Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Una de las formas más sencillas de preparar un caramelo es mediante la cristalización de azúcar desde una disolución saturada de esta. Si además añadimos colorante alimentario, podemos elaborar “piruletas” como las de la imagen.
El experimento
Para preparar cristales de azúcar necesitaremos disponer de una disolución sobresaturada de azúcar. La conseguiremos calentando agua y añadiendo la máxima cantidad de azúcar que admita el agua caliente.
Se vierte la disolución en un recipiente limpio para evitar que posibles impurezas actúen como núcleos de cristalización. A continuación se introducen palitos de madera y se espera a que los cristales crezcan alrededor de ellos. Para facilitar la cristalización los palitos pueden mojarse y tocar con ellos azúcar sólida de modo que se adhieran algunos granos.
Explicación
Es muy común en el lenguaje cotidiano confundir las palabras cristal y vidrio. Mientras que los vidrios tienen estructuras internas amorfas, un cristal es un tipo de sólido en el que los iones o moléculas que lo forman están ordenados en una estructura regular a escala microscópica. Si el cristal es lo suficientemente grande, la ordenación microscópica hará que lo veamos con una particular forma geométrica. De hecho, los cristales se pueden clasificar por geometría y simetría.
En este experimento se explica cómo obtener cristales de azúcar. El azúcar de mesa que consumimos habitualmente es sacarosa (C12H22O11), un compuesto orgánico que cristaliza en el sistema monoclínico. La siguiente imagen muestra unos diminutos cristales de sacarosa vistos al microscopio:
El tamaño de los cristales que se pueden conseguir cristalizando azúcar depende de varios factores, como la concentración de la disolución, la velocidad de evaporación, la temperatura o la presión. Los cristales comenzarán a crecer allí donde encuentren algo sobre lo que depositarse, es decir, núcleos o semillas de cristalización. Estas semillas pueden ser pequeños cristales previamente formados, motas de polvo u otras partículas que se encuentren en suspensión, e incluso imperfecciones de las paredes del recipiente o de un objeto que se introduzca en la disolución. Este objeto puede usar un palito de madera, que ofrecerá múltiples núcleos de cristalización y a su vez servirá de soporte para los cristales. Si el palito tiene pegados previamente pequeños cristales de azúcar se acelerará el proceso.
La formación de los cristales es un proceso lento. Las moléculas que van a ir aumentando el tamaño de un cristal en formación deben llegar a la superficie de este. Para ello es importante que estas moléculas se pueden difundir bien a través del disolvente. Además, cuanto mayor sea la concentración de estas moléculas, más llegarán a la superficie del cristal por unidad de tiempo, lo que supondrá una mayor velocidad de cristalización. Es conveniente, por ello, que la disolución esté saturada o sobresaturada.
No es difícil conseguir disoluciones de alta concentración de sacarosa en agua porque esta sustancia es muy soluble en este disolvente gracias a que posee muchos grupos polares (OH). Concretamente, su solubilidad a temperatura ambiente es de unos 200 g por 100 g de H2O, pero se acerca a 500 g a los 100 oC, como puede verse en la siguiente figura:
El tamaño de los cristales de azúcar y su calidad van a depender bastante del tiempo concedido. Si se quiere acelera el proceso evaporando forzadamente la disolución (elevando la temperatura) podrían obtenerse cristales muy pequeños o un sólido amorfo. Para obtener cristales grandes y bien formados el proceso debe ser lento, ya que de este modo se da tiempo a que las moléculas se acomoden correctamente sobre el cristal que está creciendo.
Referencia
- Crecimiento y propiedades de los cristales. Textoscientificos.com. https://www.textoscientificos.com/quimica/cristales/crecimiento-cristales.
Imágenes: cristales de azúcar: sugar-asia.com; gráfico de solubilidad: engineeringtoolbox.com.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/.
