una avaluació de carcinogenicitat, es fa la de mutagenicitat in vitro (capacitat de provocar mutacions cel·lulars al laboratori), que és més assequible i ràpida. S’aplica el principi que una substància

mutagènica pot ser cancerígena i, si manifesta aquesta acció, es descarta, encara que, de fet, no totes les substàncies mutagèniques són cancerígenes. La cafeïna, de la qual hi ha dades que pot ser mutagènica in vitro, no superaria la prova, però és un fet que no és cancerígena i per això podem seguir prenent cafè o te amb tranquil·litat, si no ens excedim. Òbviament, el fet que es reculli legalment la possibilitat d’utilitzar substàncies com a additius no significa que el seu ús

Els additius a les etiquetes dels aliments: nomenclatura La reglamentació estableix que els additius són de declaració obligatòria a l’etiqueta, basant-se en el criteri que el consumidor ha d’estar ben informat. En els països de la Unió Europea, els additius alimentaris autoritzats es designen mitjançant un codi que pot substituir el nom químic de l’additiu per tal d’unificar denominacions. El codi està format per la lletra E i un número de tres xifres que indica el tipus de funció que fa l’additiu. A la fig. 4 tenim un exemple d’etiquetatge amb referències als additius. Moltes vegades, l’etiquetatge no orienta prou bé el consumidor. Són freqüents indicacions com ara «sense conservants ni colorants», com una al·legació positiva en el sentit que l’aliment no porta additius. Però el que això significa exactament és que no porta additius d’aquests grups, tot i que en pot contenir d’altres, com antioxidants o emulsionants, per exemple. Percepció social de la seguretat dels additius alimentaris L’ús d’additius alimentaris genera una certa desconfiança perquè s’identifiquen com a components «químics» addicionats pels elaboradors d’aliments (la indústria) i s’associen a un «invent» dels temps moderns. A la fig. 5 s’esquematitzen les raons d’aquesta desconfiança. Però això no és així, com ja hem indicat. La salaó o el fumat ja eren formes d’incorporar substàncies als aliments per a la seva conservació. En el fons, els objectius de l’elaboració casolana, artesanal o industrial dels aliments no deixen de ser els mateixos: utilitzar substàncies amb finalitats organolèptiques, tecnològiques i/o de conservació

Figura 5. Raons de la percepció social dels additius.

per millorar els aliments o allargar-ne la vida útil, si és que cal. L’FDA (Food and Drug Administration) dels Estats Units, ja fa temps, a partir de dades disponibles, va elaborar una llista amb els eventuals perills per a la salut pública més comunament associats als aliments, segons diverses perspectives (fig. 6), i va situar els additius a la sisena posició. No constitueixen el risc més important d’intoxicacions alimentàries o efectes negatius de l’alimentació. Són més elevats els riscos per contaminació microbiana o química procedent del medi ambient o de males pràctiques higièniques, o per l’ús incorrecte o

excessiu de pesticides en agricultura o de medicaments en veterinària, per exemple. També val a recordar la importància creixent dels problemes derivats d’una alimentació insuficient (desnutrició) o desequilibrada per excessos o dèficits (malnutrició).

Figura 6. Prioritats relatives de riscos sanitaris associats als aliments, segons dades de Gormley i col·laboradors del 1987, encara vigents.

Monografia / Divulgació de la química 23

Els additius alimentaris

Figura 4. Etiquetatge d’un aliment amb referències a additius alimentaris.

Cal tenir en compte, com ja s’ha dit, que per regular la incorporació d’una substància als aliments són necessàries proves que n’assegurin la innocuïtat a les dosis idònies per al seu ús. L’organisme responsable de l’avaluació de la seguretat d’aquestes substàncies a la Unió Europea és l’EFSA (European Food Safety Authority). En l’àmbit internacional, se n’encarrega el Comitè Conjunt d’Experts en Additius Alimentaris de l’Organització de les Nacions Unides per a l’Agricultura i l’Alimentació (FAO) i de l’Organització Mundial de la Salut (OMS). Malgrat que hi ha una estricta vigilància sobre els additius, de vegades, surt alguna notícia en els mitjans de comunicació que crea una certa desconfiança entre els consumidors i arriba a provocar alarma social. Un exemple és el cas de l’aspartam, un producte artificial d’alt poder edulcorant, pràcticament acalòric, que s’utilitza com a substitutiu del sucre i que ha estat declarat innocu pels organismes responsables de l’avaluació de la seguretat, després de diverses polèmiques en els darrers anys. La molècula d’aspartam està formada per la unió de fenilalanina, àcid aspàrtic (dos aminoàcids constituents de les proteïnes) i metanol. El seu eventual efecte cancerigen s’atribueix a aquest darrer, però les baixes quantitats que se n’alliberen no representen cap risc. Només cal tenir en compte que les pectines (polisacàrids que integren la fibra vegetal formats

Educació Química EduQ

número 24

per àcid poligalacturònic parcialment esterificat amb metanol) que es troben en un suc de tomàquet sense additius alliberen a l’organisme molt més metanol que la quantitat equivalent d’una beguda refrescant edulcorada amb aspartam. Un altre edulcorant, la sacarina, també va ser objecte de polèmica a mitjan segle passat, sobretot als Estats Units. Finalment, s’ha seguit emprant perquè s’ha demostrat que les quantitats a ingerir perquè causi càncer són molt superiors a les que s’ingereixen normalment com a additiu. En aquest cas, va ser important l’opinió de dietistes i associacions de diabètics nord-americans, que van demanar a l’Administració que no la prohibís, entre altres raons, perquè ja feia anys que es feia servir sense que s’hagués observat cap efecte negatiu. En funció de l’acció, els additius alimentaris es classifiquen en una sèrie de categories o classes funcionals: colorants, conservadors, antioxidants, espessidors, edulcorants, correctors del pH, etc. Aquesta agrupació es fa tenint en compte la funció principal a la qual s’associa aquella substància (fig. 7). A continuació, es descriuen alguns dels additius més importants de cada grup.

Colorants Són productes químics que, afegits als aliments, proporcionen, reforcen o homogeneïtzen el color, que s’ha vist afectat pel procés de transformació a la indústria o pel pas del temps. Està prohibit el seu ús per emmascarar defectes o per donar a l’aliment una aparença de qualitat que no posseeix. Fins i tot hi ha colorants que proporcionen un efecte pantalla que ajuda a protegir l’aroma i les vitamines sensibles a la llum. En funció de la procedència, hi ha dos grups de colorants: els naturals, d’origen animal, vegetal o mineral, que són pigments que es troben a la natura i s’extreuen per mitjà de diferents mètodes, i els artificials, obtinguts per síntesi química de molècules noves o molècules iguals a les que es troben en el medi natural. La innocuïtat dels colorants artificials està més qüestionada que la dels naturals, però són més eficaços, perquè cobreixen tota la gamma de colors, solen ser més estables, tenen més puresa i, en general, són més barats. Alguns exemples de colorants són la curcumina (E-100), la riboflavina o vitamina B2 (E-101), la tartracina (E-102), el groc de quinoleïna (E-104), el carmí cotxinilla (E-120), l’amarant (E-123), l’eritrosina (E-127), la

Figura 7. Classificació dels additius alimentaris.

Els colorants són productes químics que, afegits als aliments, proporcionen, reforcen o homogeneïtzen el color, que s’ha vist afectat pel procés de transformació a la indústria o pel pas del temps clorofil·la (E-140) i el carbó vegetal (E-153). Conservants Són productes químics que preserven l’aliment de la degradació provocada pels microorganismes. A la indústria alimentària, és molt important controlar el creixement microbià en els aliments, perquè, a més de provocar-hi deteriorament, també pot causar intoxicacions. El desenvolupament d’una alteració microbiana està influït per una sèrie de factors: temps, temperatura, pH, potencial redox, pressió osmòtica i contingut en «aigua lliure». El fet que es coneguin els límits de viabilitat dels microorganismes ha ajudat a establir diferents tractaments físics que asseguren la conservació dels aliments. Però hi ha casos en què cal recórrer a l’ús de substàncies conservants eficaces, si no són suficients les mesures higièniques i un tractament físic que assegurin les condicions idònies de conservació. Com a conservants, hi ha els sorbats (E-200 a E-203), benzoats (E-210 a E-213), sulfits (E-221 a E-224, E-226), nitrits i nitrats (E-249 a E-252), entre d’altres. Antioxidants Els antioxidants són els productes químics que s’utilitzen per impedir o retardar les oxidacions i els enranciments naturals o provocats per l’acció de l’aire, la llum o traces de metalls. És

La majoria dels productes grassos, els components dels quals són més susceptibles d’oxidació, tenen antioxidants naturals propis, però a vegades es perden durant el processament industrial. Com a antioxidants, podem esmentar l’àcid ascòrbic (vitamina C) i els seus derivats (E-300 a E-302, E-304), els tocoferols o vitamina E (E-306 a E-309), els antioxidants fenòlics (E-310 a E-312) i l’extracte de romaní, entre d’altres. L’efecte sinèrgic amb els antioxidants d’alguns additius es deu a l’acció quelant d’alguns metalls que acceleren la reacció d’oxidació. Alguns també són reguladors del pH, com l’àcid acètic (E-260), l’àcid làctic (E-270), l’àcid màlic (E-296), l’àcid cítric (E-330) i l’àcid tartàric (E-334). Hidrocol·loides Els hidrocol·loides, coneguts també com a gomes, que poden ser considerats fibres solubles, són productes naturals polimèrics

solubles o que es poden dispersar en aigua. Tot i que també s’inclouen en aquest grup els midons i algunes proteïnes com la gelatina, generalment, el terme hidrocol· loides s’aplica a polisacàrids. Aquests additius tenen una gran importància tecnològica a la indústria alimentària a causa de les seves propietats de modificació o estabilització de la textura. Són molècules hidrofíliques que actuen sobre l’aigua que es troba lliure en el medi on s’apliquen, reduint-ne la mobilitat i augmentant-hi així la viscositat. L’estructura del polímer és important, ja que en depenen la capacitat de retenció d’aigua i, per tant, les característiques reològiques i de textura que proporciona al producte acabat. Els alginats (E-400 a E-405), l’agar (E-406), els carragenats (E-407), la goma de garrofí (E-410), la goma de guar (E-412) i la goma aràbiga (E-414) serien exemples d’hidrocol·loides. Emulsionants Els emulsionants són els productes químics que, afegits als aliments, fan possible la formació i/o el manteniment d’una dispersió uniforme entre dues o més fases immiscibles. Els productes amb capacitat emulsionant presenten una estructura dipolar que en proporciona les funcions tecnològiques, on es diferencia una part hidròfila, formada per grups dissociables o grups hidroxil, d’una altra part lipòfila

de cadena alquílica. Es poden classificar de la manera següent: — Formadors i estabilitzadors d’emulsions per la capacitat reductora de la tensió superficial entre les dues fases immiscibles. — Creadors i estabilitzadors d’escumes. — Agents texturitzants, modificadors de la textura del producte al qual s’apliquen. — Modificadors de la funcionalitat en els aliments de les proteïnes i els midons. — Controladors de les formes de cristal·lització dels greixos. — Millorants de la massa de pa. — Dispersants de sòlids en pols. Alguns exemples d’emulsionants són els mono i diglicèrids dels àcids grassos (E-471) i els èsters de mono i diglicèrids d’àcids grassos amb àcids orgànics (E-472). Edulcorants i poliols Els edulcorants d’alt poder endolcidor i els poliols són compostos naturals o sintètics de sabor dolç, però amb un poder energètic nul o pràcticament irrellevant (edulcorants intensos) o inferior al de la sacarosa (poliols). Les característiques que s’esperen d’un bon edulcorant són les següents: — Un sabor dolç més intens que el de la sacarosa. — Intensitat, velocitat de percepció i duració. — Sense sabors secundaris o residuals. — Una solubilitat suficient. — Que sigui estable en un interval ampli de temperatura i pH. — Que no sigui cariogen o promotor de càries. Es poden utilitzar com a edulcorants d’alta intensitat la sacarina (E-954), el ciclamat (E-952), l’aspartam (E-951) i els glicòsids d’esteviol (procedents de

Monografia / Divulgació de la química

Els hidrocol·loides, coneguts també com a gomes, que poden ser considerats fibres solubles, són productes naturals polimèrics solubles o que es poden dispersar en aigua

Els additius alimentaris

important evitar l’oxidació en els aliments, perquè pot provocar la pèrdua d’aromes i sabors característics, l’aparició d’aromes i sabors a ranci, la decoloració dels pigments propis de l’aliment, l’aparició de coloracions no desitjades, la pèrdua de valor nutricional i, fins i tot, la formació de substàncies tòxiques. Els antioxidants es poden classificar en naturals i artificials, incloent-hi també substàncies sinèrgiques o agents quelants, i poden actuar per mitjà de diferents mecanismes: — Aturant la reacció en cadena d’oxidació dels greixos. — Eliminant l’oxigen (de l’aire) atrapat o dissolt en el producte, o en l’espai de capçalera dels envasos. — Eliminant les traces de certs metalls, com el coure o el ferro, que faciliten l’oxidació.

l’estèvia, E-960), i, com a poliols, el sorbitol (E-420), el mannitol (E-421), el maltitol (E-965), el xilitol (E-967) i la polidextrosa (E-1200). Alguns poliols, especialment el maltitol, s’utilitzen no com a additius en el sentit estricte, sinó com a ingredients en productes sense sucre (xocolata) aptes per a diabètics.

Educació Química EduQ

número 24

Potenciadors del sabor Els potenciadors del sabor són productes que tenen la propietat d’exaltar l’aroma o el sabor de molts aliments sense que, a les concentracions utilitzades, posseeixin per si mateixos un sabor o un aroma destacable. Tenen aquesta propietat, principalment, alguns nucleòtids, aminoàcids i pèptids. El glutamat monosòdic (E-621), molt present en productes de la cuina oriental, és l’exemple més característic de potenciador del sabor. Sobre aquest additiu, hi ha hagut informacions, de valor científic divers, d’efectes positius (millora del control de sucre en sang, augment de la gana en gent gran) i negatius (augment de pes i d’altres). Un cop avaluat, la conclusió és que es pot fer servir amb seguretat en les dosis autoritzades. Consideracions finals Molts dels productes alimentosos que es troben en el mercat contenen un o més additius en la seva formulació. Aquests productes, naturals o sintètics, s’afegeixen, amb criteris restrictius, de manera intencionada i controlada als aliments amb el propòsit de modificar-ne les propietats organolèptiques, allargar-ne la vida útil i protegir-los del deteriorament. Un dels motius de la percepció social negativa dels additius és que són «productes químics artificials». Però no tots ho són, també n’hi ha de naturals. Convé recordar que natural o biològic no són sinònims de bo o innocu, ni

artificial o químic, de perjudicial. La toxicitat dels productes no depèn de l’origen, sinó de l’estructura química i de les dosis ingerides. D’una manera simple, pot ser il·lustrativa la frase del professor Francisco Grande Covián: «Res més natural, biològic i ecològic que el microbi que causa el còlera; res més químic, artificial i sintètic que el clor. Però, gràcies al fet que clorem les aigües, no morim de còlera». L’ús dels additius està reglamentat de manera molt estricta. Un aspecte que no sempre és prou conegut, i que il·lustra la seva necessitat segons les circumstàncies, és que fins i tot els aliments anomenats ecològics o biològics els poden utilitzar (ho fan en diversos productes) i les corresponents normes europees ho permeten. Els controls que porten a terme les administracions (en el cas de Catalunya, especialment, l’Agència Catalana de Seguretat Alimentària) indiquen que no hi ha hagut cap cas de concentracions de risc d’experimentar efectes tòxics per la ingestió excessiva d’additius. Bibliografia Barberá, R.; Lagarda, M. J.; Garcia, G. (2017). «Aditivos alimentarios». A: Gil, A. (dir.). Tratado de nutrición. Vol. III: Composición y calidad nutritiva de los alimentos. Madrid: Panamericana, p. 461-474. Belitz, H.-D.; Grosch, W.; Schieberle, P. (2011). «Aditivos de los alimentos». A: Química de los alimentos. Saragossa: Acribia, p. 383-415. Cubero, N.; Monferrer, A.; Villalta, J. (2002). Aditivos alimentarios. Madrid: A. Madrid Vicente: Mundi-Prensa. Lindsay, R. C. (2010). «Aditivos alimentarios». A: Damodaran, S. R.; Parkin, K. L.; Fennema, O. R. Química de los alimentos. Saragossa: Acribia, p. 685-745. Reynal, B. de; Multon, J.-L. (2009). Additifs et auxiliaires de

fabrication dans les industries agroalimentaires. París: Tec & Doc.

Elisabet Garcia Herrero Nascuda a València el 1990, és diplomada en nutrició humana i dietètica i graduada en ciència i tecnologia dels aliments per la Universitat de Barcelona (UB). Ha col·laborat amb el grup d’investigació Compostos Bioactius en els Aliments, del Departament de Nutrició i Bromatologia de la Facultat de Farmàcia de la UB. Des de fa dos anys, treballa al departament de qualitat del sector de l’alimentació. A/e: eligh12@hotmail.com.

Abel Mariné Font És catedràtic emèrit de nutrició i bromatologia de la Facultat de Farmàcia i Ciències de l’Alimentació de la Universitat de Barcelona. Professor a les universitats de Barcelona (1969-1973, 1982 fins a l’actualitat) i Salamanca (1973-1982), ha investigat sobre amines biògenes (histamina, tiramina, serotonina) en aliments, interaccions entre aliments i medicaments, additius alimentaris, polifenols i carotenoides i nutrició comunitària. Ha estat director general d’Universitats de la Generalitat de Catalunya (1986-1990) i vicepresident de la Comissió Interdepartamental de Recerca i Innovació Tecnològica (1991-1993). És membre de l’Institut d’Estudis Catalans. A/e: abelmarine@ub.edu.

Paints and varnishes: protection and beauty Maria Almató i Eva Tejada / Covestro, SL

DOI: 10.2436/20.2003.02.180 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa

resum Les pintures són productes sovint molt visibles per a tots nosaltres. A més d’aportar aspectes estètics, també tenen

pintura en la dosi adequada proporcionen les prestacions desitjades, que estan definides per l’aplicació que n’hem de fer. En aquest article, trobareu un resum general del món de les pintures, incloent-hi informació bàsica sobre la composició, el procés de fabricació, mètodes d’aplicació i curació i propietats finals dels recobriments.

paraules clau Pintura, vernís, recobriment, resina, pigment.

abstract Paints are products which are very visible in our everyday environment. In addition to providing aesthetic aspects, they also have a protective function which allows the durability of many different products to increase. The various ingredients of a coating in the proper quantity provide the desired benefits. These are defined by the end application of the coated object. In this paper, we give an overview of different paints and varnishes, including basic information on composition, the manufacturing process, methods of application, curing and the final properties of the coatings.

keywords Paint, varnish, coating, resin, pigment.

El món de les pintures Les pintures formen part de la humanitat des de fa milers d’anys i han participat en l’evolució cultural i tecnològica de la nostra societat. Si ens remuntem a temps antics, les pintures es feien servir, principalment, per a finalitats decoratives i artístiques. Més endavant, van anar incorporant funcions de protecció i conservació de materials, com la fusta o els metalls. La tecnologia de les pintures no ha parat d’evolucionar, especialment des que es va iniciar el desenvolupament de les resines sintètiques a principi del segle xx, que va permetre el gran salt de la pintura decorativa a la pintura tècnica d’altes prestacions.

Com seria un món sense pintures? És difícil d’imaginar, però de ben segur que seria més gris i amb objectes i materials que envellirien molt més ràpidament o estarien més deteriorats que els d’avui dia. Actualment, trobem diferents tipus de pintures sobre una gran varietat de materials, com per exemple fusta, metalls, plàstics, paper, tèxtils, vidre o materials minerals. Les pintures actuals són, per tant, un element fonamental en la construcció i la fabricació d’una multitud d’objectes i productes (fig. 1). Què és una pintura? Una pintura és un producte que, en estat fluid, s’aplica sobre

un substrat determinat i que, un cop sec i endurit, forma una pel·lícula sòlida i fina que recobreix la superfície de l’objecte, de manera que li aporta protecció envers els agents externs i li proporciona l’aspecte estètic final desitjat. Quan la pintura és transparent, s’anomena vernís; si és opaca, s’anomena pintura o esmalt. Quins tipus de pintures hi ha? Hi ha moltes varietats de pintures, que es poden classificar seguint diferents criteris: — Segons el camp d’aplicació: pintures per a decoració, automoció i transport, construcció i infraestructures, pintura

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 27-33

una funció de protecció que permet incrementar la durabilitat de molts objectes. Els diferents ingredients d’una

integrades homogèniament a la pel·lícula. La naturalesa química del polímer és la que determina la de la pintura. Les resines es classifiquen, segons l’estructura química, en diferents tipus («Paints», 2013). Alguns exemples estan detallats a la taula 1.

Educació Química EduQ

número 24

Figura 1. Exemples d’ús de pintures en diversos substrats i objectes.

industrial per a plàstic, metall, fusta i vidre. — Segons el medi solvent: pintures a l’aigua, al dissolvent o inclús sense cap solvent. Les pintures exemptes de dissolvent poden ser en fase líquida o bé en forma de pols. — Segons l’estructura química: alquídiques, poliuretàniques, acríliques, epoxi, nitrocel·lulosa o melamíniques, entre d’altres. Quins ingredients té una pintura? La composició d’una pintura pot arribar a ser força complexa, ja que és necessari ajustar el tipus i la dosi de tots els components per assolir les prestacions necessàries per a cada aplicació específica. Per exemple, per a una pintura de paret, caldran uns ingredients molt diferents dels necessaris per a una pintura per a cotxes, ja que tant la forma d’aplicació com les propietats finals de la pintura són molt desiguals. Una pintura conté quatre ingredients principals: resina; pigments i càrregues minerals; solvent, i additius. La composició de la pintura a partir d’aquests quatre tipus d’ingredients varia en funció de la naturalesa química i el tipus d’aplicació final.

Tanmateix, de forma general, podríem dir que una pintura té una composició orientativa semblant a la que es mostra en el gràfic de la fig. 2, depenent de si és transparent o pigmentada.

Pigments i càrregues minerals Els pigments i colorants són els responsables de donar color a la pintura (Lesney, 2004). Els inorgànics, a més de color, li aporten també opacitat, mentre que els orgànics només li donen color. El diòxid de titani és el pigment blanc d’ús majoritari en la fabricació de pintures, a causa de la seva excepcional opacitat i puresa de color (fig. 3), però altres pigments són necessaris per dotar la pintura de color. Òxids de ferro, ftalocianina blava i negre de carbó són pigments comuns per obtenir els diferents colors.

Figura 2. Composició aproximada d’una pintura i d’un vernís.

Resina La resina és un polímer natural o sintètic que confereix la consistència i la duresa final de la pel·lícula. És l’ingredient més important en l’assoliment de la resistència mecànica i química de la pel·lícula, així com de l’adherència al substrat. La resina també té la funció d’humectar les partícules del pigment per tal que quedin

Les càrregues minerals són productes químics que contenen algunes pintures i que serveixen per modificar-ne la reologia, les propietats mecàniques i l’aspecte de la pel·lícula (Calvo Carbonell, 2009). Algunes de les càrregues minerals permeten reduir el cost final de la pintura, ja que són productes més econòmics que els pigments. Talcs, carbonats, silicats i òxids

Estructura aproximada

Acrílica

Alquídica

Epoxi

Poliuretà

Propietats principals — Resistència a la intempèrie, a la calor. — Resistència química.

— Versatilitat en l’aplicació. — Assecat lent. — Grogueja a la foscor. — Sistema de dos components. — Alta resistència a l’aigua.

— Alta resistència mecànica i química. — Alta flexibilitat i duresa. — Durabilitat. — Generalment, com a sistema de dos components. — Assecat molt ràpid. — Alt contingut en solvent.

Nitrocel·lulosa

Melamínica

Oli

— Flexibilitat. — Durabilitat. — Resistència a la llum i la calor. — Emet formaldehid. — No és filmògena. — Protecció temporal. — Origen natural.

— Alta cobertura. — Alt contingut en sòlids. Polièster

metàl·lics són alguns exemples de càrregues, que es fan servir majoritàriament en pintures opaques. Solvents Els solvents es fan servir per donar la fluïdesa necessària a la

pintura i, d’aquesta manera, poder-la aplicar fàcilment i obtenir un recobriment sense defectes. Avui dia, encara una part important de les pintures està basada en solvents orgànics, com són el xilè, l’acetat de butil, l’acetona o

alcohols. En les pintures més modernes, es fa servir aigua com a solvent, fet que permet reduir el contingut de components orgànics volàtils (COV) i la seva posterior emissió a l’entorn de treball i, finalment, a l’atmosfera. L’ús de

Monografia / Química en context

Resina

Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa

Taula 1. Exemples de tipus de resines amb l’estructura química aproximada i les propietats principals

30 Figura 3. Estructura del rútil, que, juntament amb l’anatasa i la brookita, és un dels

Educació Química EduQ

número 24

tres principals polimorfs del diòxid de titani (TiO2 ), component majoritari de les pintures («Titanium dioxide», 2018).

l’aigua com a solvent és un dels possibles camins cap a pintures més sostenibles. Additius Els additius són tots aquells productes químics que s’afegeixen en menor quantitat i que permeten ajustar les pintures per assolir un

recobriment llis i sense imperfeccions («The ingredients of paint…», 2004). Hi ha un gran nombre de tipus d’additius amb funcions molt diverses. A la taula 2 se’n resumeixen els principals i les seves funcions, tot i que els existents en el mercat són molt nombrosos i, sovint, molt específics.

Com es fabrica una pintura? En el procés de fabricació d’una pintura, els pigments i les càrregues es molen per tal de reduir-los a partícules molt petites (en el rang de les micres) i, així, poder obtenir una pel·lícula homogènia. En aquesta primera fase, els sòlids es barregen enèrgicament amb part de la resina i dels additius en un tanc i passen després per un molí de molta. El resultat és una pasta pigmentària que, en la fase següent, es completa amb resina, additius i solvents en un tanc de mescla. La pintura ja acabada passa per un filtre abans d’entrar a l’estació d’envasament, on s’omplen els envasos i s’etiqueten amb la informació necessària perquè l’aplicador en faci un ús segur i correcte. Finalment, els envasos s’emmagatzemen adequadament abans de ser enviats com a producte acabat al distribuïdor comercial o a

Taula 2. Exemples d’additius comuns en la fabricació de pintures i funcions principals Tipus d’additiu

Funció

Exemples

Dispersants

Ajudar a estabilitzar les partícules de pigment i evitarne l’aglomeració

Polisiloxans, tensioactius, copolímers

Humectants

Ajudar que la pintura mulli el substrat i afavorir-ne així l’adherència

Àcids grassos, tensioactius copolímers

Anivellants

Ajudar a formar una pel·lícula llisa amb un aspecte òptic millor

Copolímers acrílics, polisiloxans

Espessants

Ajustar la viscositat i la reologia de la pintura a les necessitats d’aplicació i prevenir alhora la sedimentació dels pigments i les càrregues

Polímers acrílics, poliuretans, cel·lulòsics, bentonites

Desescumants

Ajudar a alliberar l’aire retingut en forma d’escuma provinent de la fabricació i l’aplicació de la pintura

Polisiloxans, olis minerals, polímers

Catalitzadors

Accelerar la reactivitat química i, per tant, l’enduriment de la pintura durant el procés de curació química

Sals metàl·liques, amines

Matejants

Reduir la brillantor de la pel·lícula per tal d’obtenir un aspecte setinat

Sílices, ceres, partícules polimèriques

Biocides

Prevenir la contaminació biològica de les pintures a l’aigua i la degradació del recobriment per l’acció biològica per part de fongs provinents de l’entorn

Isotiazolones, sulfamides

Retardants de flama

Prevenir o retardar la combustió de la pintura i el substrat

Fosfats

específicament formulada per als seus requeriments. Per exemple, per prevenir l’oxidació del metall, caldrà aplicar una imprimació anticorrosiva seguida d’una capa intermèdia i una altra d’acabat. En altres casos, una sola capa és suficient per obtenir els resultats desitjats.

En altres casos, després de l’evaporació del solvent, la pel·lícula es manté inicialment en estat líquid i, per tant, encara enganxosa, fins que té lloc la reacció química, també anomenada reticulació o curació, que endureix la pel·lícula fins a arribar a les propietats finals. Aquest és, per exemple, el cas de les pintures

Monografia / Química en context

l’usuari final («Paints and coatings», 2016). El procés de fabricació d’un vernís és semblant al d’una pintura, però no sol requerir la fase de molta perquè no cal incorporar-hi sòlids. La fig. 4 mostra un esquema simplificat d’un procés de fabricació industrial de pintura.

Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa

Figura 4. Esquema simplificat d’un procés de producció de pintura.

Com s’aplica la pintura? Les pintures es poden aplicar de maneres molt diverses: amb pinzell, amb corró, per immersió, amb pistola aerogràfica, de forma electroestàtica, en forma de cortina o amb aerosol. En la pintura decorativa, l’aplicació és manual, mentre que a la indústria els processos d’aplicació poden ser automatitzats. Depenent del substrat i de les propietats desitjades, s’haurà d’escollir el tipus de pintura requerit i el nombre de capes a aplicar. Segons la funcionalitat de la capa, caldrà una pintura

Com s’asseca i s’endureix una pintura? En una primera fase després de l’aplicació de la pintura, el solvent s’evapora. En alguns casos, amb l’evaporació del solvent n’hi ha prou per obtenir una pel·lícula seca prou consistent per adherir-se al material i assolir les propietats finals. Depenent de si la resina està dissolta o dispersada en el solvent, el mecanisme de formació de la pel·lícula serà diferent. En ambdós casos, el pes molecular de la resina ha de ser prou elevat per obtenir una pel·lícula seca amb prou consistència.

alquídiques, que, un cop aplicades, experimenten una reticulació oxidativa per l’acció del catalitzador sobre els dobles enllaços que conté el polímer.

Les pintures es poden aplicar de maneres molt diverses: amb pinzell, amb corró, per immersió, amb pistola aerogràfica, de forma electroestàtica, en forma de cortina o amb aerosol

llum, de manera que formen radicals que, posteriorment, inicien la polimerització dels dobles enllaços presents en el polímer. Els sistemes de curació UV són els que presenten una productivitat més elevada, ja que aquesta curació ocorre en només uns segons, de forma que són els més adients en grans línies industrials. El procés de curació UV té la limitació de les dimensions geomètriques de l’objecte, ja que només permet la curació de peces planes. A la fig. 6 es mostra un moble de cuina amb un vernís resistent als productes domèstics; aquest

Educació Química EduQ

número 24

Altres exemples de pintures reactives són els sistemes de poliuretà, polièster, epoxi o melamina, que es presenten com a sistemes reactius de dos components. Els dos components s’han de mantenir per separat fins al moment de l’aplicació, que és quan es barregen i s’inicia la reacció química de reticulació. Un cop barrejats, la pintura té un temps de vida útil limitat, que pot anar des de minuts fins a hores, depenent del tipus de resines i enduridors utilitzats. La fig. 5 mostra un exemple de reticulació corresponent a la reacció d’un sistema de dos

Figura 5. Esquema simplificat de reticulació d’un sistema de poliuretà de dos components.

components de poliuretà (MeierWesthues, 2007). En la majoria dels casos, el procés d’assecat i curació es pot accelerar aplicant-hi temperatura, sigui a través de túnels amb flux d’aire calent, sigui en forns. També hi ha resines de curació ultraviolada (UV), que necessiten llum per poder obtenir les propietats finals. Són polímers que contenen dobles enllaços en l’estructura. La formulació conté fotoiniciadors que s’activen sota l’acció d’unes determinades longituds d’ona de la fracció UV de la

mobiliari sovint està envernissat amb sistemes de curació UV. Quines propietats ha de tenir una pintura? Les propietats finals que ha de tenir una pintura o un vernís dependran de l’aplicació que se’n faci. Per exemple, una pintura que hagi d’anar a l’exterior haurà de tenir molta estabilitat a la llum UV i resistència a la humitat, mentre que això no serà tan crític per a una pintura d’interior. En general, a les pintures se’ls demana una bona resistència

El món de les pintures i els vernissos és ampli i complex. Ampli, per la necessitat de disposar de molts tipus de pintures diferents i així abastar tots els sectors del mercat mecànica (duresa, resistència a la ratllada, a l’impacte i a l’abrasió, adherència, etc.) i bones resistències químiques (a l’aigua, a solvents, a productes de neteja o a substàncies industrials o domèstiques). També hi ha pintures per a les quals és important la resistència a la temperatura o a la llum. D’altra banda, en molts casos, és essencial l’aspecte que el producte ha de donar a l’objecte final: brillant, setinat, mat, amb color, transparència o opacitat. Més enllà de les propietats i de l’aspecte òptic, els recobriments poden tenir restriccions addicionals determinades pel sector d’aplicació, com poden ser límits de continguts de components volàtils, idoneïtat per al contacte amb aliments, etc. I les pintures del futur? El desenvolupament de pintures ha estat sempre dirigit a l’assoliment de les més altes prestacions o a la reducció de l’impacte econòmic. Actualment, però, els nous desenvolupaments busquen alhora un impacte ambiental més baix i oferir uns sistemes més sostenibles. La reducció de l’ús de dissolvents orgànics o l’increment del contingut de materials renovables a les pintures en són clars exemples. Hi ha també nombroses línies d’investigació per desenvolupar pintures amb nous ingredients i noves funcionalitats, que van més enllà de les propietats

Monografia / Química en context

[en línia]. San Diego: Torrey Hills Technologies, LLC. <http://www.threerollmill. com/documents/Paints_coat ings.pdf> [Consulta: 4 juny 2018]. «Titanium dioxide» (2018). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/wiki/ Titanium_dioxide> [Consulta: 4 juny 2018].

Figura 6. Moble de cuina amb vernís resistent als productes domèstics.

esperades tradicionalment de pintures i recobriments. És l’exemple de les pintures antigel, autoreparadores, antigrafits, d’autoneteja, antimicrobianes, antiolors, les que canvien de color amb la temperatura, les conductores d’energia i un llarg etcètera, que demostren que el sector de les pintures té encara molt recorregut en el desenvolupament tecnològic del món. Conclusions El món de les pintures i els vernissos és ampli i complex. Ampli, per la necessitat de disposar de molts tipus de pintures diferents i així abastar tots els sectors del mercat. Complex, pel detall de la formulació, la producció i l’aplicació. Les pintures són un sector essencial de la indústria química que seguirà evolucionant i acompanyant el desenvolupament tecnològic del nostre món canviant. Referències Calvo Carbonell, J. (2009). Pinturas y recubrimientos: Introducción a su tecnología. Madrid: Díaz de Santos.

«The ingredients of paint and their impact on paint properties» (2004). A: Continuing Education Supplement [en línia]: Paint training. Spring House: Paint Quality Institute of Dow Chemical. <http://www. industrialpaintquality.com/ pdfs/ingredientsofpaint.pdf> [Consulta: 2 maig 2017]. Lesney, M. S. (2004). «Paints, pigments, and dyes. Chemistry’s colors and coatings have long enhanced civilization». A: Ryan, J. F. (ed.). Enterprise of the chemical sciences: Chronicles of chemistry. Vol. 2. Washington: American Chemical Society Publications, p. 29-32. Meier-Westhues, U. (2007). Polyurethanes. Hannover: Vincentz Network. «Paints» (2013). A: The essential chemical industry online [en línia]. Nova York: Centre for Industry Education Collaboration: Universitat de Nova York. <http://www.essentialchemi calindustry.org/materialsand-applications/paints. html> [Consulta: 4 juny 2018]. «Paints and coatings» (2016). A: Three Roll Mill White Papers

Maria Almató És doctora en enginyeria industrial per la Universitat Politècnica de Catalunya i actualment es dedica a l’àrea comercial, després d’una llarga experiència a la de desenvolupament de pintures industrials. Treballa a Covestro, SL, a la divisió Coatings Adhesives and Specialties. Covestro, SL és una empresa líder en la fabricació de polímers, amb una especial atenció als sistemes de poliuretà. A/e: maria.almato@covestro.com.

Eva Tejada És doctora en química per l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona i la Universitat Autònoma de Barcelona i és responsable de l’àrea de desenvolupament de vernissos per a fusta per a Europa. Treballa a Covestro, SL, a la divisió Coatings Adhesives and Specialties. A/e: eva.tejada@covestro.com.

Les pintures i els vernissos: protecció i bellesa

DOI: 10.2436/20.2003.02.181 http://scq.iec.cat/scq/index.html

La química a la cosmètica Chemistry in cosmetics Mar Jal i Mora / Laboratorios Magriña, SL

resum La cosmètica engloba una gran quantitat de productes presents en la nostra vida diària, necessaris per al manteniment del bon estat de la nostra pell. Forma part de la química, com de moltes altres disciplines. La pell és un

òrgan altament complex i complet, amb un paper determinant en la protecció de l’organisme. La cosmètica engloba textures diferents, com una crema o un pintallavis, i components tan senzills com la sal i tan complexos com el

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 34-39

col·lagen. Cada cosmètic inclou un nombre d’ingredients en un equilibri particular que en garanteix l’estabilitat i l’activitat cutànies. La química n’és la base, la que assegura que arribin a les nostres mans productes cosmètics efectius en la seva activitat i comercialment agradables.

paraules clau Forma cosmètica, principis actius, additius, famílies cosmètiques.

abstract Cosmetics encompass a large quantity of products which are present in our daily lives and which are necessary to maintain a good skin. It is, as well as many other disciplines, part of chemistry. The skin is a highly complex and complete organ and has an important role in the protection. Cosmetics come in many different forms, such as a cream or a lipstick, and compounds as simple as salt or as complex as collagen. Each cosmetic includes a number of ingredients in a particular balance that guarantees its stability and skin activity. Chemistry is the basis for effective and commercially enjoyable cosmetic products.

keywords Cosmetic form, active ingredients, additives, cosmetic families.

Introducció Cada dia, en sortir de casa, gairebé sense adonar-nos-en, hem utilitzat quatre o cinc cosmètics: el gel de bany, el xampú, el sabó de les mans, la pasta de dents, la colònia… Prenem el sol amb un protector solar, ens hidratem les mans quan les tenim molt seques, utilitzem un bàlsam labial a l’hivern… I si parlem de xifres, la indústria cosmètica va generar 205.000 milions d’euros a tot el món l’any 2016, amb un creixement del 4 %. Veiem els cosmètics en una multitud de canals diferents: farmàcies, centres d’estètica, perruqueries, supermercats, botigues de dietètica, Internet, etc.

Es presenten amb una gran varietat de textures, colors, ingredients, perfums i, sobretot, missatges publicitaris que conviden al consum. En un entorn social en què la imatge pròpia té un paper importantíssim i el fet de tenir un bon aspecte es considera primordial, els cosmètics s’han convertit en un dels grups més sol·licitats i utilitzats pels consumidors. Ara bé, què hi ha darrere dels cosmètics? Segons la legislació europea (Directiva 76/768/CEE), un cosmètic és qualsevol substància preparada destinada a ser posada en contacte amb les diverses parts superficials del cos humà

(epidermis, sistemes pilós i capil·lar, ungles, llavis i òrgans genitals externs), o bé amb les dents i/o les mucoses bucals, amb la finalitat exclusiva o principal de netejar-les i protegir-les per mantenir-les en bon estat, modificar-ne l’aspecte o corregir les olors corporals. En primera instància, doncs, no es poden atribuir als cosmètics propietats curatives o farmacèutiques. No podem dir que un cosmètic és antiinflamatori, que evita infeccions o que afavoreix la formació de pell, perquè són afirmacions que ultrapassen l’acció d’un cosmètic, el qual només pretén cuidar o garantir el bon estat de la pell.

Figura 1. La cosmètica de tractament habitualment es presenta en ampolles, terrines o tubs.

— Cosmètica decorativa: es refereix als productes que tenen per objecte el canvi o la millora de l’aspecte exclusivament estètic de la pell. Inclou pintallavis, ombres d’ulls, maquillatges, etc. Són, com el nom indica, els que «decoren» la pell; l’activitat no n’és l’objectiu. Tanmateix, sovint veiem encreuaments dels dos tipus de cosmètics: un maquillatge que hidrata o bé una crema antiarrugues amb una nota de color en serien dos exemples. Atenent la composició del cosmètic — Cosmètics convencionals: inclouen qualsevol tipus d’ingredient, d’origen natural (vegetal, marí o mineral), biotecnològic (a partir de sistemes biològics o organismes vius, s’obtenen al laboratori substàncies idèntiques o molt semblants a les dels principis actius naturals) o de síntesi química.

d’absorció de les radiacions solars UV.

— Cosmètics naturals: hi ha molta confusió al voltant d’aquest tipus de cosmètics, ja que molts es presenten com a naturals quan només contenen alguns ingredients que ho són. Els que es poden considerar realment naturals són els anomenats i certificats com a biològics, ecològics o orgànics, i així queda recollit en un segell específic que s’inclou en l’etiquetatge. No hi ha un criteri únic per definir aquest tipus de productes, ja que les exigències per a aquesta denominació varien segons les organitzacions que els certifiquen. Això dificulta molt la comprensió del consumidor. De manera general, es pot definir un cosmètic ecològic/biològic com un producte certificat per una entitat convenientment autoritzada (les més conegudes són la francesa Ecocert i l’alemanya Natrue) i que compleix una sèrie de requisits, els principals dels quals són: exclusió de parafines i silicones, exclusió de perfums i colorants de síntesi, exclusió de components irradiats o teixits

Figura 2. La cosmètica decorativa habitualment es presenta en barres o pols compactades.

Figura 3. Calèndula, alga i pedra tosca, exemples d’ingredients vegetal, marí i mineral.

Monografia / Química en context

Atenent la funció del cosmètic — Cosmètica de tractament: tots aquells productes que tenen per objectiu la neteja, la protecció, el manteniment o la correcció de la pell. Inclou diferents tipus, com la cosmètica facial, la corporal, la solar, la capil·lar, etc. Hidratants, antiarrugues, anticel· lulítics, refermants, etc., formen part d’aquest grup.

Un ingredient vegetal seria, per exemple, un extracte de calèndula o camamilla que utilitzem per «calmar» la pell o millorar-ne el confort. Un ingredient marí podria ser un extracte d’algues que resisteixen bé el sol i l’estrès salí i que podem incorporar a un producte solar. Un ingredient mineral seria la pedra tosca utilitzada en exfoliants cutanis. Un ingredient biotecnològic seria un extracte de cèl·lules mare de nombroses aplicacions cosmètiques, segons l’espècie vegetal. Finalment, un ingredient sintètic podria ser un filtre solar químic produït al laboratori per donar capacitat

La química a la cosmètica

Famílies cosmètiques Hi ha famílies cosmètiques diferents: no és el mateix un llapis labial que una crema, ni en l’aspecte ni químicament! Les principals famílies de cosmètics són les següents:

número 24

Provinent de l’agricultura

Educació Química EduQ

d’organismes genèticament modificats, utilització de determinats conservadors, utilització majoritària de components vegetals (un cert percentatge, provinent de l’agricultura biològica), etc. Amb aquestes certificacions, es garanteix que un alt percentatge dels ingredients presents a les fórmules és natural i una part prové de l’agricultura biològica (els anomenats bio), la qual cosa vol dir:

agrícoles basat en la utilitza-

ecològica, biològica o orgànica, que és un sistema de cultiu de les explotacions

Ingredients d’un cosmètic Al marge d’aquestes famílies, en termes generals, podem dir que qualsevol producte cosmètic està format bàsicament per un vehicle o excipient, uns principis actius cosmètics, uns additius i uns agents correctors. L’activitat final d’un cosmètic depèn de l’adequada combinació dels uns i els altres. Ara bé, cal tenir en compte que, en un cosmètic, la idoneïtat del vehicle és particularment important (segurament, molt més que en altres productes del mercat). El vehicle o textura participa de forma significativa en el resultat del cosmètic sobre la pell. Tot seguit, s’explica què s’entén per cadascun dels ingredients.

ció òptima dels recursos naturals, sense utilitzar productes químics de síntesi ni organismes genèticament modificats (OGM), ni tan sols per a adob ni per combatre plagues, assegurant la conservació de la Terra i el respecte pel medi ambient de manera sostenible i equilibrada (Ecocert, http://www.ecocert. com/index).

També hi ha exigències pel que fa als processos de fabricació, als de neteja de les instal·lacions, a la gestió de residus, etc. Els productes i/o les empreses que els fabriquen són sotmesos a una auditoria anual per garantir el compliment de les condicions establertes.

Vehicle o excipient Conjunt de substàncies que es presenten en formes diferents (crema, llet o emulsió fluida, loció o gel) i que constitueixen el suport per introduir els principis actius a la pell. Són els ingredients que transmeten la primera impressió que té el consumidor en tocar-los: si un producte és tou, si s’absorbeix ràpidament, si brilla, si s’estén bé, etc. L’excipient constitueix el sistema de transport dels ingredients actius a la pell i n’afavoreix la penetració, l’absorció o la percepció. Com dèiem al principi, els vehicles o bases han de tenir una relació directa amb la finalitat del cosmètic. Així, per exemple, una crema per al massatge haurà de tenir una bona capacitat lubricant

Figura 4. Exemples de segells utilitzats per a la cosmètica natural certificada.

Conjunt de substàncies que es presenten en formes diferents (crema, llet o emulsió fluida, loció o gel) i que constitueixen el suport per introduir els principis actius a la pell per facilitar les maniobres en l’aplicació del producte, mentre que un cosmètic per a pells greixoses haurà de tenir un baix contingut en substàncies olioses. El vehicle participa, de forma clara, en l’activitat del cosmètic. Principis actius cosmètics Ingredients de qualsevol origen (vegetal, animal, mineral o sintètic) que determinen l’acció del cosmètic. Són capaços de produir canvis a la pell. Així, doncs, podem utilitzar un extracte de camamilla (vegetal) per calmar la pell, un derivat de la lactosa (animal) com a probiòtic cutani, un derivat del silici (mineral) per millorar l’elasticitat cutània o un pèptid específic (sintètic) per allisar la pell. Són els responsables de la principal activitat que reivindica el cosmètic: hidratar, eliminar la cel·lulitis, atenuar la flacciditat, etc. Ens permeten augmentar la producció de col·lagen, reduir el volum d’una cèl·lula de greix (adipòcit), bloquejar l’acció dels radicals lliures causants de l’envelliment prematur, etc. Són les estrelles més visibles de la cosmètica! I les que les diferents marques utilitzen com a reclam principal per posicionar els seus productes en el mercat. Aquí trobem una infinitud de principis (extractes vegetals, pèptids sintètics, cèl·lules mare, liposomes, vitamines, etc.) que han de demostrar la seva activitat mitjançant assaigs d’eficàcia.

Monografia / Química en context Figura 5. Estructura del col·lagen.

Additius Els additius són diferents tipus de substàncies que s’afegeixen als cosmètics amb la finalitat de protegir-los o estabilitzar-los (conservants i antioxidants), donar-los una tonalitat agradable (colorants) o bé aportar-los una olor atractiva (perfum). Contribueixen a garantir un producte més estable i atractiu. D’una banda, els conservants són particularment importants en uns productes molt maltractats pels consumidors. Si bé habitualment tothom conserva en condicions adients els aliments o els medicaments, no passa el mateix amb els cosmètics: quants tanquem l’ampolla de gel de bany a la dutxa?, quants protegim un producte solar del contacte amb la sorra quan encara està destapat? Això obliga a assegurar la correcta protecció dels cosmètics davant la contaminació que podem aportar-hi amb les nostres pròpies mans o en contacte amb l’exterior. És un punt crític!

D’altra banda, els colorants i els perfums tenen un paper molt important en el missatge que vol transmetre el producte. Si comprem una crema que presentem com a marina, sembla que el color blau encaixarà millor amb el concepte del producte i seria absurd incloure-hi un perfum amb olor de flors. El cosmètic final ha de tenir coherència, de la mateixa manera que ningú espera que una sopa de pastanaga no tingui color. Correctors Els correctors són substàncies que s’afegeixen als cosmètics per ajustar, retocar, millorar o assegurar determinades característiques. Se’n pot modificar la viscositat amb l’addició d’espessidors, o bé el pH amb la de substàncies àcides o alcalines. Per exemple, un producte amb un extracte d’àcids fruitals (molt utilitzats per la seva capacitat d’accelerar la descamació de la pell, com el làctic o el cítric) necessitarà un pH discretament baix per assegurar-ne l’activitat, i a un gel de bany que es presenta com a «ric» caldrà afegir-li una mica de sal comuna, el clorur sòdic, un dels principals agents gelificants en barreges tensioactives, per guanyar viscositat. Formes cosmètiques El tema dels vehicles o excipients d’un producte ens porta a les formes cosmètiques, que són els diferents tipus de vehicles i les diferents formes en què es

presenten aquests productes. Les formes farmacèutiques poden ser emulsions, gels, solucions o locions. Emulsió Una emulsió és, bàsicament, una mescla estable de dos fases que normalment no es poden barrejar per la seva naturalesa diferent, com l’aigua i l’oli, gràcies a la presència d’una substància que anomenem emulsionant. L’emulsionant té una estructura particular, amb un cap i una cua, com si fos un estel, de manera que el cap és soluble en aigua i la cua, en oli. D’aquesta manera, quan afegim, per agitació, un emulsionant a la barreja de dos fases que no es barrejarien per si soles, el cap «s’enfonsa» a la part aquosa i la cua, a l’oliosa, la qual cosa les manté unides i dona a la mescla un aspecte particular, que és l’emulsió. Així s’explica una maionesa: el rovell n’és la fase aquosa i l’oli, l’oliosa. La lecitina del rovell és la que actua com a emulsionant i permet que lligui bé la salsa. Necessitem agitació per formar una emulsió cosmètica o una maionesa; la cosmètica sovint s’assembla molt a la cuina. Segons la consistència de les emulsions, poden ser cremes, quan són espesses, com ara la maionesa, o bé llets (o emulsions fluides). A part de la viscositat, les emulsions poden ser oli en aigua o aigua en oli, depenent de si hem aconseguit (i això ho determina el

La química a la cosmètica

Aquests són també de naturalesa molt diferent. Per exemple, l’efectivitat d’un ingredient per a les arrugues es pot demostrar per vies molt diverses: mitjançant assaigs amb voluntaris que se sotmeten a un test d’ús (s’apliquen el producte com ho faria un consumidor i en valoren els efectes sobre les arrugues), mitjançant empremtes cutànies o fotografies de la pell abans i després de l’aplicació, etc.

Figura 6. Esquema d’un tensioactiu: cap hidrofòbic i cua hidrofílica.

Educació Química EduQ

número 24

tipus d’emulsionant utilitzat) que les gotetes d’oli quedin atrapades dins la massa d’aigua o, per contra, que siguin les gotes d’aigua que estan envoltades d’oli. Les primeres són les W/O (per les inicials de water in oil, ‘aigua en oli’ en anglès); les segones, les O/W (oil in water, ‘oli en aigua’ en anglès). Òbviament, a més del tipus d’emulsió, segons els ingredients que seleccionem per a la part aquosa i per a l’oliosa de qualsevol emulsió, podrem obtenir diferents tactes, més o menys rics, de la mateixa manera que una crema de verdures no quedarà exactament igual si utilitzem aigua o crema de llet en la preparació. A igualtat de plat, amb aigua resultarà molt més lleugera! Quan volem enriquir una emulsió, hi posem ingredients més greixosos, com ara olis vegetals (n’hi ha de tot tipus: jojoba, rosa mesquera, argània, oliva, etc.), mantegues (com la famosa karité), ceres (com els alcohols grassos, que, a més, actuen com a factors de consistència), olis minerals (com vaselines o alcans, que aporten també una bona extensibilitat), etc. Per contra, si la volem alleugerir, utilitzarem substàncies greixoses però molt més lleugeres, com ara les silicones volàtils (que no deixen gairebé residu sobre la pell) o els èsters de tacte sec. També el tipus d’emulsionant pot influir en l’emulsió obtinguda. Es tracta de jugar amb els ingredients fins a trobar la

textura que més s’ajusta a la finalitat del cosmètic i que, habitualment, defineix el departament de màrqueting d’una empresa. Per exemple, un mateix tipus de producte, com ara un anticel·lulític, es pot formular com un producte fresc i lleuger per aplicar-lo cada dia abans de vestir-se o bé com un producte de massatge d’absorció més lenta però amb un bon lliscament per facilitar-ne la manipulació durant una estona. A igualtat d’efecte final, els ingredients que es combinen són molt diferents!

Un gel, en canvi, és una estructura diferent. En aquest cas, hi ha dues fases: la majoritària és un líquid, a l’interior del qual s’incorpora una substància sòlida capaç de formar una estructura espessa particular en atrapar el líquid Gel Un gel, en canvi, és una estructura diferent. En aquest cas, hi ha dues fases: la majoritària és un líquid, a l’interior del qual s’incorpora una substància sòlida capaç de formar una estructura espessa particular en atrapar el líquid. És el cas de la gelatina en pols afegida a l’aigua de la nostra recepta que dona lloc a un gel, o bé el producte que ens apliquen

per fer-nos una ecografia. Els gels poden ser de diferents tipus: aquosos, hidroalcohòlics o oliosos. Tots els productes transparents o semitransparents que trobem al mercat amb una certa viscositat o consistència són gels, i aquí queden inclosos productes tan dispars com un xampú o un bàlsam labial (aquós el primer, oliós el segon). Com en el cas de les emulsions, l’activitat del gel marca la selecció d’ingredients que el componen. Per a un gel de bany, utilitzarem combinacions diferents de tensioactius; per a un gel refrescant de peus i cames, caldrà utilitzar alcohol i mentol/càmfora sobre una base gelificada amb un polímer acrílic, per exemple.

Figura 7. Aspecte d’un cremagel.

Cremagel Hi ha també una forma cosmètica intermèdia entre l’emulsió i el gel, que és el que es coneix com a cremagel. En aquest cas, el producte en realitat és un gel, però l’aspecte és el d’una crema. Per tant, inclou en la fórmula un agent gelificant i un emulsionant en una concentració molt petita. El producte que en resulta és cremós d’aspecte, però, en aplicar-lo sobre la pell, es torna transparent i es nota que és molt més lleuger que una crema. Per això és una base molt utilitzada en productes en què no es vol massa «greix», com els cosmètics per a adolescents o per a homes. En el sector cosmètic, disposem de diferents gelificants/emulsio-

Solució Una altra forma cosmètica és la solució, que és una barreja homogènia de dos o més ingredients solubles i que no reaccionen químicament entre si. No hi ha fases que es puguin observar ni amb els microscopis més potents. En la solució hi ha un ingredient majoritari, el dissolvent, i els que s’hi dissolen, que en química s’anomenen soluts. Els tònics que solem aplicar-nos després de la neteja de la pell, les aigües desmaquilladores, etc., són solucions. Habitualment, les solucions cosmètiques són bases aquoses, hidroalcohòliques o olioses, a les quals s’afegeixen ingredients actius diferents. Així, doncs, un tònic facial pot ser tan senzill com una solució aquosa amb dos o tres extractes vegetals refrescants (hamamelis, cogombre, etc.) i una punta d’alcohol, que ens ajudarà a tancar els porus de la pell per la seva acció assecant. També llegim sovint en molts cosmètics la paraula loció, que, segons qualsevol diccionari, és un producte líquid per a la cura de la pell o els cabells. Per tant, una loció pot ser una solució o una emulsió fluida (llet) i és una paraula que pot englobar productes molt diferents. L’únic que la defineix és que sigui líquida. Etiquetatge En relació amb l’etiquetatge, els cosmètics són productes molt transparents, que inclouen tots els seus ingredients, del primer a

— (2013). El secret dels cosmètics. Barcelona: La Mansarda.

En relació amb l’etiquetatge, els cosmètics són productes molt transparents, que inclouen tots els seus ingredients, del primer a l’últim, en ordre decreixent de

Mar Jal i Mora És directora tècnica i responsable d’R+D de Laboratorios Magriña, SL des de fa més de vint-i-cinc anys. Farmacèutica graduada per la Universitat de Barcelona (UB), especialista en farmàcia galènica, pertany i col·labora regularment amb associacions professionals com la Societat Espanyola de Químics Cosmètics o el Col·legi de Farmacèutics de Barcelona. Ponent en nombrosos cursos i seminaris cosmètics, ha estat professora del Màster en Dermatologia i Cosmètica de la UB i del Centre d’Estudis Superiors de la Indústria Farmacèutica. Interessada en la divulgació, condueix tallers cosmètics i col·labora en

Bibliografia Jal i Mora, M. (2008). Els cosmètics. Barcelona: Mina.

concentració

Figura 8. Exemple representatiu de com es descriu la composició d’un cosmètic.

Reflexions finals Com a conclusió, podem dir que els cosmètics tenen dos puntals científics bàsics en què justificar la seva raó de ser: la química, que explica com hem de formular-los i fer-los atractius i estables durant tota la seva vida comercial, i la biologia, que els dona la raó de ser, que concreta els mecanismes d’acció per a la seva eficàcia. I potser n’hi hauria un altre: l’aparença o organolèptica. La presentació d’un cosmètic és clau, com a tots els altres productes de consum, per a l’èxit. Parlem, com en el cas de la roba, d’un producte vinculat a la imatge personal. Això no s’ha d’oblidar, però ja no és tasca dels formuladors (químics, farmacèutics, biòlegs, etc.), sinó dels departaments de màrqueting de les empreses que els fabriquen.

Monografia / Química en context

l’últim, en ordre decreixent de concentració. Ho podeu comprovar amb qualsevol que tingueu a casa. És la denominació INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients). El més abundant es troba al principi de la llista; del que n’hi ha menys, al final. Els ingredients d’origen vegetal es descriuen amb el seu nom botànic; els pròpiament químics, en anglès. És molta informació, però molt poc aclaridora per al consumidor, que difícilment pot entendre-la. Sí que li pot servir per localitzar un ingredient específic al qual sap que és al·lèrgic, però poca cosa més.

La química a la cosmètica

nants capaços de donar aquest tipus d’aspecte amb la simple addició d’un ingredient de la família dels acrilats. Si ens movem en gammes de productes més naturals, caldrà utilitzar les clàssiques gomes (la xantana, l’escleròtica, etc.) i combinar-les amb algun emulsionant natural i greixos en proporció discreta, que aportaran la part «cremosa» del cremagel.

revistes i webs especialitzats del sector i en programes de ràdio i televisió. A/e: mmjal@magrina.com.

DOI: 10.2436/20.2003.02.182 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Un congrés científic escolar: color i aliments A scholarly scientific congress: colour and food Pedro García García / Col·legi La Mercè FEM Martorell

resum 40

En la matèria de química de segon de batxillerat, treballem cada trimestre alguna activitat per millorar la competència comunicativa dels alumnes en diferents formats de creació científica. En aquest article, us presentem

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 40-47

una activitat que acaba amb un congrés científic en el qual els alumnes mostren, a través de pòsters, el resultat de la seva recerca sobre la presència de colors en els aliments. Es va comptar amb la col·laboració d’empreses del sector dels colorants alimentaris, que van rebre la visita dels alumnes. Els convidats al congrés van escoltar les presentacions dels pòsters elaborats pels alumnes i van interactuar-hi fent-los preguntes.

paraules clau Química de batxillerat, congrés científic, competència comunicativa, context, colorant, pòsters científics.

abstract In the final year of chemistry at high school, each term we work on an activity to improve the communicative competence of students in different scientific creation formats. In this article, we present an activity that ends with a scientific congress in which students show through posters the result of their research on the presence of colours in food. Companies from the food colouring sector collaborated by receiving visits from students. The guests at the conference heard the poster presentations which had been prepared by the students and interacted with them by asking questions.

keywords High school chemistry, scientific congress, communicative competence, context, colouring, scientific posters.

L’origen de la proposta Des de la matèria de química de batxillerat del col·legi La Mercè, hem apostat per treballar cada trimestre aspectes de comunicació de ciència. Des de presentacions orals a classe, tant individuals com en grup, fins a l’edició de videonotícies a partir d’articles del Foro Química y Sociedad, on científics i empreses de l’Estat donen a conèixer les seves darreres recerques, com la que es presenta en aquest article: la realització d’un congrés científic. L’hivern passat, participant en una formació d’actualització de

coneixements i metodologies per al professorat de ciències, vaig saber de diferents activitats de creació del coneixement científic, entre les quals hi havia el congrés científic a l’escola. Conèixer exemples d’activitats d’aula en les quals els alumnes participaven en un congrés científic a l’escola, així com les competències que desenvolupen amb aquest tipus d’activitats, va ser l’estímul per dur-ne a terme una d’aquestes característiques amb els meus alumnes de química de segon de batxillerat. Vaig proposar a aquests alumnes que la tasca de comuni-

cació per al tercer trimestre consistís a dur a terme un congrés científic sobre el món dels colors i els aliments. El món de l’alimentació és proper als alumnes i el dels colorants permet iniciar una recerca molt interessant a partir de les etiquetes dels aliments. D’aquesta manera, la contextualització, peça clau en un currículum amb enfocament competencial com el nostre, estava garantida. A més, si revisem un dels objectius específics de la química de batxillerat, que es mostra tot seguit al punt 1, i les competències generals de l’etapa del batxille-

nya (2017), és molt important la implicació de tots els agents de la comunitat educativa. La innovació pedagògica vinculada a l’entorn s’inscriu en el marc de la col·laboració entre la institució escolar i altres entitats, com són les d’àmbit cultural, l’Administració local o el món empresarial, per tal de connectar els aprenentatges formals, no formals i informals. L’educació formal és la reglada i condueix a la certificació; la no formal és intencional, però no condueix a l’obtenció de cap certificació, i la informal no és intencional i és difusa. Segons la iniciativa «Educació 360. Educació a temps complet», les activitats no formals permeten, entre altres coses, experimentar amb possibilitats noves i diferents per a l’aprenentatge i el desenvolupament, tant dins com fora de les àrees temàtiques del currículum escolar. Es tracta d’unir elements formals i no formals, escolars i comunitaris, diferents agents amb diferents cultures professionals amb activitats relacionades entre si i que formen part d’un mateix marc conceptual i organitzatiu, i crear un ambient d’aprenentatge coherent i integrat. Aquest aprenentatge ha de ser necessàriament social i, per tant, han de treballar-hi coordinadament diversos tipus de professionals i agents que en complementin i reforcin la tasca educativa. Objectius del projecte A continuació, detallem els objectius generals del projecte: — Millorar la competència lingüística de l’alumnat. — Establir una cooperació amb empreses relacionades amb el món dels colorants. — Promoure l’ús de les xarxes socials per difondre la curiositat per la química.

Monografia / Llenguatge, terminologia i comunicació

Fonaments de la proposta Els projectes de recerca amb metodologia ABP (aprenentatge basat en projectes) cal que presentin unes seqüències didàctiques clares (DomènechCasal, 2018) que tinguin en compte l’existència d’una pregunta o un objectiu extern, l’ús de metodologies de recerca (disseny d’experiments, modelització, etc.), que es treballi en equip i mitjançant la discussió a partir d’evidències, que es generi un producte final col·lectiu en format científic i que existeixi un context que instrumentalitzi i connecti el currículum amb el món real. Resulta interessant destacar la definició de context de Duranti i Goodwin (1992): «Un context és un episodi o succés incrustat en el seu entorn cultural sobre el qual centrem la nostra atenció». Presenta quatre característiques: l’escenari, les accions, el llenguatge i el coneixement. Gilbert (2006) marca les fites d’assoliment que cerca el treball en context: a) promoure un aprenentatge més significatiu de les ciències; b) percebre que aprendre ciències és rellevant per a la vida dels alumnes, i c) capacitar l’alumnat per construir «mapes mentals» coherents amb les idees científiques que van aprenent. Aquests projectes són un bon recurs per impulsar, des de l’àrea de ciències, la millora de la competència lingüística de l’alumnat. El treball dels aspectes lingüístics, tal com destaca Domènech (2016), promou que els treballs pràctics vagin més enllà dels aspectes manipulatius. Les bastides didàctiques són útils per treballar les habilitats cognitivolingüístiques. La projecció a la comunicació promou la interpel· lació d’un model científic en les activitats d’indagació. Tal com recull el Marc de la innovació pedagògica a Catalu-

Un congrés científic escolar: color i aliments

rat, que es mostren des del punt 2 fins al 5, podem veure que la proposta encaixa amb els aspectes curriculars que s’esmenten a continuació: 1) Obtenir i analitzar la informació química disponible a Internet per tal de fer recerques sobre temes químics d’interès, i saber utilitzar el llenguatge i les noves tecnologies de la informació i la comunicació per poder analitzar, comunicar i debatre els temes investigats com un dels objectius específics de la química de batxillerat. 2) Competència comunicativa (C4). Aprendre a comunicar ciència significa saber descriure fets i explicar-los, justificar-los i argumentar-los utilitzant els models científics que es construeixen en el marc escolar. 3) Competència en gestió i tractament de la informació i competència digital (C6). Implica la capacitat de trobar, avaluar, seleccionar i sintetitzar informació d’una manera crítica, tenint en compte els coneixements adquirits. 4) Competència personal i interpersonal (C7). S’assoleix donant pautes per gestionar el treball personal i el treball en grup, i per afavorir l’autoavaluació i l’autoregulació dels aprenentatges. Es promou la reflexió sobre les dimensions socials i ètiques de les aplicacions de la química, els canvis que han provocat en la societat l’obtenció i l’ús de nous productes, a través de debats que impliquen saber escoltar les opinions dels altres, saber defensar i argumentar les pròpies i saber arribar a posicions de consens. 5) Competència en el coneixement i interacció amb el món (C8). La química contribueix a aquesta competència ajudant els estudiants a apropiar-se aquells models que permeten comprendre el món material i físic que els envolta.

— Viure l’organització i la realització d’un esdeveniment científic com ara un congrés.

Educació Química EduQ

número 24

Els alumnes hauran de dur a terme accions que mostrin que són capaços de: — Investigar quines substàncies donen coloració als aliments, l’origen i les característiques. — Aprofundir en l’estudi de les etiquetes alimentàries i la seva interpretació. — Desenvolupar una manera de fer dels científics per comunicar els resultats de les seves investigacions. Desenvolupament del projecte Per dur a terme el projecte, calia anar-ne planificant les fases tant pel que feia a la recerca com a l’organització del congrés científic escolar. A continuació, es detallen aquestes fases. Recerca d’informació i contacte amb empreses del sector El projecte s’iniciava amb la pregunta següent: «Quins colorants de tipus natural i de tipus sintètic es fan servir a la indústria alimentària?». Per tal que els alumnes disposessin d’informació inicial sobre la temàtica a tractar, se’ls va proporcionar la revista Tecnifood, facilitada en format PDF per la seva responsable de comunicació, Yolanda Ontoria, i se’ls va demanar que cerquessin informació a l’article dedicat als colorants (fig. 1). En aquest article apareixen diversos anuncis d’empreses del sector amb les quals els alumnes van contactar via correu electrònic. Ràpidament, algunes de les empreses, sorpreses en rebre correus electrònics d’alumnes de batxillerat, van contestar molt disposades a col·laborar amb el projecte. Així, l’empresa Proquimac ens va oferir diferents colorants sintètics amb les fitxes

Figura 1. Portada de l’article sobre colorants de la revista Tecnifood.

tècniques corresponents. Seguidament, GNT Iberia es va oferir a rebre’ns a les seves oficines i preparar-nos un taller sobre els seus productes. Els alumnes van tenir l’oportunitat de participar en un magnífic taller, ofert per l’empresa GNT Iberia, a càrrec de Maria Pilar Zorrilla, que es va mostrar molt il·lusionada d’atendre uns alumnes de batxillerat disposats a desplaçar-se en la seva tarda lliure des de Martorell fins al Word Trade Center de Barcelona, on hi ha la seu, per tal d’aprendre sobre el món del color (fig. 2). A les explicacions inicials, es va fer èmfasi en el fet que els productes de GNT Iberia no estan catalogats com a colorants, sinó com a aliments que donen color a

altres aliments, i també com s’etiqueten a diferència dels colorants naturals i sintètics. Seguidament, vam realitzar unes activitats experimentals per observar els efectes del pH en el color dels seus productes. També ens van facilitar mostres de productes per poder organitzar una degustació amb els convidats el dia del congrés i dur a terme la pràctica de modificació del color de les antocianines modificant el pH del medi. Creació dels pòsters El primer pas va ser escollir el color que volia estudiar cada alumne. Seguidament, per tal de complir una de les condicions de l’encàrrec, calia consensuar el format del pòster. Per això, en grup, els alumnes van fer les seves

Figura 2. A la seu de GNT Iberia, experimentant amb els seus productes.

Figura 3. Logotip dissenyat pels alumnes.

— Un cop rebudes les confirmacions dels assistents, es van preparar les acreditacions per tal que en tot moment es pogués identificar els diferents convidats que passarien pels pòsters científics. — Es van cercar formes de finançar el projecte, entre les quals val a destacar la mateixa copisteria, l’AMPA de l’escola, obsequis de l’Ajuntament per als convidats, etc. Finalment, per assolir la resta del pressupost, els alumnes van encarregar-se de fer

Monografia / Llenguatge, terminologia i comunicació 43

Figura 4. Invitació enviada als participants.

una rifa d’una panera amb productes ecològics i el llibre del divulgador Claudi Mans 100 preguntes de química, coincidint amb la XVI Setmana de la Ciència del Batxillerat. — En darrer lloc, es va revisar la logística de la posada en escena a l’aula singular de l’escola. Es va demanar a la Regidoria plafons per poder fer el recorregut dels pòsters i es va parlar amb els alumnes de la matèria d’economia de segon de batxillerat perquè portessin la part logística el mateix dia del congrés, com ara repartir les acreditacions, preparar els espais, fer el reportatge gràfic i anar penjant a les xarxes socials l’esmorzar i el repartiment de records i obsequis als participants. També van encarregar-se de fer l’escrit per a la revista i el web de l’escola. Produccions dels alumnes La recerca va començar amb una presa de consciència que els colors que presenten els aliments estan determinats per la presència de diferents compostos, principalment orgànics, i que són pigments naturals, colorants afegits o compostos formats al llarg de la seva elaboració.

Identificant-ne les estructures moleculars, van veure que la majoria d’aquests pigments es poden agrupar en les categories següents: a) clorofil·les; b) carotens; c) antocianines, d) flavonoides, i e) mioglobina i hemoglobina. A continuació, es van treballar aspectes de seguretat alimentària, com ara els números d’identificació i l’IDA (la quantitat màxima d’un additiu que pot consumir-se diàriament sense risc per a la salut). Els números d’identificació d’aquests additius van des de l’E-100 fins a l’E-199 i estan publicats al BOE del 22 de gener de 1996. Posteriorment, van estudiar, primer, alguns dels colorants naturals més emprats, com ara: E-150 caramel, E-100 curcumina, E-120 cotxinilla, E-140 clorofil·la, E-160 carotenoides i E-161 xantofil·les, i en segon lloc, colorants de síntesi química, com ara: E-102 tartrazina, E-104 groc de quinolina, E-123 amarant, E-124 vermell cotxinilla, E-127 eritrosina i E-131 blau patentat v, així com colorants per a superfícies, com ara: E-170 carbonat de calci, E-171 diòxid de titani, E-174 plata i E-175 or.

Un congrés científic escolar: color i aliments

propostes i es van discutir a l’aula per tal de consensuar quines eren les informacions més rellevants que havia d’incloure cada pòster. Després d’avaluar diferents propostes i d’una posterior discussió creativa, van decidir fer-los amb el programa Publisher. En paral·lel a l’elaboració dels pòsters, es van realitzar les tasques organitzatives següents: — Es va acordar entre tots el nom del congrés i se’n va dissenyar el logotip (fig. 3). També es van elaborar unes invitacions que es van enviar a científics, empreses, l’alcalde i la regidora d’Ensenyament de Martorell i membres de la comunitat educativa (direcció, professorat i AMPA). Alhora, es va preparar la mirada a les xarxes socials, de manera que es va crear un compte de Twitter i un altre d’Instagram amb què difondre l’acte (fig. 4).

Educació Química EduQ

número 24

Amb tota aquesta base teòrica, els alumnes van acordar presentar la recerca fent servir un color per a cada pòster. Van decidir informar dels colorants d’origen natural i dels sintètics que donen el color escollit i presentar l’estructura molecular corresponent i el número d’identificació, així com incorporar a l’estudi etiquetes d’aliments en què es pugui veure la presència d’aquests additius. Es van presentar nou pòsters corresponents als colors rosa, marró, negre, blau, groc, lila, verd, vermell i taronja. A l’annex, es mostren els pòsters elaborats pels alumnes. El congrés científic escolar El 27 d’abril de 2018, en horari de classe de química, es va celebrar a l’aula singular de l’escola La Mercè de Martorell el I Congrés Científic: «Color i aliments».

diferents pòsters, els alumnes van presentar el contingut del seu pòster i els criteris amb què l’havien elaborat i els principals aprenentatges fets. Van respondre les preguntes del públic participant i van enriquir-se gràcies a l’intercanvi d’idees i suggeriments (fig. 6). Els convidats van formular preguntes als alumnes mentre es produïa un intercanvi d’inquietuds i observacions sobre el contingut de l’exposició. A la segona part, els alumnes van preparar una degustació dels productes de GNT Iberia i la part pràctica de l’alteració del color amb la modificació del pH (fig. 7). D’altra banda, també es volia promoure la difusió de l’esdeveniment a les xarxes socials i que fossin els mateixos alumnes els principals promotors de les publicacions del congrés.

Figura 5. Foto de grup dels alumnes i els participants convidats: Claudi Mans, Josep Corominas, Xavier de las Heras, Espiri Carrasco, Jordi Mallén, Francisco Vílchez, Sonia Cid, Adrià Urban, Mar Vila, José A. Arévalo, Fina Guitart, Montse Font, Núria Vives, Eva Pujol, Pedro García, Xavier Fonollosa i Núria Canal.

El congrés va començar amb una petita contextualització de l’activitat dins la programació de química de segon de batxillerat i amb la presentació dels convidats detallant-ne la relació amb l’escola i/o amb el professor de química. Al llarg del recorregut dels participants al congrés pels

Les xarxes socials permeten la interacció amb la resta dels usuaris i la simultaneïtat entre l’activitat i la publicació d’aquesta. A més, amb això, els alumnes desenvolupen habilitats i aptituds com són la socialització, el treball en equip i el valor de compartir. El fet que els alumnes aprenguin

El 27 d’abril de 2018, en horari de classe de química, es va celebrar a l’aula singular de l’escola La Mercè de Martorell el I Congrés Científic: «Color i aliments» fent coses propicia el desenvolupament de capacitats cognitives com ara el raonament, la capacitat crítica, la de síntesi i anàlisi i la presa de decisions (fig. 8). Valoració de la proposta i futures implicacions i millores La valoració global del I Congrés Científic: «Colors i aliments» va ser molt positiva. En primer lloc, perquè l’activitat va passar de ser una simple feina de la matèria de química a ser un esdeveniment d’escola, gràcies al suport de l’equip directiu del centre i a la col·laboració de l’AMPA. Van participar-hi dos divulgadors científics, un professor de la UPC, un representant del CESIRE, representants d’empreses químiques de diferents sectors (laboratori de tecnologia de superfícies, Inovyn i Carburos Metálicos), l’alcalde i la regidora d’Ensenyament del municipi. Per als alumnes, el fet d’explicar i argumentar a científics va suposar un gran repte personal i la possibilitat de dialogar amb ells, una possibilitat de revisió dels aprenentatges i d’enriquiment de la tasca feta. Es va aconseguir el ressò de l’activitat tant en l’àmbit escolar (article a la revista, al web i a les xarxes socials del centre i de l’AMPA) com en el local (web de l’Ajuntament, xarxes socials de l’alcalde i la publicació local L’Informador de Martorell) i comarcal (aparició de la notícia en el diari La Bústia).

Monografia / Llenguatge, terminologia i comunicació Un congrés científic escolar: color i aliments

Figura 6. Recorregut pels pòsters científics.

Figura 7. Degustació dels productes de GNT Iberia.

Cal valorar molt positivament la participació per part de l’alumnat en el projecte, primer, amb l’assistència de tots els alumnes a l’empresa GNT Iberia en horari de tarda, quan ja no tenen classe, i també en les fites de consens, com ara el format de tots els pòsters, el nom i el logotip del congrés, així com la preparació de l’esdeveniment. Van aconseguir entendre el congrés com una activitat de grup en la qual l’èxit depenia de la respon-

sabilitat en l’execució de les tasques individuals. La part que caldria millorar seria el postcongrés. Caldria temporitzar alguna sessió de valoració sobre les preguntes, inquietuds, reflexions o, fins i tot, els reptes que alguns dels científics van plantejar als alumnes i editar un document compartit. Caldria fer la rúbrica més acurada de tot el congrés, no únicament de la part dels pòsters, per tal d’avaluar millor

Figura 8. Captura del vídeo penjat a Instagram per veure com la modificació del pH fa variar el color del producte.

tant les tasques individuals com les col·lectives.

Educació Química EduQ

número 24

El meu paper com a docent ha estat facilitar als alumnes un article amb empreses del sector dels colorants, ensenyar-los a redactar els correus electrònics per contactar-hi i demanar ajuda en la part de la recerca d’informació i mostres d’additius. També promoure l’entusiasme contribuint a fer que el congrés aconseguís desvetllar la curiositat de diferents científics del món de la divulgació, la universitat i la indústria, i acompanyar els alumnes per fer-ho possible. A més, cercar les connexions amb el currículum de les idees clau i els conceptes que els alumnes han utilitzat en el desenvolupament de l’activitat. Aquesta tasca ha quedat potser més en segon terme, però hi ha la intenció de promoure-la i fer-la explícita en una propera edició. El món de la cosmètica contra l’envelliment podria ser el tema escollit de cara a la segona edició, ja que desperta molta curiositat i, a més, tenim un sector industrial potent i proper a Catalunya que ens podria ajudar en la recerca. Referències i altres fonts Barthelemy, C.; Cornago, P.; Esteban, S.; Gálvez, M. (2004). La química en la vida cotidiana. Madrid: Universidad Nacional de Educación a Distancia. Colorantes naturales [en línia] (s. a.). Erfurt: Döhler. <https:// www.doehler.com/es/nuestroportafolio/ingredientes-natu rales/colorantes-naturales. html> [Consulta: 30 maig 2018]. «Colorantes, tonalidad in crescendo» (2007). Tecnifood [en línia]: La Revista de la Tecnología Alimentaria, s. núm., s. p. <https:// techpress.es/colorantes-tonali dad-in-crescendo/> [Consulta: 30 maig 2018]. De Freitas, K. A.; Alves, A. (2010). «Reflexiones sobre el papel de la contextualización en la

enseñanza de ciencias». Enseñanza de las Ciencias, vol. 28, núm. 2, p. 275-284. Domènech, J. (2016). «Projecte C3: la construcció d’un marc lingüístic per investigar al laboratori». A: Camps, N. (ed.). L’ensenyament del català als territoris de parla catalana [en línia]: Estat de la qüestió i perspectives de futur. Vic: Universitat de Vic, p. 247-252. <https://app.box. com/s/4f3bqob78c3nfsbp y4j4qfz94h6x2j41> [Consulta: 15 maig 2018]. Domènech-Casal, J. (2018). «Comprender, decidir y actuar: una propuesta de marco para la competencia científica para la ciudadanía». Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, vol. 15, núm. 1, p. 1105. Duranti, A.; Goodwin, C. (ed.) (1992). Rethinking context: Language as an interactive phenomenon. Cambridge: Cambridge University Press. Gilbert, J. K. (2006). «On the nature of “context” in chemical education». International Journal of Science Education, vol. 28, núm. 9, p. 957-976. Llorente, I.; Domènech, X.; Ruiz, N.; Selga, I.; Serra, C.; DomènechCasal, J. (2017). «Un congreso científico en secundaria: articulando el aprendizaje basado en proyectos y la indagación científica». Investigación en la Escuela [en línia], núm. 91, p. 72-89. <http:// www.investigacionenlaescue la.es/articulos/R91/R91-5> [Consulta: 15 maig 2018]. Mans, C. (2006). Els secrets de les etiquetes: La química dels productes de casa. Barcelona: Mina. Marc de la innovació pedagògica a Catalunya [en línia] (2017). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. <http://xtec. gencat.cat/web/.content/ innovacio/marc_normatiu/

documents/marc_dinnova cio_pedagogica.pdf> [Consulta: 20 maig 2018]. Vilarrubias i Cuadras, P. (2013). «Com identificar colorants alimentaris». NPQ [en línia]: Notícies per a Químics, núm. 463, p. 5-8. <https://issuu.com/ colquimcat/docs/npq_463/12> [Consulta: 20 maig 2018]. Webgrafia http://aditivos-alimentarios.com/ http://flavorix.com/productos/ colorantes/colorantes-naturales/ https://sites.google.com/a/xtec.cat/ c3/congressos-cientifics https://www.blog.andaluciaesdigital. es/las-redes-sociales-en-el-aula/ https://www.educacio360.cat/ wp-content/uploads/2018/06/ Presentació-Elena-Sintes.pdf https://www.educacio360.cat/wp-con tent/uploads/2018/06/Presenta ció-Mireia-C.-Autoexplicatiu.pdf http://xtec.gencat.cat/web/.content/ innovacio/ambits_innovacio/ documents/00.-Ambits-de-lainnovacio-pedagogica.pdf

Pedro García García És llicenciat en ciències químiques per la Universitat de Barcelona. Ha estat professor de ciències a secundària des del 1999, a La Mercè de Martorell, i impulsor de la Setmana de la Ciència del Batxillerat amb el suport d’Inovyn. Ha presentat la ponència «Vídeo-noticias, una manera diferente de acercar la investigación a los alumnos» a les Jornades sobre Investigació i Didàctica STEM, dins del V Congrés Internacional de Docents de Ciència i Tecnologia, a la Universitat Complutense de Madrid. A/e: pgarci52@xtec.cat.

Un congrés científic escolar: color i aliments

Monografia / Llenguatge, terminologia i comunicació

Annex: els pòsters elaborats pels alumnes

DOI: 10.2436/20.2003.02.183 http://scq.iec.cat/scq/index.html

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 48-57

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos Magic in the chemistry class: an activity to foster students’ interest Ignacio Sánchez Díaz, Ines Goldhausen y David-Samuel Di Fuccia / Universidad de Kassel. Departamento de Didáctica de la Química (Alemania) Lisa Weise y Bernd Ralle / Universidad de Tecnología de Dortmund. Departamento de Didáctica de la Química (Alemania)

resumen La magia siempre ha ejercido una fascinación sobre el ser humano y un ejemplo de ello ha sido y es el personaje de Harry Potter, que pertenece a la vida diaria de muchos alumnos que se encuentran actualmente en educación secundaria. Este artículo muestra una actividad mediante la cual se puede utilizar el interés en Harry Potter para fomentar el interés del alumnado por temas químicos, por medio de una presentación en la que se llevan a cabo varios experimentos que simulan algunos de los hechizos de las novelas. También se informa de los resultados de esta actividad en algunas escuelas de Alemania.

palabras clave Química, educación química, actividad basada en contextos.

resum La màgia sempre ha exercit una fascinació sobre l’ésser humà i un exemple d’això ha estat i és el personatge de Harry Potter, que pertany a la vida diària de molts alumnes que es troben actualment a l’educació secundària. Aquest article mostra una activitat mitjançant la qual es pot utilitzar l’interès en Harry Potter per fomentar l’interès de l’alumnat per temes químics, per mitjà d’una presentació en la qual es duen a terme diversos experiments que simulen alguns dels encanteris de les novel·les. També s’informa dels resultats d’aquesta activitat en algunes escoles d’Alemanya.

paraules clau Química, educació química, activitat basada en contextos.

abstract Magic has always exerted a fascination on the human being. A current example of this is Harry Potter, who is in the daily life of many high school students. This article shows an activity which uses Harry Potter to promote the student’s interest in chemical issues: a presentation which includes several experiments that simulate some of the spells of the books. Results of this activity in some schools in Germany are also reported.

keywords Chemistry, chemistry education, context-based activity.

Introducción En los últimos años, numerosos estudios indican que las

asignaturas de ciencias, y en particular Física y Química, son muy impopulares entre el alum-

nado (Gilbert, 2006; Hofstein, Eilks y Bybee, 2011). Bode (2006) indica que, en Alemania, el número de

Harry Potter como contexto La palabra fascinación proviene de la voz latina fascinatio, que

Propuesta metodológica: lección experimental Una lección experimental donde un presentador tome el papel de un personaje de un show puede ser especialmente adecuada para relacionar los mundos de la química y la magia. Las denominadas Conferencias Navideñas de las facultades de

Química de las universidades alemanas (cuyo origen se encuentra en las del Royal Institute de Londres, que fueron creadas en 1825 por Michael Faraday), los encuentros sociales en seminarios con temas científicos o incluso los mercados medievales han ofrecido un marco para espectaculares experimentos que pueden dejar maravillada a la audiencia (Lucas y Scheuer, 2008). Los experimentos, normalmente, se eligen de manera que muestren reacciones por medio de cambios de color o por efectos con fuego, y de esta forma se pueden representar frente a grandes audiencias. Este tipo de conferencias se conoce a menudo por términos como edutainment, sciencetainment (Aksakal, 2015) o infotainment (Lucas y Scheuer, 2008), que incluyen una combinación, por una parte, de las palabras educación (edu-cation), ciencia (science) o información (info-rmation), y, por otra, del término entretenimiento (enter-tainment). Una modalidad específica de esta química divertida es la participación de niños y adolescentes en el Taller Creativo Herten (Lucas y Scheuer, 2008). Este tipo de talleres, durante los fines de semana o las vacaciones, permite a los alumnos participantes «explorar temas físico-químicos experimentales», y, al final del taller, pueden presentar lo que han aprendido a través de estas actuaciones teatrales. Propuesta de contenido: Embrujorrápid Copes (2006) ha mostrado que muchos de los efectos descritos en los libros de Harry Potter pueden explicarse con ayuda de reacciones químicas, pero sin explorar las posibilidades de mostrar estos efectos a través de una representación con un argumento. La relación entre la química y la fascinante figura de

Intercanvi / Recursos didàctics

significa ‘fascinación’, ‘hechizo’ o ‘encanto’. ¿Qué tema resulta más adecuado que el de la «magia»? Este tema en concreto no tiene relación con la vida diaria, a simple vista. Al contrario, la ciencia química actualmente contribuye de una manera especial a eliminar las ideas de que la magia o los poderes sobrenaturales son la causa de los fenómenos de transformación de la materia en la vida diaria. Por lo tanto, debemos encontrar algo que sea capaz de unir la visión moderna de la química como ciencia y la fascinación por la «hechicería», ya que, en principio, resulta difícil relacionarlas. Y parece que se nos ha dado una de estas posibilidades con la publicación y la entusiasta recepción de las novelas de Harry Potter, de J. K. Rowling (Rowling, 1999a; Rowling, 1999b; Rowling, 2000; Rowling, 2001; Rowling, 2004; Rowling, 2006; Rowling, 2008). Harry Potter es, posiblemente, el mago más conocido hoy en día, debido al hecho de que los libros no solo describen sus aventuras como hechicero, sino también su desarrollo de niño a adolescente, lo que proporciona a los jóvenes alumnos muchos puntos de identificación con él. Debido a esto, y debido a su popularidad, las aventuras de Harry Potter pertenecen, en un sentido más profundo, a la vida diaria de los alumnos y pueden ofrecer un contexto adecuado para tratar temas químicos que podrían parecer magia a primera vista.

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos

alumnos que elige Química como asignatura principal en los cursos equivalentes a bachillerato es muy bajo, según datos de una investigación de Vollmer (2000), donde esta elección varía entre menos de un 5 % en Brandeburgo y un 12 % en Baja Sajonia. Otro estudio llevado a cabo en Alemania (Gräber, 2011), en donde se compara el interés de los alumnos por la Química entre los años 1990 y 2008, mostró resultados en los que el interés de los alumnos varones mejoraba ligeramente, y estos tienden a colocar la materia entre el nivel medio de sus preferencias, mientras que las alumnas muestran el interés más bajo por las asignaturas de Física y Química. Para analizar mejor la imagen que la química tiene entre el público, Heilbronner y Wyss (1983) llevaron a cabo un estudio en el que escolares suizos debían representar mediante imágenes la percepción que tenían de la química. Dos terceras partes de los alumnos que tomaron parte en él, con edades comprendidas entre 11 y 15 años, señalaban aspectos predominantemente negativos de la química. Un estudio más detallado (Barke y Hilbing, 2000) muestra que, aunque las opiniones sobre la química han mejorado desde los años ochenta del pasado siglo, la asignatura de Química sigue siendo relativamente impopular, situándose entre las «asignaturas menos favoritas», con las consecuencias que ello conlleva a la hora de reclutar especialistas en este campo. Un ejemplo de estas connotaciones negativas se muestra en las novelas de Harry Potter con la asignatura Pociones, que se correspondería con la de Química (Redlin y Demuth, 2008).

Educació Química EduQ

número 24

Harry Potter puede establecerse a través de una clase de química experimental cuyo contenido esté relacionado con los libros de J. K. Rowling. Una posibilidad para relacionar la química con el contenido de los libros es tratar diferentes aspectos del contenido de las novelas en forma de actuación lógica en la presentación, donde debe prestarse especial atención al comparar la química con la magia. El tema Embrujorrápid puede usarse como conexión entre las novelas, la química y los espectadores que carecen de habilidades mágicas. Embrujorrápid se presenta en la narración de Harry Potter como un método para los magos que, a pesar de su ascendencia genética mágica, han perdido sus habilidades. Así pues, deben completar un curso por correspondencia para renovar sus poderes. A través de métodos sencillos, los participantes en el curso deben lograr resultados efectivos, incluso aunque no sean particularmente poderosos o no tengan más habilidades mágicas. En este punto, los procesos químicos pueden usarse como sustitutos de la magia «real» dentro del marco de una clase experimental con el título «Embrujorrápid con Harry Potter». En la actividad, un profesor adopta el papel de Harry Potter (o de algún profesor de Hogwarts) y, a través de un espectáculo demostrativo, se muestran algunos momentos de la saga en los que la magia tiene un papel fundamental. El profesor lee pasajes de los libros en los que tiene lugar la acción, muestra algunas imágenes de las películas y, luego, con el apoyo de ayudantes de laboratorio, se reproduce el efecto mágico que se ha narrado. De este modo, se muestra a los alumnos cómo los procesos químicos pueden usarse como sustitutos de la magia «real».

Propuesta específica: una visita a Hogwarts En primer lugar, debemos realizar una advertencia legal: desafortunadamente, y a pesar de que lo solicitamos por escrito, J. K. Rowling no nos ha autorizado a usar citas específicas de su trabajo. Por lo tanto, en lugar de citas, cuando hagamos referencia a algunos pasajes de los libros, se indicará la referencia bibliográfica y el número de página, así como el principio y el final del correspondiente pasaje de las novelas de Harry Potter donde tiene lugar el efecto que queremos mostrar. A continuación, se hará una paráfrasis de lo que allí ocurre. En la presentación, produce un mejor efecto recitar al público el pasaje literario concreto, mientras en la mesa y en el escenario se disponen los mate-

riales y se realizan las demostraciones experimentales (fig. 1 y 2). El viaje a Hogwarts Al comienzo de la lección experimental, el presentador se identifica como un graduado de uno de los cursos de Embrujorrápid. Explica que Harry Potter ofrece estos cursos a personas que no son magas (o a magos que han perdido sus habilidades) para permitirles realizar sencillos trucos mágicos, y promete mostrar algo de lo que se enseña en dichos cursos. Para permitir que la gente que no está familiarizada con las historias de Harry Potter pueda seguir la presentación, ofrece en este punto una breve descripción de los libros de Harry Potter, donde se narra la lucha de este contra el oscuro Lord Voldemort y en donde Harry

Figura 1. Recitando escenas de la colección de libros.

Figura 2. La puesta en escena.

Los huevos mágicos Si las instalaciones y los medios tecnológicos lo permiten, debe haber un cambio de escena-

Intercanvi / Recursos didàctics 51 Figura 3. El viaje a Hogwarts.

rio; por ejemplo, puede aparecer en la pared una imagen del castillo de Hogwarts. El presentador indica a continuación que, cuando tenía lugar un reencuentro, existía la tradición en el castillo de Hogwarts de usar huevos mágicos (Rowling, 1999a, p. 170, desde «Estos fantásticos huevos no tenían nada que ver…» hasta «… mientras del interior salían una gorra de contraalmirante y varios ratones blancos, vivos»). De este fragmento puede deducirse que estos huevos son petardos, como los que se usan en Nochevieja, solo que la explosión es mucho más fuerte y que, tras la ignición, se forma un humo azul y de repente aparecen ratones del interior de los huevos. Tras esta introducción, se advierte al público que debe prepararse para una explosión que va a hacer mucho ruido. Entonces se detona un globo de hidrógeno que ha sido previamente recubierto con una solución etanólica saturada de cloruro de cobre(II) (modificado a partir de Kreissl y Krätz, 2003, p. 169), para lograr un color azul verdoso en las llamas resultantes. Otro globo se recubre con una solución de ácido clorhídrico saturada de cloruro de estroncio, para producir unas llamas de color rojo escarlata (fig. 4).

La tetera mágica Tras recordar con los huevos mágicos los felices tiempos en el colegio Hogwarts de magia y hechicería, el presentador indica que hubo momentos en los que a Harry Potter no le gustaba estar allí (Rowling, 2000, p. 131, desde «¿Una taza de té? —le preguntó Lupin…» hasta «… y por el pitorro salió un chorro de vapor»), que hubo una vez que Harry Potter no pudo salir de Hogwarts durante un año, porque un prisionero de la prisión de Azkaban había escapado y se creía que iba a atentar contra la vida de Harry. Mientras un entristecido Harry Potter vagaba por los pasillos de Hogwarts, se encontró con su antiguo profesor de Defensa contra las artes oscuras, que le ofreció una taza de té. Lo especial de este episodio es que el agua de la tetera comenzó a hervir de repente cuando la tocó con su varita mágica. Este experimento puede reajustarse a partir del que aparece en Summerlin, Borgford y Ealy (1987, p. 42), según la reacción descrita de yoduro potásico con peróxido de hidrógeno. Para llevar a cabo el experimento, se añade el peróxido de hidrógeno a la tetera, mientras se coloca el yoduro potásico en una bolsa de té, que

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos

recibe la ayuda de sus amigos Hermione y Ron, quienes han aprendido la misma magia en el colegio Hogwarts de magia y hechicería. Tras las presentaciones preliminares, el presentador comienza con el primer truco de Embrujorrápid e indica que el teletransporte es una de las razones por las que mucha gente quiere aprender magia, bien porque se encuentra retenida en un atasco de tráfico durante horas o porque el lugar por el que siente nostalgia es inaccesible. El presentador explica que, en las novelas de Harry Potter, hay otra forma de viajar, que es con la ayuda de los polvos Flu (Rowling, 2000, p. 48, desde «Haciendo un considerable esfuerzo para acordarse de todas estas cosas…» hasta «… que lo que vendían en ella se encontrara en la lista de Hogwarts»). Aquí puede leerse que los polvos Flu se lanzan a las llamas de una chimenea y, mientras se recita en voz alta el lugar de destino, surge una conexión entre la chimenea de entrada y la chimenea en el lugar de destino. Las llamas de la chimenea se vuelven verdes y, entonces, se puede pasar a través de la chimenea de entrada para salir en la del lugar de destino. El presentador indica entonces que un destino adecuado, que seguro que nadie del público ha visitado todavía y que resulta óptimo para uno de los cursos de magia como el que se está llevando a cabo en ese momento, es el conocido colegio Hogwarts de magia y hechicería. Tras este prólogo, el presentador lleva a cabo el conocido experimento de coloración de una llama con cloruro de bario (Housecroft y Constable, 2006, p. 662) (fig. 3).

Educació Química EduQ

número 24

Figura 4. Los huevos mágicos.

se ata a la tetera de modo que cuelgue en su interior sin llegar a tocar el peróxido de hidrógeno. Al atar la cuerda a la tetera, debe prestarse atención para que el hilo del que cuelga la bolsa de té pueda prenderse con una cerilla o un encendedor, por ejemplo, que hará de varita mágica. La bolsa cae dentro de la tetera y la reacción comienza. El vapor resultante provoca que la tetera comience a silbar (fig. 5). La tinta que cambia de color Como una visita a un colegio de magia se asocia siempre con la adquisición de herramientas mágicas, en la presentación se contará cómo Harry Potter compró estos materiales por primera vez. Se puede leer un pasaje en el que hay una tinta que cambia de color al escribir (Rowling, 1999a, p. 72, desde «¿Qué sucede? —preguntó Hagrid…» hasta «… un frasco de tinta que cambiaba de color al escribir»). Tras leer este párrafo, se presentará a la audiencia la «tinta que cambia de color». Entonces, al comenzar a dar brochazos con una solución de hidróxido sódico diluida con un tinte verde en un póster sobre el que previamente se habrán rociado diferentes indicadores, el color de la tinta cambiará (fig. 6).

Figura 5. La tetera mágica.

Figura 6. La tinta que cambia de color.

El hechizo «Lumos» es un hechizo de generación de luz y, con la ayuda de Embrujorrápid, es posible conseguir tres colores (Rowling, 2001, p. 541, desde «Los altísimos setos arrojaban en el camino sombras negras» hasta «… susurró “Lumos” y oyó a Cedric que hacía lo mismo detrás de él»)

El hechizo «Lumos» El hechizo «Lumos» es un hechizo de generación de luz y, con la ayuda de Embrujorrápid, es posible conseguir tres colores (Rowling, 2001, p. 541, desde «Los altísimos setos arrojaban en el camino sombras negras» hasta «… susurró “Lumos” y oyó a Cedric que hacía lo mismo detrás de él»). En este pasaje se describe cómo Harry Potter conjuró una luz en un laberinto mágico con la ayuda de este hechizo. En la presentación, la luz se produce

Figura 7. El fénix.

Figura 8. El hechizo «Lumos».

con la ayuda de la prueba del luminol, donde es posible preparar tres matraces Erlenmeyer con agua destilada, peróxido de hidrógeno, carbonato sódico y luminol. En un matraz, se añade fluoresceína, y en otro, rodamina, para obtener tres colores distintos (fig. 8). Es importante que, cuando se combinen las sustancias y se añada hemina para activar la reacción, se tenga una buena visión de la mezcla de reacción, para decir rápidamente «Lumos» cuando se presente el primer efecto de la luz, antes de que el público pueda ver los efectos de la reacción.

Intercanvi / Recursos didàctics

cloruro de litio al etanol hasta que la solución esté saturada (fig. 7).

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos

El fénix En las historias de Harry Potter, no solo los profesores del colegio Hogwarts de magia y hechicería desempeñan un papel principal, sino también su director, el profesor Dumbledore. Este personaje también aparece en la presentación que llevamos a cabo. Aquí se narra la historia de su mascota mágica especial: el fénix. La característica principal de estos animales es que pueden estallar en llamas y, posteriormente, resurgir de sus cenizas (Rowling, 1999b, p. 179, desde «No estaba solo. Sobre una percha dorada…» hasta «Era igual de feo que el antiguo»). Dicha característica especial, es decir, «arder sin quemarse», se puede simular a través de un experimento. Una pieza de tela, sobre la que previamente se ha pintado con un espray un fénix, se sumerge primeramente en agua; después, en etanol, y, por último, se le prende fuego. De este modo, la tela parece que se quema, pero en realidad solo se quema el etanol, mientras que el agua evita que la tela alcance su temperatura de combustión y el fénix permanece intacto. Para obtener una coloración en las llamas, que se corresponderían con el color rojo del fénix en las películas, se añade

Educació Química EduQ

número 24

El baño de espuma mágico En las novelas se mencionan muchos lugares mágicos, como, por ejemplo, el baño oculto en el que Harry Potter debía buscar en el Torneo de los Tres Magos, y donde fue capaz de resolver una tarea con la ayuda de un baño de espuma (Rowling, 2001, p. 405, desde «Se dio cuenta enseguida de que el agua llevaba incorporados…» hasta «… cuyo chorro rebotaba por la superficie del agua formando grandes arcos»). Este pasaje describe un baño muy especial, en donde diferentes grifos producen espuma, burbujas y chorros de agua. Para simular este baño de espuma mágico, se puede llevar a cabo una descomposición catalítica de peróxido de

Figura 9. El baño de espuma mágico.

Figura 10. El hechizo desvanecedor.

hidrógeno (como la descrita en el experimento de la tetera mágica) con la adición de lavavajillas y distintas tintas en un matraz Erlenmeyer, para dar color a la espuma resultante (fig. 9). El hechizo desvanecedor El presentador indica que ya casi ha llegado el momento de dejar el castillo de Hogwarts, por lo que algunas piezas del equipo mágico ya no son necesarias, como, por ejemplo, una vieja escoba mágica de Harry Potter. Para hacerla desaparecer, es necesario el hechizo desvanecedor «Evanesco». El objeto, en la representación, es una espuma de poliestireno a la que se ha dado forma de escoba y que se puede

disolver en acetona. El presentador leerá un fragmento de los libros en que se describe este hechizo (Rowling, 2001, p. 270, desde «… hoy vamos a empezar con los hechizos desvanecedores» hasta «… consiguió hacer desaparecer un caracol al tercer intento»). Entonces, el presentador pronuncia el nombre del hechizo desvanecedor, «Evanesco», mientras la «escoba» desaparece de la vista del público. La escoba, como se ha dicho, está hecha de espuma de poliestireno. Esta contiene muy poco poliestireno y bastante gas. Es este gas el que se libera cuando la «escoba» se sumerge en acetona, y de ahí la aparición de burbujas cuando se disuelve (fig. 10).

La marca oscura Para finalizar la actividad, el presentador describe el final de las aventuras de Harry Potter: la victoria sobre el oscuro Lord Voldemort, cuyo símbolo era la «marca oscura». Había un brillo verdoso en los lugares donde él o sus secuaces habían cometido alguna atrocidad y podía observarse una calavera, de cuya boca salía una serpiente. Si es posible, se puede mostrar aquí una imagen de alguna de las películas. Este símbolo brilló sobre el castillo de Hogwarts (Rowling, 2006, p. 539, desde «En efecto, suspendido en el cielo, encima del castillo…» hasta «cuando salían de un edificio donde habían matado»). Desde la victoria sobre Lord Voldemort, brilla este símbolo, pero ya no da miedo, por lo que es posible dejarlo iluminado. Para mostrar este experimento, se prepara un soporte con un alambre floral que forma el símbolo deseado (por ejemplo, las iniciales HP o la abreviatura del colegio), que se recubre con limpiapipas. Esta construcción se sumerge en una solución etanólica de cloruro de cobre(II), se saca y se deja secar brevemente, se coloca sobre una superficie resistente al calor y le acercamos una llama (fig. 11). El experimento se puede llevar a cabo en lugares lo suficientemente grandes, incluso sin tiro, porque el cobre tiene un efecto retardante sobre los limpiapipas y, por regla general, no se produce una gran cantidad de hollín.

Intercanvi / Recursos didàctics Figura 11. La marca oscura.

Por último, el presentador tiene la posibilidad, si fuera necesario, de tratar otros posibles hechizos o explicar en qué reacciones químicas se basan los efectos observados. Experiencias previas La actividad «Química y Harry Potter» se ha representado de la forma anteriormente descrita, o ligeramente modificada, en conferencias didácticas o como parte de sesiones de formación del profesorado. En cada representación, ha quedado reflejado que hay un gran interés en el trasfondo químico de los experimentos que se llevaban a cabo. La combinación de los experimentos con la narración de la historia de fondo, leyendo pasajes de los libros y con atrezo, con cortinas negras y muchas velas, puede proporcionar una atmósfera «mágica». Los experimentos de esta actividad se han preparado y optimizado en dos cursos del equivalente a la formación profesional. Los alumnos trabajaron muy implicados para optimizar la representación de los experimentos con el correspondiente análisis de las reacciones químicas. Inmediatamente después de que los alumnos llevaran a cabo los experimentos de la representación, explicaron los efectos químicos que se produjeron. En general, puede decirse que, con el uso de estos experimentos de Harry Potter, los alumnos han mostrado un mayor interés y

motivación durante la actividad educativa. Mostraron una mayor implicación en la clase, incluso aquellos alumnos que normalmente son más reservados. Las hojas con comentarios que rellenaron muestran que a la mayoría de los alumnos participantes (de clases equivalentes a bachillerato) le gustaría continuar con estos temas en sus clases de Química. La puntuación media de la actividad, según las evaluaciones de los alumnos en los cuestionarios, fue de notable alto a sobresaliente (nota de 1,8, según la escala alemana, que se correspondería con un 8,5 en la española). Los alumnos describieron la actividad como «atractiva», «muy animada», «interesante» y «fascinante». Cuando se preguntó por algunos aspectos positivos de la actividad «Química y Harry Potter», los alumnos respondieron que «estas son diferentes de las clases normales» y que, y esto nos parece de especial importancia, «han aumentado nuestro interés en el significado químico». Los alumnos «se lo han pasado bien y han aprendido algo», encontraron la presentación de los experimentos «genial» y resaltaron positivamente la «presentación creativa». Muchos alumnos alaban el «buen trabajo de equipo» durante la actividad, y describen estas clases de Química como «modernas e interesantes», así como acompañadas de «buenos experimentos» que han contribuido a un «cambio» y a un «buen ambiente».

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos

Para finalizar la actividad, el presentador describe el final de las aventuras de Harry Potter: la victoria sobre el oscuro Lord Voldemort, cuyo símbolo era la «marca oscura»

Educació Química EduQ

número 24

Muchas de las opiniones de los alumnos indicaron que «no hubo aburrimiento» y que, en parte, «se sentían como en una película» y que podrían sentirse identificados con Harry Potter. Como el personaje de Harry Potter era muy conocido por todos los alumnos y muchos de estos habían leído los libros o visto las películas, se pudo recoger un gran número de ideas para una continuación de la unidad didáctica. Así pues, puede llevarse a cabo una continuación de esta propuesta educativa, que también tendría nuevos contenidos químicos, para incorporar las ideas expresadas en una nueva actividad experimental. Algunas de las sugerencias que los alumnos hicieron para cambiar o mejorar la actividad fueron el uso de más pasajes de los libros de Harry Potter, la incorporación de fragmentos de las películas y un aumento del número de experimentos. Conclusiones Este proyecto muestra cómo se pueden usar las aventuras de Harry Potter para proporcionar a los alumnos una motivadora e interesante introducción a la química a través de diversos

experimentos (fig. 12). Algunos de estos trucos mágicos pueden utilizarse como «contexto emocional», de modo que los alumnos se sientan parte de un curso de Embrujorrápid, como en las historias de Harry Potter, y en este contexto aprendan a utilizar la química. La simulación de los efectos de los hechizos que aparecen en los libros provoca que los alumnos tengan que utilizar sus conocimientos químicos. Las experiencias que se han podido recoger con esta actividad en la escuela muestran que la conexión entre la química y Harry Potter es ideal para las clases de Química o para proyectos en cooperación con otras asignaturas, como Literatura o Inglés, para ofrecer una nueva, aunque exigente, introducción a la química. Agradecimientos Las fotos del artículo son cortesía de la revista Waldeckische Landeszeitung: https://www.wlz-online.de/ waldeck/korbach/harry-potters-spu ren-kinder-korbach-7428573.html. Referencias Aksakal, N. (2015). «Theoretical view to the approach of

Figura 12. Demostraciones con público más joven.

the edutainment». Procedia: Soc. Behav. Sci., n.º 186, p. 1232-1239. Barke, H.-D.; Hilbing, C. (2000). «Image von Chemie und Chemieunterricht». Chemie Unserer Zeit, vol. 34, n.º 1, p. 17-23. Bode, D. (2006). «Chemie als Unterrichtsfach in der Schule». Prax. der Naturwissenschaften: Chemie der Schule, vol. 55, n.º 4, p. 15-17. Copes, J. S. (2006). «The chemical wizardry of J. K. Rowling». J. Chem. Educ., vol. 83, n.º 10, p. 1479-1483. Gilbert, J. (2006). «On the nature of “context” in chemical education». Int. J. Sci. Educ., vol. 28, n.º 9, p. 957-976. Gräber, W. (2011). «German high school students’ interest in chemistry: a comparison between 1990 and 2008». Educ. Química, vol. 22, n.º 2, p. 134-140. Heilbronner, E.; Wyss, E. (1983). «Bild einer Wissenschaft: Chemie». Chemie Unserer Zeit, vol. 17, n.º 3, p. 69-76. Hofstein, A.; Eilks, I.; Bybee, R. (2011). «Societal issues and their importance for contemporary science education: a pedagogical

son el diagnóstico del conocimiento de la química en alumnos de escuelas y universidades, el desarrollo de materiales de enseñanza de química en contexto y la implementación de enfoques de enseñanza de química en contexto. Estudió Matemáticas y Ignacio Sánchez Díaz

Química en la Universidad de

Trabajó como ayudante de investigación

Tecnología de Dortmund.

en el Departamento de Didáctica de la

C. e.: difuccia@uni-kassel.de.

Intercanvi / Recursos didàctics

nia). Sus principales áreas de interés

Química de la Universidad de Kassel (Alemania). Su área de interés principal fue la adaptación y desarrollo de

metodologías de didáctica de la química con un enfoque contextualizado. Estudió Ciencias Químicas en la Universidad Autónoma de Madrid y cursó másteres de Ingeniería Química y de Formación del Profesorado. C. e.: nasandi@icloud.com.

Lisa Weise Es profesora de educación secundaria en Alemania. Tuvo la idea de usar las novelas de Harry Potter para presentar y enseñar química, y desarrolló la versión original del trabajo que se presenta en este artículo como tema de su tesis. Cursó estudios de Química y de Educación en Física en la Universidad de Tecnología de Dortmund.

Ines Goldhausen

C. e.: lisa.weise@tu-dortmund.de.

Es investigadora asociada en el Departamento de Didáctica de la Química de la Universidad de Kassel (Alemania). Sus principales áreas de interés son los modelos matemáticos y la modelización en las clases de química, los entornos no formales para el aprendizaje de la química y la implementación de aspectos de la nanociencia en las clases de química. Estudió

Bernd Ralle

Matemáticas y Química en la Univer-

Es profesor retirado de didáctica de la

sidad de Tecnología de Dortmund.

química en la Universidad de Tecnolo-

C. e.: goldhausen@uni-kassel.de.

gía de Dortmund (Alemania). Sus principales áreas de interés son el desarrollo y la evaluación de enfoques basados en competencias para la enseñanza de la química; el desarrollo y la evaluación de materiales para la enseñanza de química en contexto, y la correlación entre la comprensión de las ciencias y las habilidades en el lenguaje técnico. Estudió Biología y

David-Samuel Di Fuccia

Química en las universidades de

Es profesor de didáctica de la química

Münster y Oldenburg.

en la Universidad de Kassel (Alema-

C. e.: bernd.ralle@tu-dortmund.de.

Magia en la clase de química: una actividad para fomentar el interés de los alumnos

justification and the stateof-the-art in Israel, Germany, and the USA». Int. J. Sci. Math. Educ., vol. 9, n.º 6, p. 1459-1483. Housecroft, C. E.; Constable, E. C. (2006). Chemistry. 3.ª ed. Nueva Jersey: Prentice Hall. Kreissl, F. R.; Krätz, O. (2003). Feuer und Flame, Schall und Rauch: Schauexperimente und Chemiehistorisches. Weinheim: Wiley-VCH Verlag. Lucas, H.; Scheuer, R. (2008). «Eine Zeitreise zu den Alchemisten: nur naturwissenschaftliches Infotaintment oder mehr?». Prax. der Naturwissenschaften: Chemie der Schule, vol. 57, n.º 3, p. 20-21. Redlin, K.; Demuth, R. (2008). «Chemie in Harry Potter». Prax. der Naturwissenschaften: Chemie der Schule, vol. 57, n.º 5, p. 17-19. Rowling, J. K. (1999a). Harry Potter y la piedra filosofal. Barcelona: Salamandra. — (1999b). Harry Potter y la cámara secreta. Barcelona: Salamandra. — (2000). Harry Potter y el prisionero de Azkaban. Barcelona: Salamandra. — (2001). Harry Potter y el cáliz de fuego. Barcelona: Salamandra. — (2004). Harry Potter y la Orden del Fénix. Barcelona: Salamandra. — (2006). Harry Potter y el misterio del príncipe. Barcelona: Salamandra. — (2008). Harry Potter y las reliquias de la muerte. Barcelona: Salamandra. Summerlin, L. R.; Borgford, C. L.; Ealy, J. B. (1987). Chemical demonstrations: A sourcebook for teachers. Vol. 2. York: Maple Press. Vollmer, M. (2000). «Wahlverhalten von Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II im Fach Physik seit 1990 im bundesweiten Vergleich». Phys. der Schule, vol. 38, n.º 5, p. 351-354.

DOI: 10.2436/20.2003.02.184 http://scq.iec.cat/scq/index.html

«In a little you can see a lot»: the impact of practical microscale chemistry on chemical education «Amb poc es pot veure molt»: l’impacte de la química pràctica a microescala en l’educació química Robert Worley / Brunel University Science Park (United Kingdom)

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 24 (2018), p. 58-62

abstract Micro-chemical procedures in chemistry make practical work safer and less expensive. However, for these techniques to be acceptable to United Kingdom teachers, there has to be «added value». This comes in improved classroom management, reducing cognitive load on the short term-working memory, challenging long-held misconceptions at the molecular/ionic level, and even developing completely new experiments for students and demonstrations for teachers.

keywords Practical chemistry, microchemistry, school chemistry, safety, technique.

resum Els procediments a microescala en química fan que el treball pràctic sigui més segur i menys costós. Tanmateix, perquè aquestes tècniques siguin acceptables per als professors del Regne Unit, hi ha d’haver un «valor afegit». La microescala promou una millor gestió de l’aula, amb una reducció de la càrrega cognitiva a la memòria de treball a curt termini, un desafiament de les idees errònies a llarg termini a nivell molecular i iònic i, fins i tot, el desenvolupament d’experiments completament nous per als estudiants i de demostracions també noves per als professors.

paraules clau Química pràctica, microquímica, química escolar, seguretat, tècnica.

In my role as safety adviser for United Kingdom schools at CLEAPSS1 from 1991 to 2012 and

LEAPSS consists of a small group C experienced science teachers, financed by subscription of United Kingdom local authority employers and independent schools, both state and fee-paying. CLEAPSS works closely with the UK Department for Education and the UK Health & Safety Executive to ensure that teachers, school technicians and students work safely during science practical lessons. The aim is to minimize risk and reduce costs both in monetary and environmental terms, and

now as a consultant, I was immediately drawn to microscale chemistry because miniaturizing allowed the teacher and students to undertake experiments which on a larger scale, either became unsafe or used expensive equipment. But as you will see later, I discovered more.

Figure 1. Copper(II) oxide being redueced to copper with hydrogen in a Pasteur pipette with 60 ml of hydrogen

ensure compliance to European Union and United Kingdom safety law. There are a number of schools in Europe who teach the United Kingdom and IB science curriculums that subscribe to our services as well. See http://science.cleapss.org.uk/.

stored in a syringe.

Improved safety In 1984, after a violent explosion, a group of children were sprayed with concentrated sulfuric acid, used to dry hydrogen, prior to

Reduced costs A common response from teachers is that it saves on the cost of chemicals. However, there is a significant reduction on cost of equipment as well. Schools in the United Kingdom buy a large-scale Hofmann voltameter (fig. 3a) for over £100 (but the taps can seize up through lack of use), and platinum electrodes for £70 (but the

— At the anode: 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e−. The ratio of the volumes of gases is 2:1, as predicted by the equations. The gases can be tested individually, mixed and exploded, and even used to fire a 3 mL plastic pipette bulb to the ceiling.

Figure 3a. Full-size Hofmann voltameter.

Figure 2. Catalytic cracking.

There were other experiments causing safety issues in the United Kingdom, so much so that employers wanted them banned, in fear of prosecution by the Health & Safety Executive (HSE)2 or civil action. The normal scale catalytic cracking reaction can lead to violent suck-back implosions caused by cold water coming in contact with a hot glass test tube

he HSE oversees Health & Safety T Law in the United Kingdom. They have wide-ranging power to prohibit unsafe practices and prosecute those employees or employers at fault. See http://www.hse.gov.uk.

platinum electrode break due to pour soldering). The microscale version can be made for less than £30. With the three-way taps at the top of the syringes, the electrolyte can be raised and the gases removed for testing. The safety bonus is that saturated sodium sulfate solution can be used as the electrolyte in place of 1M sulfuric acid. The educational bonus is that bromothymol blue indicator can be added to show that the area around the anode is acidic and the area around the cathode is alkaline: — At the cathode: 2H2O(l) + 4e− → 2OH− (aq) + 2H2(g).

Intercanvi / Treball experimental

(https://www.youtube.com/ watch?v=AajLtkJxPk0). This just cannot happen with the closed glass Pasteur pipette method (fig. 2) (https://www.youtube.com/ watch?v=qQh2YXyFD7I).

Figure 3b. Microscale Hofmann voltameter.

The colorimeter design has been developed from an idea from Norway (Kvittingen et al., 2014). Normally, a machine would cost a minimum of £100. In the version shown in fig. 4, a light-emitting diode (protected

«In a little you can see a lot»: the impact of practical microscale chemistry on chemical education

burning it, in an experiment to reduce copper(II) oxide to copper. This teacher was the first to be fined under UK Health and Safety Law. I was teaching at the time and my employer told me not to do this experiment. I had never had an incident with it because I knew the dangers of trying to light an explosive mixture of air and hydrogen. On taking up my position at CLEAPSS, I found a safer, alternative procedure, on the Microscale gas chemistry website from Bruce Mattson at Creighton University (fig. 1) (http://mattson. creighton.edu/Microscale_Gas_Chem istry.html, https://www.youtube.com/ watch?v=b9UF6wycia8).

by a resister) supplies light of a particular wavelength (so no need for filters). The transmitted light is collected by an infra-red LED which provides a voltage on a multimeter.

Educació Química EduQ

número 24

Figure 4. «Lego» colorimeter.

The equipment gives promising results. A series of solutions was made to determine the percentage of copper in brass and the graph in fig. 5 shows how the results follow Beers’ Law. It is proposed that Arduino technology is now applied so that rapid changes in concentration can be followed as in reaction kinetics.

extracting precipitates from ashless filter paper in analytical chemistry and for taking samples of molten steel prior to analysis. Surprisingly to teachers, they are designed for single use only. This is why they often crack under intense heat. Students find it difficult to remove the cover to let air in. However bottle tops, with the plastic insert burnt away in a fume cupboard or outside, can be used and give extremely good results. For magnesium combustion, two bottle tops are sandwiched together and there is no need to move them with tongs during heating (fig. 6b). For analysis of hydrated salts, a nut and bolt arrangement is used (fig. 6c), and the bolt can be held over a spirit burner (avoids further decomposition of the anhydrous salt) with tongs, a clamp or even pliers from the hardware shop.

Figure 6a. The traditional method.

Figure 6b. Using bottle tops.

Figure 6c. The indestructible crucible.

Figure 7. A puddle of 1M copper sulfate Figure 5. Absorbance of red light of copper(II) nitrate solutions.

Breakages are a constant worry to teachers in practical lessons. Porcelain crucibles crack when repeatedly heated to high temperature and holding magnesium ribbon to find the increase in mass. The results have a poor success rate as well. Crucibles (fig. 6a) were never designed for the repeated quantitative combustion of magnesium but for

The puddle: replacement of the test tube The puddle is formed by adding one to four drops of an aqueous solution onto a hydrophobic surface such as a polypropylene sheet where the contact angle is over 90° (fig. 7). The addition of organic reagents can reduce the angle making the puddle spread out, but the

solution on polypropylene.

presence of dissolved salts increases the angle. The angle is smaller with plastics such as polystyrene, polythene and PET (the covering on laminates), but the experiments still work. Working on procedural worksheets inserted into a polypropylene plastic folder, reactions can be carried out in the hemispherical droplet. In fig. 8, three to four

Diffusing gases and halos in puddles For studying the chemistry of ammonia (toxic) is used a Petri dish placed on top of an instruction sheet. Ammonia gas is generated from the addition of 2M ammonia solution to which anhydrous calcium chloride (warms the solution up a little). As ammonia gas diffuses within the Petri dish precipitates, complexes and colour changes with indicators are observed. There are beautiful halo effects as shown in fig. 9. Discussion of these halo effects allows classes to recap ideas about movement of gas molecules and observing diffusion in gases and liquids. Other gases, even toxic sulfur dioxide and hydrogen sulphide, can be investigated in a similar manner because levels of gas in the room are kept well below workplace exposure levels. I had never seen these beautiful halo effect before. Here was evidence of molecules diffusing through air in the Petri dish, reacting with the outer layer of the chemicals in the puddle and gradually diffusing through the

Intercanvi / Treball experimental Figure 8. Indicators changing colour with changes in pH.

Figure 9. Halo effects seen from diffusion of ammonia gas into droplets of solutions of: (2) hydrochloric acid with indicator; (3) copper(II) sulfate, and (4) iron(II) sulfate contained within a Petri dish.

puddle. With copper sulfate solution, there were two halos as the precipitate formed followed by the dark blue tetraaminecopper(II) ion. It was at this point, carrying out chemical reactions in a puddle rather than a test tube, that produced observations required explanations which could enhanced the understanding of chemistry. When carrying out this experiment in the United States of America, a teacher suddenly said: «Gee, in a little you can see a lot!».

These methods have potential for use in public engagement and outreach activities for events such as science fairs. The small volumes of solutions used makes experiments carried out this way easily transported with minimal waste which can easily be contained. Opposition and support from teachers Despite giving superior results and observations, some teachers claimed the use of bottle tops, Lego colorimeters, plastic folders, etc.,

«In a little you can see a lot»: the impact of practical microscale chemistry on chemical education

drops (number depends on the diameter of the plastic pipette) of each buffer is placed in the columns of the first five rows. The indicators, bromothymol blue, methyl orange and phenolphthalein solutions, are then added across the rows. In the fourth row, the indicators are mixed to make a universal indicator which can be compared to a manufactured version in the fifth row. Finally, these mixed indicators can distinguish between distilled water, often acidic because of dissolved carbon dioxide, and tap water, often containing hydrogencarbonate ions. Displacement and precipitation reactions can also be performed on the plastic sheet.

Educació Química EduQ

número 24

would disadvantage students should they come across questions in an exam. In part, this suspicion was why an initiative by the Royal Society of Chemistry in 1999 to provide schools in the United Kingdom with free samples of microscale chemistry kits and a book (Skynner, 1998) fell on stony ground. Schools in the United Kingdom were relatively well equipped with laboratories and there remains a strong tradition of the use of mainstream macroscale equipment such as glass test tubes, burettes and Bunsen burners, further reinforced by national examinations requiring familiarity with such techniques for their assessment. I am assured this is not true by exam boards, but the suspicion survives. Despite, inventing and selling plastic materials to the whole world as an alternative to glass, some school chemistry teachers still have a deep suspicion of the use of plastics in the laboratory. However, some teachers informed us that these methods increased speed and efficiency in lessons as well time saved in clearing up, thus allowing time for teaching. The cracking procedure (fig. 2), as well as being safe, could be set up and completed in 20 minutes, allowing time to discuss the chemistry. The indicators on a plastic sheet (fig. 8) was over in 15 minutes with photographs taken. If there had been fifteen groups doing this experiment, four hundred and thirty-five test tubes would have had to be sourced and cleaned. Plastic pipettes are used to transfer chemicals from vials. They come in different sizes and bulb volumes. It is very useful to know how many drops a pipette will deliver to 1 mL of liquid. There are plastic pipettes that deliver twenty, thirty and fifty drops respectively. Dropping

bottles are very useful and obtained in bulk from medical and veterinary suppliers. Conclusion If a United Kingdom teacher of chemistry in 2017 were to look at a laboratory in 1917, that teacher would identify and use the same equipment. Perhaps, it is time to move on and give chemistry a more modern image alongside biology and physics. When I started microscale, the emphasis was on safety. In order to have the procedures used by teachers, I had to look further than cite less expensive equipment and safer procedures as the main attributes. Instead I had to find «extra value» for these techniques over the traditional technique used for over one hundred years. Now I have reversed the priorities so the impact of microscale on practical chemistry in education describes: — How it can be used to improve students’ and teachers’ understanding of how particles interact the sub-micro or nano-level. — How it reduces the overload on the short-term working memory of students. — How it improves the speed and efficiency of lessons and classroom management. — How it uses new materials. — How it incorporates green and sustainability credentials. — How teachers can present chemistry in a non-laboratory environment. — How it can reduce the cost of practical work. — How it can improve safety.

equipment. Steve Jones, the director of CLEAPSS, has encouraged my further research in this area, when I should be retired. I would also like to thank Prof. Fina Guitart and the organisers of ECRICE 2016 for inviting me, an ex-teacher, to display these new techniques to the academics of chemical education. I hope it encourages further research into how teachers in schools can apply the findings of academics in chemical education in using new practical techniques as a direct teaching tool in the understanding of chemistry, not just to train chemists. References Asheim, J.; Kvittingen, E. V.; Kvittingen, L.; Verley, R. (2014). «A simple, small-scale Lego colorimeter with a light-emitting diode (LED) used as detector». J. Chem. Educ., vol. 91, No. 7, p. 1037-1039. Skynner, J. (ed.) (1998). Microscale chemistry: Experiments in miniature. London: Royal Society of Chemistry.

Bob Worley Is the (retired) chemistry advisor for CLEAPSS (www.cleapss.org.uk) in the United Kingdom. He acquired degrees in Chemistry at the University of Sheffield. He then taught students for twenty years, sixteen years as head of

Acknowledgements Dr. Kay Stephenson is fantastic in discussions and presentations in how practical work assists student’s understanding of chemistry. Mary Owen BSc improves immeasurably on my crude ideas and designs of

department at Norwich School in the United Kingdom, and finally twentyone years at CLEAPSS. However, he cannot simply leave chemistry and education, so he now work part time for CLEAPSS solving all manner of technical and teaching problems. E-mail: bobworley4@gmail.com.