Humo Químico

Hoy queremos hacer una pequeña broma: fabricar una espectacular, aunque inofensiva, humareda. Parecido a lo que en algunas discotecas o espectáculos se hace desde el escenario. Normalmente usamos hielo seco (Hielo de CO2) pero como hay que pedirlo y conservarlo y siempre es más complicado podemos usar alguno de los elementos que se suelen tener en un laboratorio de Química de cualquier colegio.

Necesitamos: Peróxido de benzoilo, Anilina y un tubo de ensayo.

¿Cómo lo haremos?

La práctica es muy simple, hay que verter una pequeña cantidad de peroxido de benzoilo y añadir una pequeña porción de anilina. Y a los pocos segundos...una espectacular humareda se elevará hasta el techo

¿Qué ha sucedido?

Lo que ha sucedido es una reacción de oxidación a cargo del peróxido de benzoilo. Los productos de la oxidación son los que constituyen la humareda en cuestión.

Aunque no entrañe peligro, es recomendable –como en todas las reacciones violentas de oxidación- adoptar las consabidas precauciones en cuanto a distancias, guantes, campana de gases, etc.

Por cierto, el peróxido de benzoilo se usa en el tratamiento del acné. El único peligro que tiene es que es muy explosivo, comprobadlo en este vídeo

 

Cambios de color en química

Lo primero, con un mes de retraso: Feliz Año Nuevo.

Mucho tiempo desde la última actualización del blog...repitiendo experimentos con los grupos de 2º y 4º de ESO, y llega el momento de realizar algo diferente, dentro del marco de la química en esta ocasión.

Para ello vamos a necesitar: Agua, sal, fenolftaleína, vaso de precipitados, espátula, pila (preferiblemente de petaca), cables y dos electrodos (pueden ser dos piezas metálicas o que los cables lleven pinzas de conexión).

Se prepara una disolución de sal en agua y se le añaden unas gotas de fenolftaleína. Se efectúan las conexiones a la pila y a los electrodos (que pueden ser dos barras de grafito o de un metal). Se introduce cada electrodo en la disolución e inmediatamente observaremos que alrededor del electrodo conectado al polo negativo de la pila el líquido adquiere un  color morado/magenta.

¿Qué ha sucedido?

Lo que ha sucedido es la electrolisis de la sal disuelta de modo que, en el electrodo negativo, se forman hidrógeno gaseoso e iones oxhidrilo que –al generar un pH básico en esa zona- provocan que la fenolftaleína adopte su color correspondiente a pH básico (recordad que la fenolftaleína se usa como un marcador del pH, de la misma manera que hemos explicado en el blog con otro tipo de marcador, el color muestra el pH del líquido.).

Es una reacción rápida y curiosa pues llama la atención que sólo se “noten” los efectos en un electrodo (en el otro se estarán formando burbujas de cloro gaseoso). Si no se utiliza fenoftaleína y si los electrodos utilizados son de hierro, observaremos que la disolución va tomando un color verdoso conforme avanza la electrolisis.

 

El Azúcar Mágico

El azúcar o sacarosa es un disacárido formado por una molécula de fructosa y otra de glucosa cuya fórmula es C₁₂H₂₂O_11.

Todos conocemos el azúcar y sus utilidades culinarias como endulzante (Y sus efectos desagradables si se consume en grandes cantidades ), pero lo que nos resulta más desconocido es el curioso efecto que algunos ácidos tienen en esta fórmula, sobre todo el ácido sulfúrico.

El ácido sulfúrico es un compuesto químico de fórmula H₂SO₄ que se produce en cantidades industriales en el mundo por sus muchas utilidades. Es áltamente corrosivo por lo que debe ser manejado con mucha precaución: guantes, gafas, ropa de manga larga...

¿Qué necesitamos?

Vaso de precipitado, Azúcar, Ácido Sulfúrico Líquido concentrado, agitador y espátula.

Si tomamos un vaso de precipitados y ponemos azúcar hasta llenar un cuarto de su capacidad, más o menos, y le añadimos ácido sulfúrico, removiendo hasta tener una mezcla espesa tipo "papilla", veremos que al cabo de un minuto el azúcar se oscurece, pasando de blanco a amarillo, a marrón y finalmente a negro, adquiriendo un tanto esponjoso y ascendiendo por el vaso e incluso derramándose fuera de él como si fuera un churro.

¿Qué ha sucedido?

Lo que ha sucedido es una reacción de deshidratación del azúcar por parte del ácido sulfúrico, la sacarosa se convierte en un residuo negro de carbono, y el agua se evapora en forma de vapor permitiendo que esa masa esponjosa ascienda por el vaso. ¡Cuidado! Es una reacción muy exotérmica y desprende gases, lo mejor es hacerlo en una campana de gases o cerca de una ventana abierta.

En éste video podéis observar la práctica perfectamente. ¡Sólo para laboratorio! ¡Nunca en casa!

 

Respuestas a las preguntas del fin de semana

1.- En las bicicletas, los rayos están montados tangencialmente, mientras que en las carretas están montados radialmente. ¿Por qué?

Los rayos de las carretas sólo deben soportar una fuerza radial, la que ejerce sobre ellos el eje. En cambio, los rayos de las bicicletas, además de esa fuerza radial deben soportar una fuerza tangencial: la que ejerce, a través del eje, la cadena de la bicicleta, naturalmente en la rueda trasera, motriz.

2.- En el interior de un recipiente herméticamente cerrado (a presión normal) colocamos dos vasos iguales. En uno de ellos ponemos agua hasta la mitad y en el otro, también hasta la mitad, echamos agua en la que previamente hemos disuelto una gran cantidad de sal (cloruro sódico). Si al cabo de un tiempo abrimos el recipiente ¿Qué cambios observaremos? (Para observarlo a simple vista han de pasar 2 o 3 meses)

Lo que sucederá al cabo del tiempo es que el vaso con agua sola se vacía y el que contiene agua con mucha sal se llena con el agua del otro vaso. Esto se debe a que el vaso de agua sin sal se evapora antes por que la sal retrasa ese fenómeno…además en un ambiente cerrado el agua salada tiende a absorber la humedad presente, por lo que el agua del primer vaso pasa al segundo.

3.- Si colocamos dos latas de una bebida carbonatada una al lado de la otra y las dejamos rodar por una superficie inclinada, llegan al final de forma simultánea.

Sin embargo, si antes de que comiencen a rodar agitamos vigorosamente una de ellas ya no sucede lo mismo.¿Cuál llegará antes? ¿Por qué?

Al realizar la experiencia se comprueba que la lata agitada se retrasa.  Es un hecho comprobado que al agitar la lata no aumenta la presión en su interior.  Al agitar se forman burbujas en el interior del líquido. Las burbujas formadas entre la superficie del líquido y la lata consiguen que el líquido gire con la lata, facilitando la transferencia de energía cinética de rotación al líquido.  Si la lata agitada tiene más energía cinética de rotación, tendrá menos de translación : llegará más tarde.

4.- ¿Cómo es posible que mediante una explosión de dinamita se pueda apagar un incendio en un pozo de petróleo? ¿Por qué el agua apaga el fuego?

El incendio en el pozo se apaga por la falta de oxígeno para continuar la combustión, ésto es debido a que el oxígeno, que es necesario para la combustión es desplazado por la gran cantidad de gases producidos de manera muy rápida por la explosión. En el caso del agua el fenómeno que ocurre es la disminución de la cantidad de calor necesaria para continuar la combustión, ya que al entrar en contacto con el fuego, el agua se evapora y este fenómeno consume una gran cantidad de energía, la cual toma del objeto que en ese momento se esta quemando por lo que al no poder ceder mas calor termina por extinguirse el fuego.

 

Otra serie de preguntas para el fín de semana

Para este fín de semana otra serie de preguntas científicas para “pensar”. Podéis dejar vuestras respuestas en los comentarios o a través del correo electrónico, como siempre:

1.- En las bicicletas, los rayos están montados tangencialmente, mientras que en las carretas están montados radialmente. ¿Por qué?

2.- En el interior de un recipiente herméticamente cerrado (a presión normal) colocamos dos vasos iguales. En uno de ellos ponemos agua hasta la mitad y en el otro, también hasta la mitad, echamos agua en la que previamente hemos disuelto una gran cantidad de sal (cloruro sódico).
Si al cabo de un tiempo abrimos el recipiente ¿Qué cambios observaremos?

Pista: uno de los vasos aparecerá vacío y el otro más lleno.

3.- Si colocamos dos latas de una bebida carbonatada una al lado de la otra y las dejamos rodar por una superficie inclinada, llegan al final de forma simultánea.

Sin embargo, si antes de que comiencen a rodar agitamos vigorosamente una de ellas ya no sucede lo mismo. ¿Cuál llegará antes? ¿Por qué?

4.-  Y para terminar dos preguntas para bomberos :

¿Cómo es posible que mediante una explosión de dinamita se pueda apagar un incendio en un pozo de petróleo?

¿Por qué el agua apaga el fuego?

 

Un clásico: medir la altura de un edificio con un barómetro

Hoy una pequeña broma, pero que tiene una base científica. Se supone que es una pregunta realizada a un alumno en un exámen de la facultad de Ciencias Físicas. Pero todos sabemos que es una chorradilla inventada por algún profesor aburrido.

DIEZ MÉTODOS PARA HALLAR LA ALTURA DE UN EDIFICIO UTILIZANDO UN BARÓMETRO

1. Solución clásica. Use el barómetro para medir la presión atmosférica en el suelo y en lo alto del edificio. La altura del edificio es igual a la diferencia de presiones dividida por la densidad del aire y la gravedad.
2. Déjese caer desde lo alto del edificio, tomando el tiempo del intervalo que media hasta que se ve el barómetro romperse contra el piso; después, utilizando la fórmula clásica para determinar la aceleración de un objeto que cae, se calcula la altura del edificio.
3. Cuelgue el barómetro de un cordel y vaya dejándolo caer desde el tejado del edificio hasta la calle. Recoja el cordel y mídalo.
4. Cuelgue el barómetro de un cordel y vaya dejándolo caer desde el tejado del edificio hasta la calle. Déjelo oscilar libremente como péndulo y calcule la longitud del péndulo a partir de la frecuencia de oscilación.
5. Si el día es soleado, calcule la longitud de la sombra del edificio y la longitud de la sombra del barómetro. Mida la altura del barómetro y haga una regla de tres.
6. Use el barómetro para marcar la posición de la sombra del edificio, mida cuanto se ha movido en diez minutos, y conociendo la latitud de la ciudad y la fecha puede usar un almanaque astronómico para calcular la altura del edificio.
7. Mida la longitud del barómetro y suba por las escaleras exteriores hasta la azotea del edificio, mientras usa el barómetro como regla.
8. Ponga el barómetro en la azotea y úselo para reflejar un haz de láser desde el suelo, mida el tiempo necesario para que vuelva, y lo multiplica por la velocidad de la luz.
9. Cause una explosión en la azotea y cronometre el tiempo necesario para que el sonido llegue al suelo, usando el barómetro para detectar el cambio de presión causado por la onda expansiva.
10. La más fácil. Se busca al dueño del edificio y se le dice: «Si me informa de la altura de su edificio, le regalo un barómetro».

 ¡Incluso de la ciencia nos podemos reir!

 

Las bolas sumergibles

Después
de unos días de ausencia, por motivos laborales (Evaluaciones, examenes,...)
volvemos a nuestro mundo virtual con una nueva práctica, relacionada con los
fluidos y el comportamiento de los sólidos dentro de ellos. Simplemente vamos a
contemplar el movimiento de ascenso y descenso de unas
bolitas de naftalina en el seno de un líquido.

Material necesario:

Vaso de precipitados o recipiente, Lija,
Agitador, Espátula, Naftalina en bolitas, Vinagre, Bicarbonato sódico, Agua destilada.

Se examinan, en primer lugar, las bolas de
naftalina: si éstas fueran demasiado lisas al tacto se lijan un poco para que
sean algo ásperas. A continuación, se prepara una mezcla de agua y
vinagre. Se añaden unas cucharaditas de bicarbonato sódico, se agita la mezcla
y se vierten las bolas de naftalina.

Las bolas caerán inicialmente al fondo del vaso pero
al cabo de un tiempo ascenderán a la superficie del líquido para volver a caer
y así sucesivamente.

¿Qué es lo que
sucede?

Al reaccionar el vinagre con el bicarbonato se forma
dióxido de carbono gaseoso, cuyas burbujas dan un aspecto efervescente al
líquido. Esas burbujas se adhieren a la superficie de las bolitas y –haciendo
el papel de flotadores- provocan su ascenso. Cuando llegan  a la
superficie, las burbujas pasan al aire y las bolitas –desprovistas ya de sus
flotadores de anhídrido carbónico- vuelven a caer hasta que nuevamente sean
rodeadas por otras burbujas.

Es una visión simpática y curiosa de un movimiento
aparentemente sin explicación. La duración del proceso depende, lógicamente, de
las cantidades que hayamos utilizado de los reactivos vinagre y bicarbonato
sódico.

El Diablillo de Descartes

Ya que hemos hablado un poco de mecánica de fluidos, es decir, del comportamiento de los fluidos como los líquidos o los gases (ver experiencia anterior). Vamos a ver otro divertido experimento que iliustra un poco nuestros conocimientos sobre el tema. Es el llamado "Ludión" o "Diablillo de Descartes".

Se cree que fue obra de Descartes. El nombre "Ludión" se debe a que su propósito era eminentemente lúdico. En una botella llena de agua, se encontraba sumergido un diablillo que se movía según se presionase más o menos la botella.

 

Material necesario

Una botella de plástico transparente de aproximadamente 1,5 litros. Si es posible con tapón de rosca.(Por ej. una de refresco)

Una carcasa de bolígrafo que sea transparente.

Pequeños trozos de un material denso que se puedan introducir en el interior de la carcasa del bolígrafo. Por ejemplo : trozos de alambre, clips, perdigones, etc.

 

Construcción

Si el bolígrafo tiene un agujero lateral, se tapa con cinta adhesiva.

Se llena la botella con agua

Se pone el material denso en el interior del bolígrafo, de tal manera que quede flotando, prácticamente sumergido, una vez tapado el agujero superior.

El agujero interior no debe quedar completamente tapado.

Se cierra la botella.

 

Cuando se presiona la botella lo suficiente, se observa como el bolígrafo desciende hasta llegar al fondo. Al disminuir la presión ejercida, el bolígrafo asciende de nuevo.

 

¿Qué es lo que pasa?

Al presionar la botella se puede observar como disminuye el volumen de aire contenido en el interior del bolígrafo.

 

Al dejar de presionar, el aire recupera su volumen original. Esto es consecuencia del principio de Pascal : Un aumento de presión en un punto cualquiera de un fluido encerrado se transmite a todos los puntos del mismo.

 

Antes de presionar la botella, el bolígrafo flota debido a que su peso queda contrarrestado por la fuerza de empuje ejercida por el agua. La disminución del volumen del aire en el interior del bolígrafo, lleva consigo una reducción de la fuerza de empuje ejercida por el agua. Esto es una consecuencia del principio de Arquímedes : Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical ascendente que es igual al peso del fluido desalojado.

 

Sencillo, ¿verdad?: dos principios en un sólo experimento. Pascal y Arquímedes caminando de la misma mano. Aquí podéis ver un vídeo con el experimento.

 

Las Bolitas Voladoras

Hoy vamos a observar un movimiento de un sólido dentro de un líquido, que aparentemente no podemos explicar. Es una experiencia breve y sencilla, pero que resulta siempre muy curiosa de hacer. Con esto empezamos las actividades de ácidos y bases. Sus mezclas siempre resultan... explosivas...

¿Qué nos hará falta?

Vaso de precipitados o recipiente, una lija, un agitador o una cuchara, naftalina en bolitas (de esas para evitar las polillas en la ropa), vinagre, Bicarbonato sódico.

Se examinan, en primer lugar, las bolas de naftalina: si éstas fueran demasiado lisas al tacto se lijan un poco para que sean algo ásperas. A continuación, se prepara una mezcla de agua y vinagre en el recipiente o vaso de precipitados. Se añaden unas cucharaditas de bicarbonato sódico, se agita la mezcla y se vierten las bolas de naftalina. Las bolas caerán inicialmente al fondo del vaso pero al cabo de un tiempo ascenderán a la superficie del líquido para volver a caer y así sucesivamente.

¿Qué es lo que pasa?

Al reaccionar el vinagre con el bicarbonato se forma dióxido de carbono gaseoso, cuyas burbujas dan un aspecto efervescente al líquido. Esas burbujas se adhieren a la superficie de las bolitas y –haciendo el papel de flotadores- provocan su ascenso. Cuando llegan  a la superficie, las burbujas pasan al aire y las bolitas –desprovistas ya de sus flotadores de anhídrido carbónico- vuelven a caer hasta que nuevamente sean rodeadas por otras burbujas. En este simpático vídeo podéis ver el experimento: http://es.youtube.com/watch?v=P6V50X1dH48

 

De la Nata a la Mantequilla

Hoy quiero contar una divertida práctica que hemos hecho con alumnos de 2º de E.S.O. Se trata de algo relacionado con la alimentación, y por tanto, con la química. Es evidente que en cualquier producto alimentario la composición química es algo importante, basta con coger la etiqueta, pero muchas veces entender lo que pone es complicado.

Por ejemplo, ¿qué sabemos de los productos lácteos? Porbablemente sólo los tipos que hay: leches, quesos, yogures,… Pero poco más. Quizá algunos saben de sus modos de fabricación y composición básica pero poco más.

La leche (generalmente hablaremos de leche de vaca) , es un fluido líquido que tiene diversos elementos en suspensión, de una manera muy simplificada (un químico o biólogo diría que no es exacto, ruego me disculpen) sería algo así:

-          Lactosa (que es un disacárido)

-          Lípidos (grasas) de diversos tipos.

-          Caseínas (proteínas)

-          Suero (la base en la que todo lo anterior está presente)

Casi todas las proteínas y grasas se encuentran en la llamada nata de la leche. Y ése es el producto que vamos a utilizar: nata para montar. ¡Cuidado! No vale la nata para cocinar porque tiene un contenido de grasas mucho más bajo, aproximadamente un 18% frente al 30% de la de montar.

Material:

-          Brik pequeño de nata líquida para montar.

-          Envase con tapa (tipo tupper)

-          Canicas

La práctica es muy sencilla, basta con poner las canicas dentro del envase y poner un poco de nata (no demasiado, lo justo para cubrir las canicas). Entonces comenzamos a agaitar fuertemente el envase. Al principio notaremos las canicas haciendo mucho ruido, pero al poco tiempo el ruido disminuye. Si abrimos el envase veremos que la nata se está montando y es ahora mucho más espesa.

Si seguimos agitando el envase (cerrar primero, no queremos mancharnos demasiado) al poco tiempo podemos volver a mirar y veremos que ahora hay un líquido blanquecino y se han formado unos grumos muy extraños en la nata espesa.

De nuevo cerramos el envase y continuamos agitando. Al poco tiempo volvemos a observar y vemos que el líquido permanece, pero ahora la materia densa no tiene grumos y ha tomado un color amarillento. Sin miedo, cogemos un poco de esa materia y la probamos…¡oh sorpresa! ¡Es mantequilla pura!

¿Qué ha pasado?

Trataremos de explicarlo paso a paso: cuando agitamos el envase con nata y las canicas provocamos el mismo efecto que una batidora: removemos la mezcla por todas partes (si no hubiera canicas y lo hiciesemos sólo agitando el envase el proceso sería muy lento y poco homogéneo). Esto provoca que la nata se monte, que es el primer proceso que ocurre. Tal y como hemos visto hacer en la cocina a nuestros padres y madres.

Pero nosotros no nos quedamos aquí. Continuamos agitando el envase y provocamos que el suero lácteo (también llamado suero de mantequilla) se separe de la mezcla, dejando la materia grasa y proteica casi pura (es decir, una masa de lípidos y caseínas), esos grumos que se forman van desapareciendo cuando se continúa agitando el envase.

Esto se debe a que la leche y la nata se encuentra en una suspensión de materia globular, para que no se quede todo en una mezcla espesa (lo que sucede cuando la leche se estropea o se corta). Estos glóbulos están rodeados de membranas elaboradas de fosfolípidos (ácidos grasos que hacen de emulsionantes) y proteínas, que previenen que la grasa de la leche se apelotone en una masa uniforme. Cuando agitamos la masa provocamos que esos glóbulos se rompan, lo que provoca un daño de las membranas y permite a las grasas de la leche juntarse en una masa única, y separándose al mismo tiempo de otras partes.

Finalmente va tomando de manera natural ese color amarillento (por la presencia de los lípidos) y tenemos una mantequilla pura y fantástica (no contiene conservantes de ningún tipo). Es algo divertido y que sorprende un montón, y que nos permite hablar de cómo se hacen determinados productos lácteos por fermentación, como es el caso del queso o del yogúr.

Y siempre tenemos la posibilidad de prepararnos unas tostadas con esa deliciosa mantequilla, ¿verdad?

 

Respuestas a las Preguntas Divertidas

Bueno...las respuestas (por cierto...pocas he recibido...sólo dos)

Pregunta 1

En una báscula hay un vaso con agua . Si introducimos en el agua una bola colgada de un hilo sin que llegue a tocar el fondo del vaso. ¿ Cambiará la lectura de la báscula ?

La respuesta
Si, porque el agua realiza un empuje sobre la bola y por la ley de acción y reacción de fuerzas existe otra fuerza de igual modulo y dirección y sentido contrario a la fuerza del empuje. Esa fuerza hará que aumente el peso leído por la bascula.
Antes de introducir la bolita la única fuerza que leía la bascula era el peso del agua.
Si m = masa del agua en el vaso, F = m*g
El empuje experimentado por la bolita es igual al peso del volumen de agua que desaloja. Suponiendo que m₁ es la masa del agua desalojada por la bolita E = m₁*g
Por tanto, la resultante experimentada ahora por la bascula es: R = m*g + m₁*g > F
Ahora la lectura de la bascula es mayor, por tanto.

Pregunta 2

Si dejamos abierta la puerta de la nevera, ¿la temperatura de la habitación sube, baja o se queda igual?

La respuesta
Teóricamente la temperatura de la habitación se quedaría igual, ya que lo que hace la nevera es tomar calor de su interior y echarlo fuera, es decir a la habitación (lo anterior se realiza mediante un motor).
Pero el rendimiento del motor no es 1, es decir, que el motor se calienta, y por tanto ese calor por convección "se va" al aire de la habitación, lo que implica que LA HABITACIÓN AUMENTA SU TEMPERATURA.

 Pregunta 3

Pepe desayuna café con leche todas las mañanas. Una vez que prepara el café, solo puede esperar cinco minutos. Teniendo en cuenta que le gusta el café con leche no muy caliente,¿Qué será más efectivo para enfriarlo? Añadir la leche y esperar los 5 minutos, o esperar los 5 minutos y añadir la leche

La respuesta
Resulta mas efectivo esperar 5 minutos y luego añadir la leche. Como la disminución de temperatura es mas rápida entre mayor sea la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos, en un principio, cuando la diferencia entre la temperatura de la habitación y el café sea mayor el café se enfriará mas rápido, sin embargo al transcurrir el tiempo la diferencia de temperatura sería menor y la velocidad de enfriamiento del café también, si en ese momento se agrega la leche (que supongo acaba de salir del refrigerador) la diferencia de temperatura es nuevamente grande y el café continua enfriándose rápidamente.

Alguien ha comentado que sería distinto si la leche está caliente. Pues no, el resultado sería el mismo… Puesto que en este caso sería la leche la que marcaría una mayor diferencia de temperatura a su favor y el efecto sería el mismo. Termodinámica simple.

Pregunta 4

Si sujetamos una regla con los dos dedos índice, el izquierdo por el extremo izquierdo y el derecho por el derecho (Aunque es bueno no situarlos equidistantes del centro) y movemos un dedo hacia el otro, ¿por qué siempre acaban los dos en el centro de la regla? 

La Respuesta

Al acercar los dedos vemos que simultáneamente no se mueven nunca los dos respecto de la regla, eso es porque la regla siempre ejerce mayor fricción sobre el uno que en el otro y la fricción dedo-regla depende de la componente normal de la fuerza que ejerce la regla sobre el dedo y de un coeficiente "mu" estático o dinámico (en función de si el cuerpo está quieto o en movimiento) de los cuales siempre es mayor el primero. Mientras la fuerza de fricción (estática) del dedo que no avanza es mayor que la del dedo que avanza (fuerza de fricción dinámica) este último seguirá avanzando; en el momento en que F. fricción dinámica supera a la estática (porque al avanzar la normal de la fuerza de la regla es cada vez mayor), el dedo que estaba parado respecto de la regla empezará a avanzar y el otro parará, y así se irán intercambiando los papeles hasta llegar al punto central donde se encuentran ambos dedos y se equilibran las fuerzas.

 

Preguntas divertidas

 

De cara al fín de semana os dejo algunas preguntas curiosas. Pensádlas, incluso las podéis poner en práctica, obervad, anotad y usad vuestras células grises… La ciencia puede ser divertida… Las respuestas… el sábado.

Pregunta 1

En una báscula hay un vaso con agua . Si introducimos en el agua una bola colgada de un hilo sin que llegue a tocar el fondo del vaso. ¿ Cambiará la lectura de la báscula ?

Pregunta 2

Si dejamos abierta la puerta de la nevera, ¿la temperatura de la habitación sube, baja o se queda igual?

Pregunta 3

Pepe desayuna café con leche todas las mañanas. Una vez que prepara el café, solo puede esperar cinco minutos. Teniendo en cuenta que le gusta el café con leche no muy caliente,¿Qué será más efectivo para enfriarlo? Añadir la leche y esperar los 5 minutos, o esperar los 5 minutos y añadir la leche

Pregunta 4

Si sujetamos una regla con los dos dedos índice, el izquierdo por el extremo izquierdo y el derecho por el derecho (Aunque es bueno no situarlos equidistantes del centro) y movemos un dedo hacia el otro, ¿por qué siempre acaban los dos en el centro de la regla? 

 

C.S.I. y la Cromatografía

Bueno, todos alguna vez hemos visto algún capítulo de C.S.I. (Crime Scene Investigation), en sus diversas series en Las Vegas, Miami o Nueva York. No voy a discutir cual es la mejor (Es evidente que Grisson es el mejor de los investigadores), más bien me voy a fijar en algunas de las máquinas que aparecen en los laboratorios de la serie.

Seguramente recordaréis una en concreto. Cuando uno de los investigadores encuentran un pequeño rastro (ceniza, sangre, líquidos,…) tras ponerlo en una sustancia transparente que parece agua, se introduce en una centrifugadora para poder mezclarlo bien, se pone en una máquina que en breve tiempo dice la composición química del rastro y su posible indentificación.

¿Ciencia ficción? ¿Magia? Pues realmente no… es posible. Esas máquinas existen… A esa técnica se la llama Cromatografía.

La cromatografía es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retencion selectiva cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla y en algunos casos identificar estos si es que no se conoce su composición.

Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay una fase móvil que consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido. Es decir, que hace pasar la mezcla para que en esa fase deje un calro rastro de sus elementos químicos.

Esta explicación es un poco confusa. Lo que viene a decir en la técnica de cromatografía más típica, la Cromatografía en Papel, es que tras mezclar la sustancia que queremos analizar con un disolvente (fase móvil), la hacemos pasar por un papel especial (fase estacionaria), que se colorea en función de las sustancias que están en lo que estudiamos. A cada color le corresponde una sustancia química (molécula). La máquina de CSI lo único que hace es integrar una computadora que identifica los colores y además busca que sustancias tienen esos componentes (Por ejemplo, la ceniza del tabaco, analizando sus componentes, nos puede decir la marca concreta de tabaco que era).

Nuestra propuesta de hoy es construir un cromatógrafo en papel para el análisis de pigmentos vegetales. La técnica que se describe a continuación se puede realizar sin ningún problema en casa.

Material que vas a necesitar:

Hojas de espinaca o de cualquier planta cortadas en pedazos.

-          Alcohol de 96 (sirve el que utilizamos para desinfectar las heridas

-          Un mortero

-          Dos filtros de café

-          Un embudo

-          Un vaso

-          Una pinza de la ropa

¿Qué vamos a hacer?

Coloca en el mortero las hojas que hayas elegido, añade un poco de alcohol y tritúralas hasta que el alcohol adquiera un tinte verde intenso.

Filtra el líquido utilizando el embudo en el que habrás puesto el filtro de café.

Recorta unas tiras de papel del otro filtro e introdúcelas en el vaso hasta que toquen su fondo procura que se mantengan verticales ayudándote con la pinza

Espera 30 minutos y aparecerán en la parte superior de la tira de papel unas bandas de colores que señalan a los distintos pigmentos.

 

 

PIGMENTO	COLOR
Clorofila A	Verde azulado
Clorofila B	Verde amarillento
Carotenos	Naranja
Xantofilas	Amarillo

 

Aquí tenéis un vídeo explicando la práctica, aunque en este caso en vez de analizar algunas hojas, lo hacen con una mancha de rotulador para saber los distintos componentes de la tinta. ¡También vale para los discípulos de Grisson!

 

El Hielo Caliente

 

Siguiendo con el tema de los cambios de estado, vamos a ver otro “falso cambio de estado de agreagación”, un elemento que parece congelarse (pérdida de calor) pero que en realidad es un fenómeno de cristalización de una mezcla metaestable.

El acetato de sodio, también llamado etanoato de sodio, es un producto químico industrial ampliamente utilizado: en la industria textil, en la alimentaria (es el conservante E262, en bajas cantidades, muy utilizado en las patatas fritas), bioquímica… pero especialmente es utilizado en las bolsas de hielo químico caliente. Estas bolsas son unos geles que al ser presionados por el centro, emiten calor.

¿Porqué sucede esto? Si tomamos cristales de Acetato de Sodio y lo mezclamos con agua a una proporción de tres partes de agua por una de acetato (trihidratación) y luego llevamos la mezcla a ebullición (cerca de los 100 grados centígrados), los cristales se funden. Al enfriar rápidamente la mezcla obtenemos una disolución supersaturada de acetato en agua, en forma de gel.

Símplemente presionando en la mezcla , se forma un centro de nucleación que causa la cristalización de la disolución en acetato de sodio sólido. El proceso de cristalización (formación de enlaces) es exotérmico, emitiendo calor. El calor latente de fusión es de 264-289 kJ/kg. Por lo que nuestra vista cree ver la formación de hielo… pero al tocarlo lo notamos caliente.

El acetato de sodio es muy económico, y es comúnmente comprado a los distribuidores de productos químicos, en vez de ser sintetizado en el laboratorio. Es algunas veces producido en el laboratorio experimentalmente por la reacción del ácido acético con Carbonato de sodio, Bicarbonato de sodio, o Hidróxido de sodio para nombrar unas pocas bases que contienen Sodio.

CH3–COOH + Na+[HCO3]– → CH3–COO– Na+ + H2O + CO2

Esta es una reacción conocida como "burbujeo" entre el Bicarbonato de sodio y el Vinagre. 84 gramos de Bicarbonato de sodio reaccionan con 750 g de 8% vinagre para hacer 82 g de Acetato de sodio en solución. Por la posterior evaporación del agua, uno puede obtener una solución mas o menos puro de Acetato de sodio o sus cristales.

Práctica 1:

Un efecto muy espectacular es tomar la mezcla en una botella en la nevera, muy fria, para que sea casi un líquido. Cuando la sacamos de la nevera y la echamos sobre un vaso o plato…¡al llegar al recipiente el líquido parece congelarse, haciendo hielo instantáneo! Aquí podéis verlo en un vídeo.

Práctica 2:

Otro efecto es poner la disolución de acetato en una recipiente tipo Tupper y al tocarlo con un dedo en un punto, desde ese punto se inicia el falso proceso de congelación, emitiendo calor. En este video lo podéis ver explicado (en inglés).

 

El huevo y la botella... más sobre la presión del aire

Uno de los experimentos más curiosos y que más se suelen hacer en un Laboratorio de ESO es esa especie de truco de magia que consiste en introducir un huevo dentro de una botella cuyo cuello no permitiría su paso. Naturalemente el huevo está cocido, para facilitar su paso... lo curioso no es que pase el huevo...si no que no hay que hacer ningún esfuerzo...el huevo es "absorbido" por la botella.

Para ésta práctica lo único que necesitamos es una botella de cuello ancho (pero no que permita pasar un huevo), cerillas, algodón y alcohol y un huevo previamente cocido.

El experimento es sencillo... empapamos un poco de algodón en alcohol sujetándolo con unas pinzas, encendemos una cerilla y prendemos el algodón, lo dejamos dentro de la botella que se vaya consumiendo. Colocamos el huevo encima del cuello de la botella y tras unos segundos...el huevo es absorbido.

También lo podemos hacer calentando la botella sobre un plato metálico y un hornillo camping-gas o mechero de laboratorio (Tal y como aparece en la foto)

¿Qué ha sucedido? El algodón encendido consume el oxígeno dentro de la botella (algo a lo que colabora el huevo actuando como un tapón). Por tanto se crea un vacío (naturalmente imperfecto) que la presión atmosférica en el cuello de la botella (única apertura) trata de rellenar de aire exterior. Como el huevo es un obstáculo es succionado dentro de la botella.

Lo curioso puede venir después. Si se sopla vigorosamente dentro de la botella...¡el huevo puede resultar expulsado!

¿Qué sucede en este caso? Al soplar aumentamos la presión dentro de la botella, que inmediatamente trata de igualarse escapando aire por el cuello de la botella (Un poco lo mismo que sufre un avión en vuelo que sufre un agujero y por tanto, una descompresión explosiva y el aire, junto con cualqueir objeto o cuerpo suelto, escapa por el agujero creado), cuando el huevo obstruya el cuello de la botella, el aire de dentro lo volverá a impulsar hacia fuera.

Un pequeño video para que veáis como funciona: http://es.youtube.com/watch?v=Ykezh1P5e-s

Estados de la materia: La Papilla Mágica

 

Los estados de la materia (también llamados Estados de Agregación de la Materia), son bastante conocidos, al menos en sus tres principales variantes: sólidos, líquidos y gaseosos. Todos sabemos sus características: los sólidos son rígidos, con gran cohesión, volumen y forma fija, … Los líquidos son de volumen y forma  en función del recipiente que lo contiene, poca cohesión, viscosidad, fluidez… Los gases son los de menos cohesión y mayor capacidad de compresión…

También sabemos de la existencia de otros estados de la materia, como el Plasma, los condensados de Bose-Einstein o los Fermiónicos, la materia degenerada (y no porque haga cosas raras )… pero como son extraños y muy difíciles de explicar… hoy los vamos a dejar a parte.

Un cuerpo sólo puede estar en un determinado estado de agregación… o es líquido, o sólido, o gaseoso o está en fase de cambio de uno a otro (sublimación, evaporación, fusión…. Ver el cuadro adjunto). Para que se produzcan esos cambios es necesaria la variación de la temperatura.

Pero…¿seguro? Porque creo que hay algunos cuerpos que, aparentemente, parecen pasar de un estado a otro sin variación de calor de ningún tipo… Veamos uno de ellos, en una divertida práctica que siempre llama mucho la atención a los alumnos.

Materiales: Harina de Maiz (Maizena), platos y agua.

La práctica es muy sencilla. Repartimos los platos y en ellos ponemos un poco de harina de maiz. No es necesaria mucha cantidad… Agregamos agua, muy poca, hasta formar una papilla espesa que debemos mezclar con una espátula o con la mano hasta formar una mezcla consistente sin grumos.

Ahora viene la sorpresa… Al tomar un poco de la mezcla en la mano ésta se comporta como un líquido viscoso, se derrama por nuestra palma… pero si cerramos la mano…¡la mezcla se vuelve dura y se forma una pelota maciza en nuestra mano! Al volver a abrir la mano, la mezcla recupera las propiedades viscosas y de nuevo se comporta como un líquido… Por lo visto con una pequeña variación de presión la sustancia cambia de estado… Aparentemente es así.

¿Qué es lo que sucede? Para entenderlo tenemos que hablar de un tipo de sustancias llamadas tixotrópicas, muestran una forma estable en reposo y se tornan fluidos al ser agitados. Variedades modernas de recubrimientos alcalinos, de látex y pinturas son materiales por lo general tixotrópicos que no caen de la brocha del pintor pero se pueden aplicar fácil y uniformemente pues se liquidifican cuando se aplica. La salsa de tomate es frecuentemente tixotrópica.

Las sustancias que tienen propiedades inversas, es decir, que son fluidas en reposo y se tornan estables al ser agitadas o comprimidas, se llaman anti-tixotrópicas o reopécticas. Nuestra mezcla de harina de maiz y agua es un ejemplo de anti-tixotropía. En reposo parece líquida, al aplicar una presión o remover con fuerza la mezcla parece sólida.

En realidad no es ninguna de las cosas…y es las dos a la vez… Lo que sucede es que hay una reorganización de las moléculas que forman la mezcla: en reposo las moléculas de agua salen al exterior y permiten mayor fluidez en la mezcla…pero al ser comprimida las moléculas se mezclan en el interior y parece sólido… Tras repetir varias veces este juego la mezcla pierde cierta cantida de agua y no permite volver a hacerlo.

Resulta muy curioso poner una mano dentro de la mezcla de harina de maiz y con la otra presionar fuertemente sobre ella… Cuando intentéis retirar la mano en la mezcla os costará mucho, casi como romper una masa de yeso endurecido…

Algunos links interesantes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Tixotrop%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia

 

¡Qué el agua no deje de fluir!

Para terminar con nuestro ciclo de prácticas sobre Presión del Aire y Presión Atmosférica (Tal vez deberíamos decir Presión de cualquier Fluido), vamos a hacer una sencilla práctica que trae muchas de las anteriores realizadas. Se trata de comprobar como el agua sale de un recipiente cerrado por un pequeño agujero... sólo si con otro agujero dejamos que varíe la presión interior...

Material: Bote (tipo de cristal transparente de conserva con tapa metálica), destornillador, martillo, agua.

Con el martillo y el destornillador realizamos un agujero en la tapa metálica, llenamos el bote de agua y lo ponemos boca abajo...sorprendentemente el agua no cae.

¿Qué es lo que sucede? Como en lo experimentos anteriores la presión del aire sostiene el agua, impidiendo que salga por el agujero.

Ahora colocamos el bote sobre una mesa, le quitamos la tapa y hacemos otro agujero similar al primero. Cuando le damos la vuelta boca abajo el agua tampoco sale (el aire actúa sobre los dos agujeros). Pero si ahora colocamos el bote inclinado de manera que uno de los agujeros quede al aire...¡el agua sale por el otro!

¿Qué ha sucedido ahora? El agujero que queda sin agua permite la entrada de aire, lo que aumenta la presión interior del bote, expulsando el agua por el otro. Si tapamos con un dedo el agujero libre de agua... ésta deja de manar. Simple y sencillo.

Flotando en un mar de aire

El científico Evangelista Torricelli (1608-1647) dijo que nosotros vivimos en el fondo de un mar de aire. Sobre cada una de nuestras cabezas tenemos aproximadamente 2 toneladas de aire que ejercen una presión de 101300 N/m². El propio Torricelli fue quien descubrió que el aire hace presión sobre nosotros y construyó el primer barómetro.

Un barómetro de mercurio es un sistema preciso y relativamente sencillo para medir los cambios de la presión atmosférica. Al nivel del mar, y en condiciones atmosféricas normales, el peso de la atmósfera hace subir al mercurio 760 mm por un tubo de vidrio calibrado. A mayor altitud, el mercurio sube menos porque la columna de aire situada sobre el barómetro es menor.

¿Cómo es posible que no notemos semejante presión?. La respuesta es que todo nuestro interior está también a esa misma presión. Si en un momento dado todo el aire de la atmósfera desapareciera de la Tierra, literalmente explotaríamos debido a la presión de nuestro interior que no estaría contrarrestada.

Aunque en la superficie de la Tierra todo está sometido a la presión del aire, es posible hacer experimentos que nos muestren esto que acabamos de decir:

MATERIALES: Un recipiente grande de agua; un vaso; papel o una tarjeta postal; Mesa; regla

1.- El super-papel: Llena un vaso de agua hasta el borde. Pon sobre él una cartulina o una tarjeta postal (si no tienes usa una hoja de papel). Dale la vuelta con cuidado y observa como el agua no se cae. El aire que empuja el papel por debajo, sería capaz de mantener el agua de un vaso de 10 m de altura.

2.- Más super-papel: Pon una regla en el borde de una mesa de tal manera que asome más o menos la mitad. Cubre con una hoja de periódico la mitad que queda sobre la mesa, Da un golpe seco sobre el trozo de regla que se ve. Observa como no se cae. La fuerza que ejerce el aire sobre la hoja de periódico lo impide.

Estos dos sencillos experimenos demuestran que sobre nuestras cabezas se ejerce una presión tremenda, contrarrestada de alguna manera por nuestra "presión interior".

Algunos enlaces interesantes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Evangelista_Torricelli

http://es.wikipedia.org/wiki/Bar%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Torricelli

Lo último sobre Presión del Aire

En relación al experimento antes mencionado (El huevo absorbido por una botella), hay un experimento si cabe más sencillo que está basado en el mismo principio: ese "horror" al vacío que la Naturaleza tiene y que hace que en cuanto se produce un vacío, por muy irregular que sea, en seguida es llenado por el primer fluido que esté disponible: aire, agua,...

El material necesario es una vela (preferiblemente de esas que pueden flotar), un plato con agua, un vaso y cerillas.

Colocamos la vela flotando sobre el agua del plato y la encedemos con las cerillas. Colocamos el vaso cubriendo la vela dentro del agua y observamos lo que ocurre. Según se va consumiendo el fuego vemos que el agua sube por el vaso... Cuando se apaga del todo la vela la subida es rápida y espectacular...

¿Qué ha sucedido? Al igual que en el experimento anterior el fuego consume todo el oxígeno dentro del vaso... pero como ahora no hay aire por el único lugar que puede entrar un fluido, el vaso está colocado boca abajo sobre el agua del plato. Ahora entra agua para ocupar el vacío producido. Por lo que el nivel del agua parece subir por el vaso... Simple y sencillo.

 

La Presión Atmosférica puede aplastar

Explicar un concepto como el presión atmosférica es sencillo, decimos que la presión atmosférica es la fuerza del aire sobre la superficie de un planeta o satélite, siempre que éste tenga atmósfera, claro. Aparentemente esa fuerza es muy pequeña, puesto que no somos aplastados por ella, al menos en la superficie de la Tierra, pero es mayor de lo que creemos.

No nos vamos a centrar por tanto en las experiencias de Torriccelli y Pascal, si no más bien en el efecto que tiene la presión atmosférica sobre un cuerpo que está vacío de aire. Explicarlo de palabra resulta complicado, pero todo es más fácil cuando lo hacemos con una divertida
práctica.

Y para hacerlo sólo necesitamos una lata de refresco (que nos habremos bebido previamente), un poco de agua, un recipiente grande lleno de agua y un mechero de laboratorio (el llamado mechero de Bunsen) o un fuego tipo “Camping-gas”.

Introduciremos una pequeña cantidad de agua dentro de la lata por el orificio que queda abierto cuando bebemos el refresco, no mucha agua. Menos de ¼ de la lata en total.

Después colocaremos la lata sobre el fuego del mechero o el camping-gas, hasta que el agua dentro de la lata comience a hervir (lo sabremos porque saldrá un poco de vapor por el orificio).

Entonces cogeremos unas pinzas grandes y tomaremos la lata con ella y la sumergiremos en un recipiente con agua…¡Sorpresa! La lata “implosiona”, es decir, se aplasta sobre sí misma.

¿Qué ha sucedido? Muy sencillo: el agua dentro de la lata, al calentarse, se transforma en vapor. Éste vapor de agua ocupa el volumen de la lata expulsando por el orificio el aire que hay dentro de ella (naturalmente no es totalmente efectivo, parte del vapor se pierde también, y siempre queda algo de aire en la lata, por lo que el aplastamiento no es total, se aplana un poco por el centro normalmente).

Cuando la lata se sumerge en el agua del recipiente, se enfría rápidamente. El vapor dentro de ella se condensa en agua líquida también con mucha rapidez. Repentinamente la lata esta casi vacía de aire o cualquier otro gas y las paredes exteriores están sometidas a la presión atmosférica… esa presión aplasta y arruga la lata en una implosión.

Sorprendente y divertido… En realidad la presión es aplicable a cualquier fluido. Por ejemplo, el agua alrededor de un submarino ejerce una gran presión sobre él, mayor cuanto más profundo navege el submarino. Si alcanza cierta profundidad el material del que está hecho el submarino no resistirá la presión y se aplastará… pero no es sólo el metal lo que aguanta la presión… Dentro del submarino la presión del aire es alta… precisamente para ejercer mayor resistencia a la presión exterior. El caso de un globo es también evidente (cuando sujetamos un globo hinchado y lo soltamos repentinamente el aire de fuera trata de aplastar el globo y forzar a que se escape el aire de dentro…como así ocurre)

Algunos links de Wikipedia interesantes sobre este tema:

http://es.wikipedia.org/wiki/Alobara

http://es.wikipedia.org/wiki/Manoscopio

http://es.wikipedia.org/wiki/Mechero_Bunsen

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_presi%C3%B3n