¿Magia?… No, química

Primero la magia

El mago vierte un poco de vino tinto en cinco vasos vacíos:

  1. En el primero no hay ningún cambio.
  2. En el segundo el vino tinto se transforma en agua.
  3. En el tercero en leche.
  4. En el cuarto en batido de frambuesa.
  5. Y en el quinto en gaseosa.

Ahora la química

El “vino tinto” es realmente una disolución de permanganato potásico en medio ácido (sulfúrico).

  1. En el primer vaso no hay nada.
  2. En el segundo hay tiosulfato sódico que decolora (reduce) al permanganato del “vino tinto”.
  3. En el tercero hay tiosulfato, que como antes reduce al permanganato, y cloruro de bario  que forma un precipitado blanco (sulfato de bario) con el sulfato del “vino”.
  4. En el cuarto solo hay cloruro de bario, que precipita sin que el “vino” cambie de color.
  5. En el quinto además del tiosulfato que reduce al permanganato hay un poco de carbonato sódico que con el sulfúrico da lugar a burbujas de dióxido de carbono.

Las reacciones

El tiosulfato reduce al permanganato en medio ácido:
2 MnO4(ac) + 16 H+(ac) + 10 S2O32−(ac) →
→ 2 Mn2+(ac) + 5S4O62−(ac)+ 8 H2O(l)

El sulfato precipita a los cationes bario:
Ba2+(ac) + SO42−(ac) → BaSO4(s)

El carbonato en medio ácido da lugar a dióxido de carbono:
CO32−(ac) + 2 H+(ac) → H2O(l) + CO2(g)

Más información

  • Lister, Ted. 1995. Classic Chemistry Demonstrations.  (London: The Royal Society of Chemistry)

Editado en español como:

  • Lister, Ted. 2002. Experimentos de Química clásica.  (Madrid: Síntesis)

La Nuffield Foundation en colaboración con la Royal Society of Chemistry mantiene un recurso denominado Practical Chemistry en el que se encuentran los experimentos del libro mencionado incluyendo Turning ‘red wine’ into ‘water’.

 

Motor simple

material

  • Imán de neodimio. Se puede comprar en una ferretería. No es necesario que sea tan grande como el del vídeo.
  • Pila. AAA, AA u otra. La del vídeo tiene una pequeña hendidura en su base (-) lo que facilita el equilibrio del hilo. Se le puede hacer con una punta y un martillo.
  • Hilo de cobre. Hay que quitarle el recubrimiento de barniz o plástico en las zonas en que contacta con la pila(-) y el  imán.

 ¿Por qué funciona?

fuerzas en motorSi acercamos un imán a un hilo por el que circula una corriente continua, como la que produce una pila, aparece una fuerza entre ellos, salvo que estén alineados. La fuerza cambia de atractiva a repulsiva o viceversa cambiando el sentido de la corriente o el polo del imán que acercamos al hilo.

Cuando circula la corriente por hilo de cobre que usamos en el motor aparecen, sobre los lados, dos fuerzas opuestas que lo hacen girar.

A este tipo de motores eléctricos en los que la corriente en el circuito siempre circula en el mismo sentido se les denomina homopolares.

Más información

Para una explicación más técnica puedes leer el artículo  Motor Homopolar de Agustín Martín Muñoz publicado en la Revista Eureka Enseñ. Divul. Cien., 2007, 4(2), pp. 352-354.

Se pueden construir otros tipos de motores homopolares.

¿Es posible meter la mano en plomo fundido a 400°C sin quemarse?

Antes de contestar a la pregunta que da título a esta entrada hagamos:

Un experimento

Efecto Leidenfrost
Efecto Leidenfrost

Dejemos caer agua, gota a gota, sobre una superficie metálica que está a una temperatura ligeramente superior a 100 ºC, punto de ebullición del agua. Observaremos que la gota desaparece rápidamente transformándose en vapor de agua. Si aumentamos gradualmente la temperatura de la superficie, el tiempo que sobreviven las gotas disminuye ya que la velocidad a la que se transfiere calor entre la superficie y las gotas aumenta. Esto sucede así hasta que sobre los 200 ºC algo sorprendente tiene lugar, el tiempo de supervivencia de las gotas aumenta rápidamente hasta alcanzar un valor máximo sobre los 210 ºC (Superficie de aluminio y presión de 101,3 kPa)
gota LeindefrostEste fenómeno tiene el nombre de Efecto Leidenfrost en honor de Johann Gottlob Leidenfrost que lo describió en el 1756 en el libro De aquae communis nonnullis qualitatibus tractatus (Tratado sobre algunas propiedades del agua común). Hermann Boerhaave lo había mencionado previamente en 1732. La temperatura a la que el efecto es máximo se denomina Punto Leidenfrost. Es el pico en la gráfica adjunta. En este punto y en temperaturas próximas se forma una capa de vapor entre la gota y la superficie metálica que mantiene la gota flotando, como se ve en la figura, y  dificulta la transmisión de calor por lo que la gota tarda más en vaporizarse y además se mueve sobre la superficie ya que disminuye el rozamiento entre ambas.

La respuesta

Utilizando el Efecto Leidenfrost es posible, en ciertas condiciones, sumergir brevemente los dedos en un recipiente con plomo fundido sin quemarnos.

La clave está es sumergir previamente la mano en un recipiente con agua para formar una fina película alrededor de los dedos. En contacto con el plomo líquido, el agua se vaporiza dificultando el paso de calor entre el plomo y la piel.

El experimento es muy peligroso y no es recomendable intentarlo ya que fácilmente podemos acabar con graves quemaduras en los dedos o en otra parte de nuestro cuerpo si no tenemos mucha experiencia en este tipo de actividades y conocemos a fondo todos los aspectos que pueden hacer que el experimento acabe en desastre.

Más información:

Jearl Walker(1), uno de los primeros en hacer el experimento, ha escrito un ensayo sobre el Efecto Leidenfrost en el que nos comenta sus propias experiencias. En su blog: flyingcircusofphysics.blogspot.com, podemos leer varias entradas relacionadas con este tema.

De David Willey(2), que también tiene experiencia en el tema, podemos leer un artículo en el Skeptical Inquirer sobre éste y otros experimentos sorprendentes. En el vídeo siguiente lo vemos realizando la experiencia :

__________
(1) Jearl Walker, es físico y profesor en la Cleveland State University. Es autor del libro Flying Circus of Physics.

(2) David Willey, es físico y profesor en la University of Pittsburgh. En su canal de YouTube podemos ver muchas experiencias interesantes.

Química de ácidos y bases

Un poco de información previa
¿Qué son ácidos y bases ?

Los ácidos y bases son dos tipos de sustancias que de una manera sencilla se pueden caracterizar por las propiedades que manifiestan.

Los ácidos :

  • tienen un sabor ácido
  • dan un color característico a los indicadores (ver más abajo)
  • reaccionan con los metales liberando hidrógeno
  • reaccionan con las bases en proceso denominado neutralización en el que ambos pierden sus características.

Las bases :

  • tienen un sabor amargo
  • dan un color característico a los indicadores (distinto al de los ácidos)
  • tienen un tacto jabonoso.

En la tabla que sigue aparecen algunos ácidos y bases corrientes :

ácidos y bases caseros
ácido o base donde se encuentra
ácido acético vinagre
ácido acetil salicílico aspirina
ácido ascórbico vitamina C
ácido cítrico zumo de cítricos
ácido clorhídrico sal fumante para limpieza, jugos gástricos
ácido sulfúrico baterías de coches
amoníaco (base) limpiadores caseros
hidróxido de magnesio (base) leche de magnesia (laxante y antiácido)

NOTA DE SEGURIDAD

NO se debe probar ningún ácido o base a menos que se tenga la absoluta certeza de que es inocuo. Algunos ácidos pueden producir quemaduras muy graves.
Es peligroso incluso comprobar el tacto jabonoso de algunas bases. Pueden producir quemaduras.

¿Qué es el pH ?

Los químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una sustancia. Normalmente oscila entre los valores de 0 (más ácido) y 14 (más básico). En la tabla siguiente aparece el valor del pH para algunas sustancias comunes.

pH que presentan algunas sustancias corrientes
sustancia pH sustancia pH
jugos gástricos 2,0 amoníaco casero 11,5
limones 2,3 leche de magnesia 10,5
vinagre 2,9 pasta de dientes 9,9
refrescos 3,0 disolución saturada de
bicarbonato sódico
8,4
vino 3,5 agua de mar 8,0
naranjas 3,5 huevos frescos 7,8
tomates 4,2 sangre humana 7,4
lluvia ácida 5,6 saliva (al comer) 7,2
orina humana 6,0 agua pura 7,0
leche de vaca 6,4 saliva (reposo) 6,6

¿Qué es un indicador ?

Los indicadores son colorantes orgánicos, que cambian de color según estén en presencia de una sustancia ácida, o básica.

lombarda
lombarda

Fabricación casera de un indicador

Las lombardas, parecidas a repollos y de color violeta, contienen en sus hojas un indicador que pertenece a un tipo de sustancias orgánicas denominadas antocianinas.
Para extraerlo :

  • Corta unas hojas de lombarda (cuanto más oscuras mejor)
  • Cuécelas en un recipiente con un poco de agua durante al menos 10 minutos
  • Retira el recipiente del fuego y dejarlo enfriar
  • Filtra el líquido (Se puede hacer con un trozo de tela vieja)
  • Ya tienes el indicador (El líquido filtrado)

Las características del indicador obtenido son :

indicador extraído de la lombarda
color que adquiere medio en el que está
rosa o rojo ácido
azul oscuro neutro
verde básico

NOTA DE SEGURIDAD

El amoníaco es muy irritante. Debe Identifica adecuadamente el recipiente que lo contiene. NO debe probarse y NO debe dejarse en un sitio donde alguien pudiera probarlo por error.

Test de respiración (para gastar una broma)

Dale a alguien un vaso que contiene un poco de agua con extracto de lombarda y unas gotas de amoniaco casero y pídele que sople a través de una pajita de refresco. Puedes presentarlo como un test de alcohol, mal aliento, etc. La disolución pasará de color verde esmeralda a azul oscuro. Si ahora le añades vinagre, la disolución adquirirá un color rojo.

Al soplar expulsamos dióxido de carbono (CO2) que en contacto con el agua forma ácido carbónico (H2CO3). Este ácido formado, neutraliza el amoníaco que contiene la disolución. Al añadir vinagre la solución adquiere un pH ácido.

Cómo generar lluvia ácida

Impregna una tira de papel de cocina en una disolución del extracto de lombarda. Acerca una cerilla inmediatamente después de encenderla. Se observa que aparece un punto rojo (ácido) en la tira de papel.
¿A qué se debe ? ¿Puede ser debido al dióxido de carbono (CO2) generado en la combustión? No, la disolución formada (ácido carbónico) no es suficientemente ácida como para producir el color rojo. (Se puede comprobar repitiendo el
experimento pero dejando arder la cerilla un poco antes de acercarla al papel). La causa de la aparición del color rojo está en el dióxido de azufre (SO2) que se forma cuando la cerilla se inflama.
Esto se debe a la presencia de azufre (S) añadido, entre otros productos, a la cabeza de la cerilla, para favorecer la ignición.

El dióxido de azufre en contacto con el agua presente en la tira de papel forma ácido sulfuroso (H2SO3) que es más ácido que el ácido carbónico.

En la combustión de algunos derivados del petróleo se produce dióxido de azufre que pasa a la atmósfera. Al llover y entrar en contacto con el agua, se forma el ácido sulfuroso , uno de los responsables de la lluvia ácida.


Más información en SNYDER, C.H., 1995.The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things. (John Wiley: New York)
La imagen de la lombarda esta modificada de una original de Rick Heath. Licencia Creative Commons Attribution 2.0 Generic license