2.12.4: Alimentos - Aditivos Salinos

Los químicos utilizan la composición elemental de los compuestos para determinar sus fórmulas (y viceversa). Analizaremos algunas de las hipérbole que rodean la sal y los aditivos de sal para explorar el significado de las fórmulas.

Estas son algunas de las afirmaciones de los fabricantes de sal que podemos examinar científicamente:

• La “sal marina” es mejor nutricionalmente que la “sal regular”
• los aditivos de sal son dañinos
• La “sal kosher” sabe mejor que la sal de mesa normal.
• Las “sales exóticas” son más sabrosas (ver las cifras).
• la sal recién molida es superior

La “sal de lava negra” cosechada en diversos lugares se utiliza como condimento ^[1]

“Kala Namak” es una sal picante utilizada como condimento en la India ^[2]

Nutrición

La FDA requiere que la sal de grado alimenticio sea al menos 97.5% de NaCl, pero generalmente es mucho más pura. La sal marina suele ser de aproximadamente 99% de NaCl, debido a que es la sal en mayor concentración, y precipita primero en forma casi pura cuando el agua de mar se condensa. ^[3] La sal marina no es una fuente significativa de ningún nutriente excepto NaCl. Podemos decir por la fórmula que la sal debe ser 39.34% Na y 60.66% Cl (ver abajo), por lo que puede haber poco debate sobre que un tipo de sal sea diferente o “mejor” que otro, excepto si hay cantidades significativas de aditivos.

Aditivos

Yodo

Algunas “sales marinas” no tienen aditivos, pero la mayoría de las sales contienen yoduro de potasio (KI) o yoduro cuproso (CuI) como aditivos que proporcionan el nutriente mineral esencial yodo. Este aditivo previene la enfermedad tiroidea. A continuación veremos que a menudo se usa el aditivo con menos yodo por gramo, y explicaremos por qué.

Azúcares reductores

Si se agrega KI a la sal, se debe agregar un aditivo adicional para protegerla de la oxidación por aire para dar yodo elemental (I ₂), que no tiene valor nutritivo (y en realidad es tóxico). Un azúcar reductor se explora a continuación en un ejemplo.

Antiapelmazantes

Las sales también contienen agentes antiaglomerantes para evitar que se aglutinen en el aire húmedo, pero esos aditivos suelen ser insolubles e inocuos, y están presentes en niveles muy bajos. La sal de mesa de Morton contiene 0.2 a 0.7% de silicato de calcio ^[4], lo que explica por qué las soluciones de sal de mesa son turbias. La Sal Kosher Gruesa de Morton contiene ferrocianuro de sodio [Na ₄ Fe (CN) ₆] como agente antiapelmazante, el cual puede descomponerse en ácido para dar cianuro, pero la concentración es 0.0013%, tan baja que no puede ser un problema.

Sal Kosher

La sal kosher está hecha para recubrir carne cruda o aves de corral para purificarla, por lo que sus cristales son irregulares y grandes ^[5] lo que puede crear “ráfagas de salinidad” superiores a la sal de mesa normal cuando se usa para salar alimentos. Esta es la única razón por la que la sal recién molida es superior (no tiene aroma para liberar como lo hace la pimienta recién molida).

Sales Exóticas

Las sales boutique de todo el mundo pueden ser de grises a negras ^[6], rosadas a rojas, ^[7] u otras tonalidades, y sí tienen diferentes sabores debido a las impurezas que contienen. ^[8]

La utilidad de las fórmulas

Se ha presentado una visión microscópica de la reacción química entre el potasio (un metal reactivo) y el yodo (un sólido púrpura venenoso) para formar KI blanco y nutritivo. La ecuación

\[\ce{K(s) + I2(s) → KI(s)} \label{1} \]

representan el mismo evento en términos de símbolos y fórmulas químicas.

También notamos que la reacción entre Cu y I ₂, o entre Cu ²⁺ e I ^- da CuI, no CuI ₂:

\[\ce{2 Cu^{2+} + 4 I^{-} → 2 CuI + I2} \label{2} \]

Pero, ¿cómo descubre un químico practicante lo que está ocurriendo a escala microscópica? En el caso de la reacción (2) anterior, esperaríamos CuI ₂ entonces, ¿cómo sabemos que el producto es CuI?

Cuando se lleva a cabo una reacción por primera vez, poco se sabe sobre la naturaleza microscópica de los productos. Por lo tanto, es necesario determinar experimentalmente la composición y fórmula de una sustancia recién sintetizada.

El primer paso en dicho procedimiento suele ser separar y purificar los productos de una reacción. La baja solubilidad del CuI en agua permitiría la purificación por recristalización. El producto podría disolverse en una pequeña cantidad de agua caliente y filtrarse para eliminar las impurezas no disueltas. Al enfriarse y evaporar parcialmente el agua, se formarían cristales de CuI relativamente puro. Comparar sus propiedades, como el color y el punto de fusión, con un manual o tabla de datos lleva a la conclusión de que es CuI.

Pero supongamos que usted fue la primera persona que alguna vez preparó el CuI. No había tablas que enumeraran sus propiedades entonces, y entonces, ¿cómo podría determinar que la fórmula debería ser CuI? Una respuesta implica el análisis cuantitativo: la determinación del porcentaje en masa de cada elemento en el compuesto. Dichos datos suelen ser reportados como la composición porcentual.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Cuando 10.0 g de cobre reacciona con suficiente yodo, se forman 29.97 g de un compuesto puro. Calcular la composición porcentual a partir de estos datos experimentales.

Solución

El porcentaje de mercurio es la masa de mercurio dividida por la masa total del compuesto por 100 por ciento:

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Cu = }\frac{m_{\text{Cu}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{10}\text{.0 g}}{\text{29}\text{.97 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 33}\text{.4 }\!\!%\!\!\text{ }\)

El resto del compuesto (29.97 g — 10 g = 19.97 g) es yodo:\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{\text{compound}}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{19}\text{.97 g}}{\text{29}\text{.97 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 66}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\) Como comprobación, verificar que los porcentajes se suman a 100:66.6% + 33.4% = 100%

Cálculo de fórmulas a partir de% composición

Para obtener la fórmula a partir de los datos de porcentaje de composición, debemos encontrar cuántos átomos de yodo hay por átomo de cobre. En una escala macroscópica esto corresponde a la relación entre la cantidad de yodo y la cantidad de cobre. Si la fórmula es CuI, no sólo indica que hay un átomo de yodo por átomo de cobre, también dice que hay 1 mol de átomos de yodo por cada 1 mol de átomos de cobre. Es decir, la cantidad de yodo es la misma que la cantidad de cobre. Los números en la relación de la cantidad de yodo a la cantidad de cobre (1:1) son los subíndices de yodo y cobre en la fórmula, aunque cuando son 1, se omiten los subíndices (Cu ₁ I ₁ = CuI).

EJEMPLO 2 Determinar la fórmula para el compuesto cuya composición porcentual se calculó en el ejemplo anterior.

Solución Por conveniencia, supongamos que tenemos 100 g del compuesto. De esto, 66.6 g (66.6%) es yodo y 33.4 g es cobre. Cada masa se puede convertir en una cantidad de sustancia

\ (\ begin {align} & n_ {\ text {I}} =\ texto {66}\ texto {.6 g}\ veces\ frac {\ texto {\ texto {1 mol I}} {\ texto {126}\ texto {.9 g}} =\ texto {0}\ texto {.525 mol I}\\ & n_ {\ texto {Cu}} =\ texto {34}\ texto {.4 g}\ veces\ frac {\ texto {1 mol Cu}} {\ texto {63}\ texto {.55 g}} =\ texto {0}\ texto {.541 mol Cu}\\ \ end {align}\) Dividiendo el mayor cantidad por el menor, tenemos\(\frac{n_{\text{Cu}}}{n_{\text{I}}}=\frac{\text{0}\text{.541 mol Cu}}{\text{0}\text{.525 mol Hg}}=\frac{\text{1}\text{.03 mol Cu}}{\text{1 mol I}}\) La relación 1.03 mol Cu a 1 mol I también implica que hay 1.03 átomo de Cu por 1 átomo de I. Si la teoría atómica es correcta, no existe tal cosa como 0.03 átomo de Cu; además, nuestros números sólo son buenos para tres cifras significativas. Por lo tanto, redondeamos 1.03 a 1 y escribimos la fórmula como CuI.

EJEMPLO 3 Un yoduro inestable de cobre se aísla a baja temperatura y se encuentra que tiene la composición 20.0% Cu, 80.0% I. Encuentra su fórmula.

Solución De nuevo asumir una muestra de 100 g y calcular la cantidad de cada elemento:

\ (\ begin {align} & n_ {\ text {Cu}} =\ texto {20}\ texto {.0 g}\ veces\ frac {\ texto {\ texto {1 mol Cu}} {\ texto {63}\ texto {.55 g}} =\ texto {0}\ texto {.315 mol Cu}\\ & n_ {\ texto {I}} =\ texto {80}\ texto {..0 g}\ veces\ frac {\ texto {1 mol I}} {\ texto {126}\ texto {.90 g}} =\ texto {0}\ texto {.630 mol Br}\ \\ end {align}\) La relación es

\(\frac{n_{\text{I}}}{n_{\text{Cu}}}=\frac{\text{0}\text{.630 mol I}}{\text{0}\text{.315 mol Cu}}=\frac{\text{2}\text{.00 mol I}}{\text{1 mol Cu}}\)

Por lo tanto, asignaríamos la fórmula CuI ₂.

La fórmula determinada por este método se denomina fórmula empírica o fórmula más simple. Ocasionalmente, la fórmula empírica difiere de la composición molecular real, o la fórmula molecular, porque la relación 1:2 es la misma que 2:4. Por ejemplo, un compuesto de N y O con la fórmula empírica NO ₂ puede ser realmente N ₂ O ₄. La determinación experimental del peso molecular además de la composición porcentual permite el cálculo de la fórmula molecular.

Azúcares reductores

Si se agrega KI a la sal, se agrega un “azúcar reductor” para proteger el KI de la oxidación por aire para dar yodo (que es violeta, pero se vaporiza fácilmente y es perdido por la sal), especialmente en presencia de humedad y ácido, que suministra H ⁺:

4 H ⁺ + 4 KI + O ₂ → 2 H ₂ O + I ₂

El azúcar reductor reacciona con el oxígeno (u otros agentes oxidantes que puedan estar presentes) antes de que pueda ocurrir esta reacción.

EJEMPLO 4 Se encontró que un antioxidante en la sal de mesa de Morton tiene una composición de 40.00% C, 53.28% O y 6.713% H, y su peso molecular es 180.16 por mediciones de depresión del punto de congelación. Determinar sus fórmulas empíricas y moleculares.

Solución

\ (\ begin {align} & n_ {\ texto {C}} =\ texto {40}\ texto {.00 g}\ veces\ frac {\ texto {\ texto {1 mol C}} {\ texto {12}\ texto {.01 g}} =\ texto {3}\ texto {.33 mol C}\\ & n_ {\ texto {H}} =\ texto {6}\ texto {.713 g}\ veces\ frac {\ texto {1 mol H}} {\ texto {1}\ texto {.008 g}} =\ texto {6}\ texto {.660 mol H}\\ & n_ {\ texto {O}} =\ texto {53}\ texto {.28 g }\ veces\ frac {\ texto {1 mol O}} {\ texto {15}\ texto {.999 g}} =\ texto {3}\ texto {.330 mol O}\\ \ end {align}\)

Dividiendo cada uno por el más pequeño:\(\frac{n_{\text{H}}}{n_{\text{C}}}=\frac{\text{6}\text{.66 mol H}}{\text{3}\text{.33 mol C}}=\frac{\text{2}\text{.0 mol H}}{\text{1 mol C}}\)

Dividiendo cada uno por el más pequeño:\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{C}}}=\frac{\text{3}\text{.33 mol O}}{\text{3}\text{.33 mol C}}=\frac{\text{2}\text{.0 mol O}}{\text{1 mol C}}\)

La fórmula empírica es, por lo tanto, CH ₂ O. El peso molecular correspondiente a la fórmula empírica es

12.01 + 2 × 1.008 + 15.9994= 30.03

Dado que el peso molecular experimental es 180.16, esto representa 180.16/30.03 o 6.0 x como grande, todos los subíndices deben multiplicarse por 6, y la fórmula molecular es C ₆ H ₁₂ O ₆. La dextrosa es un azúcar reductor, debido al grupo C=O de la estructura de cadena abierta.

Ocasionalmente la proporción de cantidades no es un número entero.

Agentes Antiapelantes

Un agente antiapelmazante común es el silicato de calcio, SiO ₃, pero comúnmente se usan zeolitas y minerales de calcio como la “ceniza de hueso”.

EJEMPLO 5 Una muestra de agente antiapelmazante “ceniza de hueso” contiene 38.76% Ca, 19.971% P y 41.26% O. ¿Cuál es su fórmula empírica?

Solución

\ (\ begin {align} & n_ {\ texto {P}} =\ texto {18}\ texto {.97 g}\ veces\ frac {\ texto {\ texto {1 mol P}} {\ texto {30}\ texto {.974 g}} =\ texto {0}\ texto {.6448 mol P}\\ & n_ {\ texto {Ca}} =\ texto {38}\ texto {.764 g}\ veces\ frac {\ texto {1 mol Ca}} {\ texto {40}\ texto {.078 g}} =\ texto {0}\ texto {.9672 mol Ca}\\ & n_ {\ texto {O}} =\ texto {41}\ text {.264 g}\ times\ frac {\ text {1 mol O}} {\ text {16}\ text {.00 g}} =\ text {2}\ text {.579 mol O}\\\ end {align} \) Divide los tres por la menor cantidad de sustancia\ (\ begin {align} &\ frac {n_ {\ text {Ca}} {n_ {\ text {Ca}} {n_ {\ text {} P}}} =\ frac {\ texto {0}\ texto {.9672 mol Ca}} {\ texto {0}\ texto {.6448 mol P}} =\ frac {\ texto {1}\ texto {.50 mol Ca}} {\ texto {1 mol P}}\\ &\ frac {n_ {\ texto {O}}} {n_ {\ texto {P}}} =\ frac {\ texto {2}\ texto {.579 mol O}} {\ texto {0}\ texto {.6448 mol P}} =\ frac {\ texto {4}\ texto {mol .00} {\ text {1 mol P}}\\ \ end {align}\) Claramente hay cuatro veces más átomos de O que átomos de P, pero la relación de Ca a P es menos obvia. Debemos convertir 1.5 a una proporción de números enteros pequeños. Esto se puede hacer cambiando las cifras después del punto decimal a una fracción. En este caso, .5 pasa a ser 1/2. Así 1.5 = 2/2 + 1/2 =\(\tfrac{\text{3}}{\text{2}}\). [en un caso más complicado, como 2.25, .25 se convierte en ¼. Así 2.25 = 2¼ =\(\tfrac{\text{9}}{\text{4}}\)].

\(\frac{n_{\text{Ca}}}{n_{\text{P}}}=\frac{\text{1}\text{.5 mol Ca}}{\text{1 mol P}}=\frac{\text{3 mol Ca}}{\text{2 mol P}}\)

También podemos escribir\(\frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{P}}}=\frac{\text{4 mol O}}{\text{1 mol P}}=\frac{\text{8 mol O}}{\text{2 mol P}}\) Así la fórmula empírica es Ca ₃ P ₂ O ₈, que es fosfato tricálcico (Ca ₃ (PO ₄) ₂), un importante suplemento nutricional y mineral.

Cálculo de la composición porcentual de NaCl, KI y CuI a partir de fórmulas

Una vez que alguien ha determinado una fórmula —empírica o molecular— es posible que otra persona haga el cálculo inverso. Encontrar la composición porcentual en peso a partir de la fórmula a menudo resulta bastante informativo, como muestra el siguiente ejemplo.

EJEMPLO 6

a. probar que todo el NaCl es de 39.34% de Na y 60.66% de Cl, como se indicó anteriormente.

b. ¿Cuál de los suplementos nutricionales, KI o CuI, tiene el mayor porcentaje I?

Solución

a. 1 mol de NaCl contiene 1 mol de Na y 1 mol de Cl. La masa molar es así

M = 22.99 + 35.45 = 58.44 g mol ^—1

Una muestra de 1 mol de NaCl pesaría 58.44 g. La masa de 1 mol de Na que contiene es\(m_{\text{I}}\text{ = 1 mol Na }\times \text{ }\frac{\text{22}\text{.99 g}}{\text{1 mol Na}}\text{ = 22}\text{.99 g}\)

Por lo tanto el porcentaje de Na es\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Na = }\frac{m_{\text{Na}}}{m_{NaCl}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{22}\text{.99 g}}{\text{58}\text{.44 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 39}\text{.34 }\!\!%\!\!\text{ }\)

El porcentaje de Cl debe ser del 100% - 39.34% = 60.66%, pero podemos verificar:

\(m_{\text{Cl}}\text{ = 1 mol Cl }\times \text{ }\frac{\text{35}\text{.45 g}}{\text{1 mol Cl}}\text{ = 35}\text{.45 g}\)

Por lo tanto el porcentaje de Cl es

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ Cl = }\frac{m_{\text{Cl}}}{NaCl}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{35}\text{.45 g}}{\text{58}\text{.44 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 35}\text{.45 }\!\!%\!\!\text{ }\)

b.

1 mol KI contiene 1 mol de K y 1 mol I. La masa molar es así

M = 39.098 + 126.9 = 166.0 g mol ^—1 Del mismo modo, la masa molar de CuI es 190.45.

Una muestra de 1 mol de KI pesaría 166.0 g. La masa de 1 mol I que contiene es\(m_{\text{I}}\text{ = 1 mol K }\times \text{ }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{1 mol K}}\text{ = 126}\text{.9 g}\)

Por lo tanto el porcentaje de I es\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{KI}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{166}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 76}\text{.5 }\!\!%\!\!\text{ }\)

El porcentaje de K debe ser 100% - 76.5% = 23.5%, pero podemos verificar:

\(m_{\text{K}}\text{ = 1 mol K }\times \text{ }\frac{\text{39}\text{.098 g}}{\text{1 mol K}}\text{ = 39}\text{.98 g}\)

Por lo tanto el porcentaje de K es

\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ K = }\frac{m_{\text{K}}}{KI}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{39}\text{.098 g}}{\text{166}\text{.0 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 23}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\)

Los porcentajes de I en CuI es\(\text{ }\!\!%\!\!\text{ I = }\frac{m_{\text{I}}}{m_{CuI}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = }\frac{\text{126}\text{.9 g}}{\text{190}\text{.45 g}}\text{ }\times \text{ 100 }\!\!%\!\!\text{ = 66}\text{.6 }\!\!%\!\!\text{ }\)

A pesar de que CuI tiene un %I menor, (KI proporciona más I por gramo), a menudo se usa porque está menos sujeto a la oxidación del yoduro que KI.

Referencias

1. es.wikipedia.org/wiki/Black_lava_salt
2. es.wikipedia.org/wiki/Kala_Namak
3. Wolke, R.L. “Lo que Einstein le dijo a su cocinero”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 51
4. Wolke, R.L. “Lo que Einstein le dijo a su cocinero”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 52
5. Wolke, R.L. “Lo que Einstein le dijo a su cocinero”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 56
6. es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Black_Salt.jpg
7. es.wikipedia.org/wiki/Kala_Namak
8. Wolke, R.L. “Lo que Einstein le dijo a su cocinero”, W.W. Norton & Co., NY, 2002, p. 49