Experimento casero con pimienta

“¿Cómo puedo incentivar la curiosidad?” “¿Cómo le enseño a mi hijo el mundo de la ciencia?” “Quiero llevar un experimento divertido a clase pero no sé cual” En Profesores Gama te ayudamos a contestar esas preguntas.
Se necesitan las siguientes cosas: Un recipiente con agua, un poco de detergente y un condimento. Nosotros usamos pimienta, pero puede ser comino, orégano, pimentón o cualquier otro.

Con muy poco, se puede realizar un experimento para mostrarles a los chicos un fenómeno natural y pasar un buen rato.

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¡Cuidado! A los grandes también les puede llegar a sorprender.

Es necesario espolvorear el condimento sobre la superficie del agua. Una vez que se cubre toda la superficie, tomamos un poco de detergente con el dedo (es el momento ideal para que los chicos intervengan en el experimento con sus propias manos). En el video se muestra qué ocurre.

Para entender cómo funciona este experimento solo hay que conocer un poco sobre la tensión superficial. Todo líquido tiene una cierta tensión superficial. Leer más sobre la tensión superficial

Burbujas de Hidrógeno.

Los ácidos reaccionan con metales para producir hidrógeno. Cuando se comienza a estudiar Química general, ésta es una de las reacciones más estudiadas. Es conocida por varias razones. En primer lugar, es una de las formas de identificar a una sustancia ácida. En segundo lugar, es una forma sencilla de obtener hidrógeno en el laboratorio y poder burbujearlo en cualquier solución.
El hidrógeno (H₂), es una molécula conformada por un enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno. A temperatura ambiente, es un gas. Como es más liviano que el aire, a comienzos del siglo XX, se pensó que era una opción construir dirigibles que utilizaran una lógica similar a la de los globos aerostáticos para transportar pasajeros. Lamentablemente, los dirigibles o zeppelines construidos para utilizar este gas tuvieron muchos problemas de seguridad debido a que el hidrógeno es combustible. El accidente más recordado de es el del LZ 129 Hindenburg que se incendió durante su aterrizaje en New Jersey un 4 de marzo de 1936.



El hidrógeno sigue siendo utilizado como combustible en las naves espaciales.
Las burbujas de hidrógeno que se forman sobre la superficie del metal se deben a la reducción de los protones que aporta la solución ácida y a la oxidación del metal correspondiente. En el ejemplo del video se observa la reacción del ácido clorhídrico (HCl) y el Zinc (Zn) metálico. En este caso, el clorhídrico aporta los protones para la reducción y el Zn es el que participa en la reacción de oxidación. Esta es una típica reacción redox.  Mostramos las ecuaciones con su correspondiente potencial estándar de reducción (E°). Además, mostramos la reacción global:

¿El cuerpo libera dióxido de carbono?

Cuando respiramos, incorporamos oxígeno (O₂) del aire y eliminamos dióxido de carbono (CO₂). Esto es así debido a que la respiración celular es un proceso en el que el oxígeno y la glucosa dan dióxido de carbono que debe ser eliminado, además del agua que también puede ser reutiliza.

Glucosa + O₂  CO₂ + H₂O
El dióxido de carbono lo eliminamos durante la exhalación del aire que respiramos. Si miramos la composición del aire inhalado y la comparamos con la del aire exhalado podemos ver que la cantidad de oxígeno disminuye un poco mientras que la de dióxido de carbono aumenta considerablemente .

Pero…¿cómo se relaciona con el experimento que hicimos?
La solución que utilizamos tenía disuelto Calcio y le burbujeamos dióxido de carbono. Cuando hacemos esto, ocurren distintos equilibrios químicos que terminan con la precipitación de carbonato de calcio (CaCO₃)

Primero, el dióxido de carbono gaseoso se disuelve en agua. Este equilibrio tiene una constante de solubilidad (Ks) muy elevada por lo que directamente podríamos considerar el primer equilibrio ácido-base del dióxido de carbono que da el ion bicarbonato más un protón. El próximo paso es menos favorable porque el bicarbonato es un ácido bastante débil. Aún así, a medida que más dióxido de carbono es burbujeado al sistema, mayor será la cantidad de bicarbonato por lo que, eventualmente, la concentración de carbonato (CO₃^2- ) irá aumentando. El paso que desplaza todos los equilibrios es la precipitación del carbonato de calcio.
La precipitación de los iones en solución acuosa está dada por la llamada constante del producto de solubilidad o Kps.
En este caso, el Kps del CaCO₃ =  3,8 . 10^-9

Dado que el número es muy pequeño (exponente –9), la reacción está fuertemente desplazada hacia reactivos y por ende, todo el carbonato que se genere precipitará con el calcio disuelto y por eso vemos el cambio de color del agua hacia un blancuzco turbio. El carbonato de calcio queda en suspensión y poco a poco decanta.

Experimento de neutralización

 

 

¿Es posible volver a cambiar el color de la fenolftaleína? ¡Claro que sí! Lo único que tenemos que hacer es desplazar el equilibrio ácido-base hacia un pH menor, es decir, más ácido.  Tal como lo habíamos indicado anteriormente (Experimento con NaOH) existen dos formas de la fenolftaleína según el pH. Cuando estamos a pH ácido, la fenolftaleína será incolora mientras que a pH básico, se tornará rosada.

      Forma Ácida                                                                       Forma básica
          Incolora                                                                               Rosada

 

El ácido clorhídrico (HCl) es un ácido fuerte que tiene la capacidad de disociarse completamente en el agua. Los hidrógenos cargados (o protones) que nos aporta este ácido van a neutralizar primero a los oxhidrilos del hidróxido de sodio y luego desplazaran paulatinamente el equilibrio de la fenolftaleína hacia la forma ácida, también por protonación pero en este caso de los grupos fenoles. Según la imagen de arriba, estamos desplazando la reacción hacia la izquierda.

La reacción de neutralización ocurre, de manera general, entre un ácido y una base para dar la sal correspondiente más agua.

En este caso, el ácido clorhídrico reacciona con el hidróxido de sodio para dar cloruro de sodio y agua. Como hay más ácido que base, el pH de la solución se torna ácido y por eso vemos el cambio de color de nuestro indicador ácido-base. En nuestra casa podemos tener un montón de sustancias ácidas para realizar este experimento, por ejemplo: ácido muriático (HCl), vinagre (ácido acético), jugo de limón (ácido cítrico), entre otros.

Ver la luz del control remoto–IR

Los controles remotos funcionan como emisores de luz. Dentro de las distintas posibilidades de longitud de onda electromagnética, utilizan las ondas infrarrojas (IR). Como se ve en la imagen, el espectro de emisión de los controles remotos está entre 900 y 1000 nm, en la zona correspondiente al infrarrojo.

Los botones están conectados de manera análoga a un interruptor con el circuito que es capaz de integrar el comando que debe transmitir. Cuando se presiona un botón, hace contacto con la plaqueta y cierra el circuito que corresponde al botón. Un pequeño circuito integrado reconoce la señal y determina qué botón fue presionado. Este integrado está conectado con un LED infrarrojo, que es la pequeña luz que vemos en los controles remotos.

Para poder emitir un mensaje, debe existir un código. En el lenguaje escrito, los símbolos que forman las letras son el código. En el caso del control remoto, el código está dado por la frecuencia a la que transmite el LED. El receptor (por ejemplo, un televisor) puede reconocer el botón pulsado midiendo la frecuencia de la radiación electromagnética que le llega.

Pero…¿Por qué puede rebotar la luz del control remoto?

Como cualquier onda electromagnética, esta interactúa con los distintos medios por los que se propaga. En contraposición con lo que ocurre con la Ley de Snell, la luz también sufre un fenómeno conocido como reflexión al cambiar el medio por el que se propaga. Debido a que la velocidad con la que la luz se propaga es tan grande, no evidenciamos la diferencia de tiempo que le lleva rebotar en todos los lugares hasta llegar al detector. El fenómeno de reflexión depende del tipo de superficie sobre la que incide la onda. Además, debido a que parte de la luz se refracta y/o se absorbe, el rayo que rebota es de menor intensidad que el que entro a la superficie.

¿La luz dobla? Snell te explica por qué.

Muchas veces escuchamos el dicho “se dobla pero no se rompe”. La luz tiene la capacidad de “doblar”. Para entender por qué tenemos que hacernos algunas preguntas antes.

Normalmente pensamos que el aire no influye para nada en la forma en la que suceden las cosas. Esto es incorrecto. El aire influye sobre la transmisión de la luz así como cualquier otro material. Cuando decimos que los materiales influyen sobre la transmisión de la luz, debemos tener en cuenta que lo que se modifica es la velocidad de la luz. ¿Cómo puede ser? ¿La velocidad de la luz no es única y constante?

La respuesta es que no. La velocidad de la luz cambia dependiendo del medio en el que la luz se transmite. Normalmente, tendemos a pensar que la velocidad de la luz en el vacío (denotada como “c” ) es la única velocidad de la luz. Sin embargo, la correcta expresión de la velocidad de la luz surge de la siguiente ecuación:

Vp . n =  c

Donde Vp es la velocidad de la luz en el medio particular, n es el índice de refracción y c es la velocidad de la luz en el vacío.

Todo muy lindo pero ¿qué es el índice de refracción? El índice de refracción surge de mediciones experimentales. Es el número que surge del cociente entre Vp y c, al medir experimentalmente la velocidad en el medio. Lógicamente, el indice de refracción para el vacío es 1 (Vp=c). Pero los demás materiales, incluyendo al aire, poseen un índice de refracción distinto. Abajo mostramos una tabla con los índices de refracción según el material.

Material	Índice de refracción
Vacío	1
Aire (*)	1,0002926
Agua	1,3330
Acetaldehído	1,35
Solución de azúcar (30%)	1,38
1-butanol (a 20 °C)	1,399
Glicerina	1,473
Heptanol (a 25 °C)	1,423
Solución de azúcar (80%)	1,52
Benceno (a 20 °C)	1,501
Metanol (a 20 °C)	1,329
Cuarzo	1,544
Vidrio (corriente)	1,52
Disulfuro de carbono	1,6295
Cloruro de sodio	1,544
Diamante	2,42
(*) en condiciones normales de presión y temperatura (1 bar y 0 °C)

La ley de Snell nos ayuda a calcular qué ocurrirá con los rayos de luz después de que sucede el cambio de medio. Existen dos tipos de rayos: los reflejados y los refractados. Los rayos que se reflejan, lo hacen con el mismo ángulo que el rayo incidente. Los rayos refractados varían dicho ángulo respecto de la normal (ver imagen abajo).

Es por eso que la luz “dobla” o, mejor dicho, cambia su trayectoria respecto de la normal. Para entender un poco más sobre el cálculo y la resolución de ejercicios les dejamos nuestro video sobre la Ley de Snell.

Experimento con hidróxido de sodio y fenolftaleína.

Experimento casero ácido base con hidróxido y fenolftaleína.

Este experimento casero se trata de una típica reacción ácido-base. El hidróxido de sodio (también conocido como soda cáustica o sosa) es una base fuerte, una sustancia que tiene la capacidad de tomar un protón fácilmente. Cuando se mezcla con un ácido, se forma una sal y agua en la reacción de neutralización. Podemos escribir la siguiente reacción general de neutralización:

Para este caso en particular, lo que tenemos es a la fenolftaleína actuando como ácido. Ustedes se preguntarán ¿qué es la fenolftaleína? La fenolftaleína es una sustancia química que tiene la particularidad de tener distinta coloración al cambiar entre su forma ácida y su forma básica. La fenolftaleína es una molécula orgánica aromática sustituida en varias posiciones. La coloración rosada que tiene en su forma básica se debe a la conjugación de enlaces dobles que se obtiene al desprotonarse el grupo fenol.

      Forma Ácida                                                  Forma básica
          Incolora                                                          Rosada

Al agregar hidróxido de sodio (NaOH) lo que estamos haciendo es desplazar el equilibrio químico hacia la forma básica de la fenolftaleína. La especie reactiva del hidróxido es el ión oxhidrilo (OH^- ) que se libera cuando disolvemos el hidróxido de sodio en agua. Por eso es tan importante disolver bien las lentejas del hidróxido. Cualquier base fuerte logra el mismo efecto. Entre las cosas básicas que podemos tener a mano en casa están: los detergentes, la lavandina o lejía, el carbonato de sodio, cal muerta (hidróxido de calcio), entre otros.
La fenolftaleína es usada normalmente en los laboratorios como indicador ácido-base ya que podemos evidenciar, por el cambio de color, que ocurrió una neutralización en el medio. Debido a su intenso color es posible ponerla en pequeñas cantidades. De este modo cuando se neutralice todo el ácido (por ejemplo HCl) se neutralizará la pequeña cantidad de fenolftaleína indicando que se llegó al punto final de la neutralización o titulación. Existe una gran cantidad de indicadores ácido base que nos permiten, además de trabajar en el laboratorio, hacer experimentos divertidos.