Un món de cristalls 2

UN MÓN DE CRISTALLS 2

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

ÍNDEX 1. Cristalls 3. Cristalls als éssers vius 1.1. Com es formen els cristalls 3.1. Xocolata 1.2. Ambients de cristal·lització 3.2. Cristalls de sucre 2. Tècniques de cristal·lització 3.3. Vidre de sucre 2.1. Dissolucions 3.4. Aspirina  Descens de temperatura 3.5. Lisozima  Evaporació 3.6. Virus  Sobresaturació 4. Cristalls i tecnologia 2.2. Antisolvents 5. Bibliografia 2.3. Antisublimació 2.4. Difusió en gels Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

1. CRISTALLS • Cristall: material sòlid amb àtoms, molècules o ions ordenats.

• Es repeteix un patró en les 3 dimensions de l’espai.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

1.1. COM ES FORMEN CRISTALLS? • Per obtenir un sòlid cristal·lí s’han de produir 2 processos:  Nucleació: Un nombre mínim d’unitats de creixement s’ajunten per a formar una agregació estable.  Un cop formada l’agregació inicial les unitats de creixement es van incorporant per engrandir el cristall.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

1. 2. AMBIENTS DE CRISTAL·LITZACIÓ A la natura els cristalls es formen: AL MANTELL. Condicions d’altes de P i Tº. Diamant ALS PROCESSOS VOLCÀNICS: La lava solidifica i origina petits cristalls.

EN SOLUCIONS SATURADES: Al fons marí precipita carbonat de calci.

PER EVAPORACIÓ DEL SOLVENT. Als llacs o mars interiors precipiten sals.

PER SOLIDIFICACIÓ DE L’AIGUA. Es formen cristalls de neu, simetria hexagonal (conjectura de Kepler).

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2. TÈCNIQUES DE CRISTAL·LITZACIÓ – A partir de dissolucions • Descens de temperatura • Evaporació • Sobresaturació • Anti-solvents – Sublimació inversa – Difusió en gels

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.1. DISSOLUCIONS • Una dissolució és una fase homogènia que conté el solvent i el solut. Una solució es diu saturada quan hi ha equilibri entre el solvent i el solut, depèn de pH, Tº i altres variables.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.1. A PARTIR DE DISSOLUCIONS Hi ha diverses tècniques per obtenir cristalls a partir de dissolucions: • Disminució de la temperatura: a menys temperatura la dissolució admet menys solut, per tant l’excés de solut precipita.

• Evaporació: si s’evapora el solvent, altra cop s’admet menys solut i precipita.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.1. SOBRESATURACIÓ Per obtenir bons i grans cristalls hem de treballar amb un sistema lleugerament sobresaturat.

Així la nucleació és baixa i els cristalls esdevenen més grans i perfectes.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.2. ANTI-SOLVENTS • La sobresaturació d’una dissolució es pot aconseguir afegint un ANTI-SOLVENT, que canvia la solubilitat del sistema.

• Anti-solvent + solvent fa una barreja menys soluble per al solut.

• En anar afegint l’anti-solvent van apareixent cristalls de solut.

• L’avantatge és que es treballa a temperatura ambient I s’utilitza menys energia. S’utilitza molt per a cristal·litzar productes farmacèutics• EXEMPLE: Cristalls de NITRAT DE POTASSI, si el nitrat K està dissolt en aigua I s’hi afegeix acetona com a anti-solvent. http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/39142.pdf

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.3. SUBLIMACIÓ INVERSA És el procés invers a la sublimació, per tant es passa de gas a sòlid, sense passar per estat líquid. Es dóna quan hi ha una baixada de temperatura molt sobtada.

• La NEU cau en forma de FLOCS: cristalls hexagonals.

• Es froma en un núvol molt fred, el vapor d'aigua es condensa en cristalls de glaç sobre les partícules que hi ha en suspensió (pols, fum...)

• Un floc de neu es compon d‘unes 1018 molècules d'aigua. És molt difícil trobar dos flocs de neu idèntics.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

2.4. DIFUSIÓ EN GELS • S’utilitza un gel que tingui els porus impregnats d’un dels dos reactius i es col·loca a sobre l’altre reactiu.

• Quan el que s’ha afegit difon, reacciona amb el que està en el porus i s’obtenen cristalls.

• Un exemple és l’obtenció de cristalls de tartrat de coure per reacció del clorur de coure i l’àcid tartàric: Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3. CRISTALLS ALS ÉSSERS VIUS • Els minerals i les petites molècules orgàniques cristal·litzen fàcilment.

• Les macromolècules són difícils de cristal·litzar

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3. CRISTALLS ALS ÉSSERS VIUS  MOLÈCULES INORGÀNIQUES.  Otòlits a les orelles  Closques d’ou  Ossos i dents  Pedres al ronyó  MOLÈCULES ORGÀNIQUES  Triglicèrids de la xocolata  Sucre  Proteïnes  VIRUS Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.1. XOCOLATA • S’obté del gra del cacao: Theobroma cacao, aliment dels déus, en grec.

• El gra és molt amarg , per convertir-ho en un aliment dolç se li afegeixen diversos components: 50% de sucre, farines, grasses i altres ingredients • El cacau té components no greixosos i components greixosos.

• La mantega de cacau cristal·litza en 6 formes. Els cristalls de forma V són els que donen a la xocolata aquesta textura tan agradable.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.1. CRISTALLS A LA XOCOLATA La xocolata s’obté amb el següent procediment: • S’escalfa la barreja de xocolata i altres components a 44º C., es fonen tots els cristalls de greix • Es refreda a una temperatura inferior a 28º C mentre s’agita., el greix cristal·litza en multitud de cristalls de dues formes distintes.

• Just abans que el producte es faci sòlid s’augmenta la temperatura fins a 31º C, els cristalls de la forma no desitjada es fonen, i queden només els petits cristalls de la forma desitjada.

• S’aboca la xocolata en motlles, que es refreden en un frigorífic. Els petits cristalls creixen ràpidament, i la xocolata se solidifica.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.1. CRISTALLS A LA XOCOLATA • La Xocolata mai no es floreix.

• No s’ha de posar mai a la nevera, si es fa surten uns cristalls blancs forma VI, “Fat-bloomed-state”.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.2. SUCRE  És la SACAROSA  És la reserva d’energia de la remolatxa o de la canya de sucre.  És un disacàrid: blanc, soluble en aigua, amb poder reductor.  Cristal·litza fàcilment.  Al laboratori es poden fer bonics caramels de cristalls de sucre amb colorants!

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.3. VIDRE DE SUCRE  Si refredem sobtadament una dissolució de sacarosa s’obté una pasta amorfa anomenada VIDRE.  Un dels vells trucs de les pel·lícules, sobretot westerns, consisteix a esclafar ampolles de vidre al cap del “dolent”.  El director però no se la juga amb els actors.  Abans s’ utilitzaven ampolles i vidres fets de SUCRE!!!  Actualment s’utilitzen plàstics tipus acrílics.  Es poden fer vidres de sucre a casa, només es necessita sucre, forn,... http://special-effects.wonderhowto.com/how-to/make-yourvery-own-sugar-glass-prop-for-movies-388208/ Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.4. CRISTALLS D’ASPIRINA  L'aspirina o l'àcid acetilsalicílic (acetosal o AAS) és un fàrmac de la família dels salicilats, sovint emprat com a analgèsic (mals menors i dolor agut), antipirètic (contra la febre), i antiinflamatori.  L’aspirina conté només un 50% d’ASS, la resta són excipients.  L’ASS es pot separar dels excipients per cristal·lització.  Si vols cristalls grans espera 9 mesos.  Si et conformes amb cristalls petits, dissol l’aspirina en aigua bullint i deixa refredar, en una hora tindràs cristalls llestos per ser vistos al microscopi. https://www.youtube.com/watch?v=Xk5nizGQlGs Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.5. CRISTALLS DE PROTEÏNES  Les proteïnes estan implicades en moltes malalties.  Per dissenyar fàrmacs cal conèixer l’estructura de les proteïnes.  Actualment es coneixen unes 10000 estructures de proteïnes per difracció de raigs X  Aquesta tècnica requereix 3 etapes: 1. Creixement de cristalls de proteïna 2. Recollida de dades per difracció de raigs X del cristall 3. Construir un model que s’ajusti al patró de la proteïna.

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.5. CRISTALLS DE LISOZIMA  LISOZIMA : proteïna de la família d’enzims antibacterians.  Abundant en humans en llàgrimes, saliva i mucus.  Cristal·litza fàcilment en el sistema monoclínic o tetragonal  Per obtenir cristalls de lisozima s’utilitza la tècnica de la ”gota penjant” http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_07_1.html

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

3.6. VIRUS  Els virus són cristal·litzables  Stanley 1935 va cristal·litzar el virus del mosaic del tabac (MTV)  En 1955 es purifica i cristal·litza el primer virus humà, el de la poliomielitis.  Els virus poden sobreviure molts anys en forma de cristalls

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

4. CRISTALLS I TECNOLOGIA  Medicaments. La majoria són molècules quirals.  Cas de la Talidomida http://www2.uah.es/edejesus/lecturas/curiosidades/cur005.htm

       

Termòmetres de front (cristalls líquids) Implants Pantalles de TV de LCD Targetes de crèdit Cosmètics Pigments i pintures Plaques solars Superconductors....

Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014

BIBLIOGRAFIA PÀGINES WEB: • http://ca.wikipedia.org/ • http://espiadellabo.com/2014/01/noticia-no3-cristales/ • http://www.ugr.es/~proyecto08173/qbiofisica/PRACTICAS%20DE%20LAB ORATORIO/Practica%20de%20cristalizacion%20de%20proteinas.pdf • http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_07_1.html • http://lysozyme.co.uk/crystallization.php • http://iesbinef.educa.aragon.es/departam/webinsti/otros/xtales/cristaliza cion/09.pdf • http://iesbinef.educa.aragon.es/departam/webinsti/otros/xtales/cristaliza cion/09.pdf • http://espiadellabo.com/2014/05/noticia-no10-la-cristalizacion-en-gel/ Xon Vilahur Godoy. Febrer 2014