Es muy habitual que en las clases de secundaria, o incluso entre personas no científicas se comente en algún momento..¿cómo es posible que se sepa tanto sobre los átomos y la materia? ¿Alguien los ha visto alguna vez?
La tecnología actual nos brinda la oportunidad que Demócrito, Dalton, Thomson, Rutherford, o Bohr no tuvieron. Poder ver los átomos, gracias a la física cuántica, y al desarrollo de un microscopio muy especial llamado MICROSCOPIO DE EFECTO TÚNEL. El desarrollo de este aparato les llevó a Gerd Binnig, y a Heinrich Rohrer, científicos de la empresa IBM a ganar el premio Nobel de física en el año 1986. Gracias a este aparato podemos llegar a ver objetos del tamaño de 1A (1 Amstrong = 0,0000000001 metros), el tamaño de los átomos. (Imagen del Microscopio de efecto túnel ubicado en IBM)
Desde la aparición de este microscópio, el microscópio que llega a lo mas pequeño que se puede llegar a ver (hasta ahora), hemos podido observar gran cantidad de estructuras, desde oro, hasta la estructura mas codiciada actualmente, el grafeno (podemos ver abajo su característica forma de panal de abejas)
Los científicos de IBM han llegado esta vez un poco mas allá, y han creado la película más pequeña posible, realizada con átomos. Gracias a este microscopio, y a su tecnología, podemos trabajar manipulando átomos uno a uno. Ese ha sido el trabajo de los científicos de IBM, colocando adecuadamente los átomos, y realizando un frame para cada movimiento de los átomos. Aquí os dejo el vídeo y el como se hizo:
Espero que os haya gustado, para mas información IBM.
Volvemos en CLUSTER, no en un mes como habíamos comentado inicialmente, sino en dos meses, no obstante con uno de esos experimentos espectaculares, que hacía mucho tiempo que quería realizar.
Se trata de un experimento sencillo, pero justamente ahí es donde radica la belleza del mismo. Dos cubitos de hielo, uno con agua normal, y otro con un agua un poco especial, con agua "pesada". ¿Que pasará cuando los introduzcamos en agua líquida? Es necesario decir que el agua líquida utilizada no tiene ningún componente extra...es simplemente agua destilada.
EXPERIMENTO
Observa el siguiente vídeo:
Efectivamente, el hielo formado a partir de agua destilada flota. Eso se debe a la densidad del agua sólida, respecto a la del agua líquida. La estructura sólida del agua posee muchos mas huecos que la del agua líquida, en la que las partículas fluctúan mucho mas libremente, ocupando los huecos, y por tanto dismuyendo su volumen y aumentando por tanto su densidad.
¿Pero qué ha pasado con el otro hielo? ¿Porque se hunde?
EXPLICACIÓN DEL EXPERIMENTO
Lo cierto es que no se trata de agua destilada normal, sino de agua pesada, también conocida como agua deuterada, es decir con el isotopo deuterio. Para mayor explicación entra en el siguiente vídeo:
Efectivamente los ISÓTOPOS de un elemento son átomos de un mismo elemento con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. El número de protones (también llamado número atómico), indica qué tipo de elemento químico tenemos. Así, por ejemplo, un átomo con número atómico de 1 indica que tenemos hidrógeno, un número atomico de 2 indica que tenemos helio, y un número atómico 39 indica que tenemos indiscutiblemente Ytrio.
No obstante, y aunque el número de protones indique que tenemos de forma clara el elemento que tenemos, no todos los átomos de hidrógeno serán iguales, ya que poseerán diferente número de neutrones. A éstos átomos de un mismo elemento con diferente número de neutrones se les denomina ISOTOPOS. Los primeros isotopos descubiertos fueron los isótopos del Neón (20-Ne y 22-Ne). Actualmente son fácilmente detectables a partir de métodos de espectrometria de masas. No todos los isotopos se encuentran en la naturaleza en la misma proporción, así en el caso del hidrógeno, el protio se encuentra en una gran mayoría, mas de un 99%.
Al cambiar todos los hidrógenos de las moléculas de agua (que recordemos que son protios), por deuterios, estamos de hecho, añadiendo dos neutrones mas a la molécula de agua, haciéndola mas pesada, dos unidades de masa atómica mas pesada. Y haciendo por tanto que ésta no flote en agua destilada. En esta foto podemos observar tanto el hielo de agua destilada normal (arriba), como el hielo de agua deuterada (abajo).
Simulación realizada a ordenador donde las moléculas de agua van cayendo al intercambiar los átomos de hidrógeno (protio), por deuterios.
Un hecho curioso que no he mencionado en el vídeo, es que éste cubito de hielo de agua pesada no permanece mucho tiempo hundido. Al cabo de unos segundos vuelve a subir, lo podemos observar en la siguiente secuencia de fotografías:
Una explicación para éste fenómeno es que las moléculas de agua deuterada al calentarse, y al interaccionar con las moléculas de agua "normales", se van intercambiando en el agua sólida, mediante rápidos puentes de hidrógeno. Teniendo el hielo cada vez mas moléculas de agua "normales" y el agua líquida mas moléculas de agua deuterada.
Espero que os haya gustado el experimento, y os espero en el siguiente artículo en CLUSTER. ¡¡Hasta pronto!!
Sergio
PD: Quiero agradecer al CDEC, y especialmente a Fina Guitart su ayuda en la filmación de este experimento.
Os quiero presentar en esta ocasión, un proyecto muy interesante de divulgación científica para los mas pequeños. Si hace un año os hablaba de la incursión de Walt Disney en el mundo de la divulgación científica ahora os presento un proyecto que combina juegos de ordenador, cortos animados y films presentados en formato IMAX. Estoy hablando de Molecularium.
Según nos cuenta la página de labspace, el proyecto se originó un día en el planetarium, observando como los niños aprendían y comprendían el universo planetario a través de las imágenes. Fue en ese momento cuando Linda Schadler, profesora de materiales y nanotecnología de la Rensselaer Polytechnic Institute comienza el proyecto ayudándose de dos profesores mas de su Universidad, Sheckar Garde y Richard Siegel. La idea era nada mas y nada menos que un planetarium de moléculas, y de ahí Molecularium.
La web está dividida en 3 partes. La primera está relacionada con la película Riding Snowflakes, un musical realizado por Molecularium, donde unos protagonistas muy especiales, los mismos átomos, nos explican cantando su propio mundo. Podremos encontrar material para el profesorado y descargarnos imágenes de la película.
La segunda se trata del proyecto mas ambicioso de la empresa, Molecules to the Max, un largometraje en 3D pensado para IMAX, aquí podéis ver el tráiler. En la página podremos encontrar fichas de los personajes, fotos, etc...
En la última parte nos esperan las mejores sorpresas, puesto que entramos en el nanospace. Un lugar donde podremos encontrar cortos animados, juegos de ordenador químicos y explicaciones. Un menú interactivo donde clickando te puedes ir a diferentes nanomundos rápidamente. Una página web realmente recomendable.
En esta última parte de la página podremos encontrar cortos de animación de divulgación científica para los mas pequeños muy interesantes. Se trata de cortos menos elaborados que las otras dos películas, pero con grandes ventajas: una, es corto, los alumnos, y sobretodo los mas pequeños, no pueden con largometrajes de hora y hora y media, y dos, son gratis y accesibles para todos, ya que están colgados en youtube. Os dejo con algunos de los mas interesantes.
Nuevo vídeo en youtube, y nueva entrada en el blog. Vamos a tratar nada mas y nada menos que de un concepto importante en la química de bachillerato, el de reactivo limitante.
Para explicar el concepto de reactivo limitante, utilizaremos dos reacciones de combustión de butano. En una de ellas añadiremos 10 ml de butano y en la otra 60 ml de butano. Utilizaremos jeringas LUER LOCK, de las que ya hablamos en el post sobre electròlisis del agua, una bombona de oxígeno, gas para mechero (butano), un pote de vidrio resistente (sirve perfectamente el de yogures...no diremos marcas, aunque se ve en el vídeo), cerillas, y una tapa de cartón con agujero de entre 1-2 cm de diámetro.
EL EXPERIMENTO
Podéis ver todo el experimento en el siguiente vídeo (recomendado en HD):
¿Que es lo que ha pasado? ¿Por que explota con 10 ml de butano, y no lo hace con 60 ml de butano? ¿Por que arde entonces? EXPLICACIÓN DEL EXPERIMENTO
¿Como podemos explicarlo? Para explicarlo es necesario introducir el concepto de reactivo limitante. Un buen ejemplo sería el de fabricación de hamburguesas con queso. Imaginemos que tenemos que hacer hamburguesas para una fiesta, y tenemos 7 panes, con 7 hamburguesas, pero tan solo tenemos 5 lonchas de queso. Es obvio que si en la fiesta somos 7 hay dos personas que se van a quedar sin comer hamburguesa con queso... quizás solo hamburguesas. Las lonchas de queso son el reactivo limitante, es el ingrediente que nos limita para la realización de las hamburguesas.
Un ejemplo tan sencillo como éste puede ser trasladado a una reacción química más compleja. Siempre que se realiza una reacción química en un laboratorio, uno o mas de un reactivo se utiliza en exceso, generalmente el reactivo mas barato y menos importante. La razón es que se procura que el reactivo importante o mas caro reaccione totalmente, o casi totalmente, por esa razón siempre hay reactivo limitante.
En el caso de nuestro vídeo, y nuestro experimento, digamos que para que explote totalmente, no solamente hace falta que haya mas butano, también mas oxígeno...
Toda la explicación al experimento la podéis encontrar en el siguiente vídeo (mejor en HD):
AMPLIACIÓN DEL ARTÍCULO (VERSIÓN INOFENSIVA)
Existen otras versiones menos explosivas que nos pueden hacer comprender el concepto de reactivo limitante de la misma manera. Yo os recomiendo una de ellas totalmente inofensiva. Para poder realizar el experimento necesitaremos:
Material:
1. Vinagre
2. 4 Globos
3. Bicarbonato sódico
4. 4 erlenmeyers, o botellas.
Procedimiento: ( De WebQuemEdu, aquí puedes ver el original)
a. Añadiremos 100 ml de vinagre en cada una de las botellas.
b. Estiraremos los globos con las manos, soplándolos para que funcionen correctamente luego.
c. Añadiremos 1/4 de cucharada de bicarbonato en el primer recipiente con vinagre, y taparemos rápidamente con el globo.
d. Añadiremos 3/4 de cucharada de bicarbonato en el segundo recipiente con vinagre y taparemos rápidamente con el globo.
e. En los recipientes 3 y 4 realizaremos el mismo procedimiento pero con 1 cucharada y media, y en el otro 3 cucharadas.
¿Que observamos?
En los 4 experimentos realizamos la misma reacción. El bicarbonato reacciona con el protón cedido por el ácido acético del vinagre, para formar ácido carbónico, que descompone en dióxido de carbono y agua.
Pero, ¿que observamos en la experiencia? La verdad es que los globos se inflaran por el desprendimiento de CO2, pero lo veremos de la siguiente manera: (foto sacada de fickriver)
En el primer caso, con globo naranja, la cantidad de bicarbonato es escasa, y reacciona poco vinagre (el reactivo limitante es el bicarbonato), en el segundo caso, con globo verde, hay mas bicarbonato y la reacción ha evolucionado mas (el bicarbonato es el reactivo limitante). En el tercer caso, globo azul, se consigue mas o menos las cantidades estequiométricas de los dos reactivos, reaccionando todo el bicarbonato y todo el vinagre. En el último caso (globo amarillo) aunque se ha añadido mas bicarbonato (se puede observar en el fondo), el globo no ha crecido mas. En este caso el reactivo limitante es el vinagre, y el que se encuentra en exceso el bicarbonato. No se ha podido obtener mas CO2, ya que no hay mas vinagre con el que reaccionar.
Espero que haya sido interesante y útil el artículo. La realización de este tipo de vídeos es mas larga y laboriosa, por lo que no se podrán realizar tantos artículos en el blog. Mi objetivo es el de subir un vídeo cada mes, y espero cumplirlo.
¡¡Espero que sigáis siendo fieles al blog, y que esperéis con ganas el vídeo del próximo mes!!!
Un saludo a todos!!
Sergio
PD: Las grabaciones de los experimentos se realizaron en el CDEC en Barcelona, con la ayuda de Fina Guitart y Josep Corominas. Sin su ayuda hubiera sido imposible la grabación de las experiencias.
