Joan Francesc Poca Nieto
Premi Eduard Saavedra
Ciències, Enginyeries i Arquitectura
Tenen pressa les reaccions químiques?
RESUM
En l'actualitat, el món del coneixement abasta tots els àmbits de la vida i l'activitat humanes, ens trobem immersos en un escenari en què la immediatesa és gairebé imprescindible. Abans els meus avis per fer una gestió a Barcelona necessitaven un o dos dies, cosa que avui en dia pot quedar reduïda a uns minuts gràcies a les tecnologies de la informació; és, doncs, aquesta velocitat dels processos la que em va despertar un interès a saber de quina manera també en l'àmbit de la química, concretament de les reaccions químiques, es pot contribuir a la seva acceleració i respondre a aquella immediatesa que actualment és present en la majoria de processos.
Actualment, la cinètica de les reaccions químiques es considera una branca de la termodinàmica, la qual investiga els estats intermedis (desequilibris) de les transformacions fisicoquímiques des de la variable temps, la qual és inherentment dependent del camí que segueixen aquests processos.
La diferència entre la cinètica i la termodinàmica és que la primera estudia els processos físics i químics tenint en compte la perspectiva temporal i la segona estudia les transferències d'energia.
Com he comentat al principi, em vaig interessar per aquesta temàtica, però va ser gràcies a la meva tutora del treball de recerca que em va parlar dels enzims o biocatalitzadors, que intervenen de manera vital en el funcionament dels éssers vius i últimament s'estan fent molts avenços en aquest camp, i vaig veure una línia d'investigació molt interessant que em va animar a presentar aquest treball.
Una vegada escollit què volia fer, va ser moment de plantejar-me com ho podia realitzar, és a dir, decidir quines estratègies metodològiques seguiria, que en essència serien dues:
Pel que fa a la recerca d'informació, consistirà fonamentalment en: la consulta de fonts documentals i professionals, la selecció de les més significatives per a la meva temàtica i la producció del treball de manera organitzada (vegeu l'índex).
A més, com que faré comprovacions experimentals, introduiré passos de la metodologia experimental, que consistirà en: el plantejament d'una pregunta o problema, l'elaboració d'hipòtesis, l'establiment de les variables independents, dependents i controlades, el disseny de l'experiment, els resultats i les conclusions.
En el transcurs del meu treball de recerca, he après sobre la cinètica química, que m'ha ajudat a entendre per què les reaccions químiques són més o menys ràpides, així com els models matemàtics que determinen numèricament la velocitat de les reaccions.
M'ha sorprès saber que unes substàncies que en un principi són els reactius poden esdevenir-ne unes altres totalment diferents, amb propietats físiques i químiques que no tenen res a veure amb les de les substàncies que teníem al principi, i que no es transformen de qualsevol manera, sinó que hi ha un mecanisme per a cada reacció química, que és un conjunt de processos secundaris que es produeixen durant la reacció i que tenen molt a veure amb la seva rapidesa.
He entès que existeixen diverses teories de les reaccions químiques que entre totes intenten explicar com es produeixen, com ara la teoria de les col·lisions i la teoria de l'estat de transició.
Gràcies a la recerca activa d'informació, la consulta de diversos llibres i de llocs web durant el meu treball, he conegut tots els factors que intervenen en la velocitat de les reaccions químiques, de quina manera ho fan i quins són més determinants.
Bàsicament, el que condiciona la velocitat de les reaccions és l'eficàcia dels xocs de les partícules i intervenen unes quantes circumstàncies en la reacció que fan variar aquesta eficàcia, com per exemple la concentració dels reactius: si la concentració augmenta, també ho fa la velocitat de la reacció proporcionalment, tal com he pogut comprovar en la primera part experimental. La temperatura és un altre element que intervé en l'eficàcia dels xocs, de manera que un petit augment de temperatura suposa un gran augment de l'eficàcia d'aquests xocs, fet que també he pogut comprovar en la primera part experimental. L'estat físic dels reactius també és una condició important a l'hora de fer canviar la velocitat d'una reacció, ja que com més gran és la possibilitat de contacte entre partícules, més col·lisions es produiran entre les molècules dels reactius. La naturalesa química dels reactius també s'ha de tenir en compte quan parlem de velocitat de reacció, ja que com més enllaços hi hagi en els reactius i més forts siguin, més lentament es produirà la reacció.
Els catalitzadors, que són substàncies que modifiquen la velocitat de reacció sense aparèixer després en els productes, subministren nous camins pels quals es pot produir una reacció amb una energia d'activació menor, és a dir, més ràpidament.
Entre els tipus de catalitzadors, hi trobem els de contacte, els transportadors, els negatius, els autocatalitzadors… Però el tipus de catalitzadors que a mi m'ha interessat més són els enzims, que són les substàncies que intervenen en la velocitat de les reaccions biològiques. Els enzims són substàncies molt diverses, complexes i amb moltes propietats, que són indispensables per als éssers vius, ja que, sense elles, reaccions que es produeixen en dècimes de segon, tardarien anys a acabar-se, cosa que els éssers vius no ens podríem permetre per viure.
M'ha semblat molt interessant saber que les vitamines són coenzims, és a dir, parts d'alguns enzims imprescindibles perquè funcionin, cosa que m'ha fet comprendre per què és tan important consumir vitamines.
He investigat que hi ha factors que afecten l'activitat enzimàtica i uns són els inhibidors, que són substàncies que disminueixen l'activitat d'un enzim o fins i tot poden inhabilitar-lo totalment. Els enzims tenen una part que és el centre actiu i, segons com es vegi afectat, podem classificar els inhibidors en irreversibles i reversibles. Quan la molècula de l'inhibidor és similar al substrat i hi competeix per fixar-se al centre actiu, parlem d'inhibició reversible competitiva, en què es disminueix la velocitat de la reacció proporcionalment a la concentració d'inhibidors. Aquest tipus d'inhibició ha sigut la base de la meva segona part experimental.
En la primera part experimental, que he realitzat al laboratori del meu institut, he pogut comprovar com influeix la temperatura i la concentració dels reactius en la velocitat d'una reacció i he vist que la temperatura és un factor de major pes que la concentració gràcies a diverses experiències que he realitzat amb diferents valors d'aquestes dues variables.
A més, com que en el moment de realitzar la pràctica no disposava dels reactius necessaris, he tingut l'oportunitat d'aprendre a preparar-los a partir d'altres substàncies que sí que hi ha al laboratori i amb les concentracions que eren requerides, fet que em va permetre fer una aplicació pràctica de l'estequiometria que vaig estudiar l'any passat.
En la segona part experimental, que ha consistit en un assaig enzimàtic per a la detecció d'àcid ocadaic en dues mostres de musclos, he pogut comprovar la inhibició reversible competitiva d'un enzim amb funcions importants en el nostre cos, la proteïna fosfatasa, per part d'una toxina present en els mol·luscs anomenada àcid ocadaic.
En fer aquesta pràctica en un laboratori de l'IRTA, situat a les Terres de l'Ebre, en el qual es fa investigació de la vida marina, he tingut la privilegiada oportunitat de treballar amb material de laboratori professional com un escalfador (una màquina que manté les mostres a una temperatura determinada mentre les agita), pipetes de precisió, una màquina d'espectres o lector de plaques (màquina que valora l'absorbància de les mostres), un mesclador vòrtex (un aparell automàtic que mescla la solució), tubs de centrifugació o un agitador de tubs (aparell per agitar les mescles). Una experiència que, a més d'ajudar-me a comprovar i quantificar jo mateix una inhibició reversible competitiva d'un enzim, m'ha enriquit i m'ha permès conèixer un ambient de treball diferent i més professional que el del meu institut. A més, estic més convençut d'encaminar els meus estudis posteriors cap a la branca de la química i la biologia després d'aquesta experiència.
Com a projecció del meu treball de recerca, m'agradaria poder realitzar experiències que em permetessin comprovar els altres factors que intervenen en la velocitat de les reaccions químiques.
MATERIALS
