Bitácora de Física y Química

Hoy (sábado, 26 de mayo) amaneció orbayando. Una mañana gris y con orbayo. No apetecía mucho salir de casa, pero a las 9:30 h, la hora fijada para la partida, no faltaba nadie: 18 en total. De ellos, 15 (todos ellos alumnos/as de 3º de ESO del IES Juan A. Suanzes), seguro que no podían reprimir esa sensación de que el estómago se te encoge un poco. Los nervios. Iban a participar en la Primera Miniolimpiada de Química Asturias 2007. Los tres restantes eramos los profesores de Física y Química del instituto. También sentíamos algo en el estómago, pero el haber nacido unos pocos años antes nos impedía la participación.

Llegamos a Oviedo. Sigue orbayando. Alguna queda gratamente sorprendida por las instalaciones de la Facultad de Químicas. La participación es tumultuosa. Aquello está lleno de chavales de quince años.

Debe impresionar estar sentado en aquellas aulas esperando a que empiece la prueba. 50 preguntas. Algunas de ellas verdaderamente difíciles y de un nivel bastante por encima de lo que se da en 3º de ESO, pero con eso ya se contaba: “Responder con calma a lo que sepáis. Aplicar la lógica si es posible y, si no, confiad en el pinto pinto…”

Lo más sorprendente es que, después de pasarse casi dos horas peleándose con el test, todo el viaje de vuelta fue un bombardeo incesante de preguntas sobre las cuestiones planteadas. Como es lógico aún no sabemos los resultados, pero lo que sí sabemos es que todas y todos se merecen una muy especial felicitación, un enorme y emocionado aplauso y, además, ya podemos decir que ¡¡ somos olímpicos!!

Seguramente, en más de una ocasión, habrás oido decir que puede comprobarse que el aire tiene masa pesando un globo desinflado y, después de hincharlo, volver a pesarlo. La balanza indicará una diferencia en masa atribuíble al aire del interior.

Un servidor siempre mantuvo que eso no podía ser cierto. Al peso del globo hinchado hay que restar el empuje, nada despreciable en este caso. Sobre el globo actuarán las fuerzas que se muestran en la figura. N es la reacción de la balanza a la fuerza que realmente ejerce el globo sobre ella. O lo que es lo mismo, lo que marca la balanza, pero si se hacen cálculos…

… se llega a la conclusión que el peso es exactamente igual al empuje y, en consecuencia, la balanza debería de marcar exactamente la misma masa que cuando el globo no tiene nada en su interior.

¿Será esto cierto?. Comprobémoslo:

Primera sorpresa. La balanza registra un exceso de 0,8 g cuando se coloca sobre ella el globo hinchado. ¿Qué falla?

Claro, claro. El aire del interior del globo está más comprimido. De ahí la diferencia.

No está mal pensado, pero ¿resuelve eso el problema?. Volvamos a calcular…

… efectivamente si las densidades del aire situado en el interior y en el exterior del globo no son iguales, el globo pesará más hinchado que vacío… pero ¿cuánto más?.

Estimamos que el volumen del globo se podría corresponder con el de un recipiente esférico de radio 10 cm. Hay que ser conscientes de que en esta estimación estamos cometiendo un importante error (al estimar el radio y al considerarlo una esfera), pero como primera aproximación puede servir.

Medimos la presión en el interior : 25 hPa. La temperatura ese día era de 20 C. Con estos datos podemos corregir el dato de densidad para el aire: 1,293 g/L (a 0 C y 1 atm):

Haciendo números la densidad para el aire exterior (20 C y 1 atm) sería 1,205 g/L y para el interior (20 C y 1,025 atm) 1,235 g/L. Sustituyendo los valores y expresando el resultado en gramos:

Parece que el exceso de masa no se debe a la diferencia de densidades entre el aire exterior y el interior, ya que la lectura de la balanza debería ser del orden de 0,1 g. 

¿Cuál es entonces la respuesta correcta? Se admiten soluciones.

Para conmemorar el centenario de la muerte de Mendeléiev, nada mejor que acercarse a su figura con un buen libro. “El profeta del orden químico. Mendeléiev“, escrito por Pascual Román Polo, es una excelente opción. Y es que, además de documentarnos sobre la excitante vida y obra del autor de la Tabla Periódica, hace un interesantísimo recorrido por la química del s. XIX y principios del XX: Borodin, Wurtz, Kekulé, Butlerov, Dalton, Gerhardt, Avogadro, Cannizzaro, Meyer, Ramsay, Moseley y Seaborg tienen extensas notas biográficas en las que se cuenta lo fundamental de su vida y de su aportación a la Química, en un periodo fundamental para su desarrollo. Con el Congreso de Karlsruhe (1860) como telón de fondo resulta realmente agradable seguir el hilo de los acontecimientos que condujeron al descubrimiento de la Ley Periódica.

El autor hace una emocionada dedicatoria a sus padres y “A los padres de mis lectores”, dedicatoria que he de confesar me llegó muy adentro, porque mi padre tenía, en la ferretería que regentaba en Luanco, un cuarto (que llamábamos el “Cuarto de la Pintura”) en el que por aquel entonces se dedicaba a hacer la pintura que le encargaban. Allí, había  blanco de España (blancospaña), aceite de linaza, albayalde, y varios cajoncitos de madera con polvos de colores: verde intenso, rojo, azul, amarillo, naranja… que usaba como pigmentos.

Según se afirmaba en mi libro de texto (de 4º de Bachillerato de entonces) el sulfuro de mercurio era un compuesto rojo intenso que se utilizaba como pigmento para hacer pinturas. Se le conocía con el nombre de “bermellón”. Aquello fue todo un descubrimiento. El trozo de cartulina -fijado con una chincheta- de uno de los cajoncitos de mi padre ponía precisamente eso: bermellón.

No pude evitarlo “pedí prestado” un tubo de ensayo del laboratorio del instituto, metí en él un poco de bermellón y calenté. Al cabo de muy poco tiempo en la parte alta del tubo se condensaron una gotas brillantes de una sustancia inconfundible: mercurio. Fue el primer (dulce) mordisco de la Química.

Seguramente habrás leído que un experimento que ilustra la diferencia entre elemento y compuesto es la obtención de sulfuro de hierro a partir de la reacción entre el azufre y el hierro. Se argumenta que es muy visible que las propiedades del compuesto no tienen nada que ver con las de los elementos que lo integran, ya que el hierro es atraído por un imán, mientras que el compuesto formado (sulfuro de hierro), no.

Siempre que traté de hacer la famosa reacción chocaba con un resultado inesperado: el sulfuro obtenido seguía siendo atraído por el imán. Lógico, pensaba. Lo que sucede es que la reacción no es completa, algo del hierro no se convierte en sulfuro, queda embebido en el compuesto, y es atraído por el imán.

Con el fin de salir de dudas conseguí sulfuro de hierro “purísimo” (para análisis) de la casa Panreac y volví a realizar el experimento con el convencimiento de que esta vez no habría atracción. Pues no. El sulfuro de hierro, purísimo, también es traído por el imán como puede verse en la secuencia de fotografías que encabeza este post.

Desde entonces (hace ya algún tiempo) nunca uso este ejemplo para ilustrar la diferencia de propiedades entre elementos y compuesto. Mejor usar un poco de iodo, unas bolas de plomo y después mostrar el yoduro de plomo (II). Aquí, se mire por donde se mire, las diferencias entre las propiedades son evidentes.