¡¡Hola a todos!! Nueva entrada de Josep Corominas, nuestro colaborador especial en CLUSTER. En esta ocasión un excelente artículo para poder realizar química con materiales caseros: Química en la Oficina...
QUÍMICA EN LA OFICINA
En nuestro entorno de
trabajo cotidiano, sobre la mesa de la oficina, en la sala de profesores del
instituto, en un despacho, en casa,
tenemos a nuestro alcance una gran diversidad de materiales. Vamos a usar
algunos de ellos para un estudio de sus propiedades físicas y químicas.
En primer lugar veamos una relación de algunos de los
objetos para el estudio: lápices, sacapuntas, rotuladores, bolígrafos, adhesivos,
goma de borrar, papel, grapas, clips, tijeras, calculadoras...
Preguntas para un nivel elemental de primer contacto con los
materiales cotidianos:
-
¿Cuales de los objetos son metálicos?
-
¿Cuales conducen la corriente eléctrica?
-
¿Cuales están formados por polímeros, en su totalidad o
en alguna de sus partes?
-
¿En cuales su uso se basa en una reacción química?
Las dos primeras preguntas no son redundantes puesto que el
grafito de los lápices es conductor de la electricidad pero no es un metal.
Las gomas de borrar son de caucho (látex) y algunas de
polivinilo. Hay una gran diversidad de sacapuntas: de plásticos y
metálicos. Entre los metálicos los hay de zinc, de aluminio y de magnesio. La
hoja de corte es de acero. Las tijeras suelen ser de acero, algunas con mangos de
polímeros. Las grapas pueden ser de hierro recubiertas de cobre o
galvanizadas (con una fina capa de zinc). Los clips son de acero con un porcentaje de manganeso entre
el 0,3 y el 0,5%. La tinta de rotuladores (un coloide) se puede separar por
cromatografía sobre papel. Para algunas marcas el disolvente es agua, en otros
casos hay que usar etanol o acetona. La mayoría de los adhesivos unen mediante una reacción química.
Experimento 1: el grafito de la mina de lápiz es un
conductor eléctrico.
Se necesita un polímetro con escala en ohm para medir
resistencias eléctricas y lápices de distinta dureza.
Cada lápiz debe tener igual longitud y hay que sacar punta
por ambos extremos para hacer la prueba. A mayor dureza de la mina, mayor
resistencia eléctrica, debido a que la composición varia en la relación
grafito-arcilla (entre un 30% y un 70% de arcilla). La tabla 1 muestra algunos
valores para lápices de marca STAEDLER
de 17 cm de longitud
Resistencia/W
|
Número
de lápiz
|
5
|
0
|
7
|
1
|
9
|
2
|
25
|
3
|
43
|
4
|
Si investigamos la conductividad de lápices de colores,
encontramos que la resistencia es muy elevada, porque en su composición
no entra el grafito.
Experimento 2: electroquímica en la oficina
La diversidad de metales sugiere la posibilidad de
investigar los potenciales eléctricos que se obtendrían si se montan diferentes
pilas electroquímicas con ellos. Usaremos papel de escribir mojado con agua
como electrolito. El agua del grifo aporta los iones suficientes para ello.
Preparamos un cuadro de doble entrada, colocando en los correspondientes ejes una muestra de cada
uno de los objetos que hemos visto son conductores eléctricos.
Vamos haciendo
parejas de objetos, conectando los cables del polímetro en la escala de
2 V a cada uno de ellos y usando papel mojado en agua entre ambos, de manera de
formar una pila electroquímica.
Los recuadros nos permitirán escribir los diferentes
voltajes medidos.
En la tabla se han anotado algunos valores:
Hemos obtenido una verdadera serie de actividad de los
metales, No hay más que observar los valores referidos al grafito: en orden
decreciente de voltajes tenemos: Mg, Al, Zn, Fe (acero), Cu
Como se puede ver, el voltaje mayor se obtiene con un
sacapuntas de magnesio y el grafito. Si miramos una tabla de potenciales de
reducción estándar, la FEM que correspondería a una pila formada por Mg/Mg2+ y
2H+/H2 es de 2,37 V. Las condiciones que tenemos están muy lejos
de ser condiciones estándar. El agua aporta una muy baja concentración de iones
H+, y la reacción que tiene lugar
es la oxidación del magnesio por el gas oxígeno del aire i que se
disuelve lentamente en el agua, siendo el papel del grafito de electrodo
inerte.
Experimento 3, el reto: A partir de
los resultados del experimento anterior, ¿podemos obtener trabajo útil?
Disponemos de un reloj digital que funciona con una pila de
1,5 V este es precisamente el valor de la fuerza electromotriz que nos
proporciona nuestra “pila de sacapuntas de magnesio, agua y grafito”. Para la
mayoría de las pilas hechas con materiales
caseros, el problema es su resistencia interna que es suficientemente
elevada para impedir que dé la potencia
útil para que funcione el reloj; en
efecto, si se mide la intensidad apenas se obtiene 1 mA. Sin embargo
estos dispositivos tan simples pueden funcionar con nuestra pila. La foto muestra el funcionamiento de un sencillo reloj
digital.
Se pueden montar pilas en serie y también se puede disminuir
la resistencia interna cambiando de electrolito, por ejemplo usando agua con
sal, o vinagre.
En esta foto se muestran cuatro elementos para montar en
serie, se han usado minas de lápiz muy blando para dibujo envueltos en papel de
filtro que se insertan en los orificios de los sacapuntas. Se han desmontado
las hojas de corte de los sacapuntas para evitar una “pila no deseada” entre el
grafito y el acero de la hoja de corte. Si se humedece con vinagre se obtienen
voltajes de unos 5 voltios, con una potencia suficiente para que funcione un
reloj de agujas de cuarzo, al que se monta en paralelo un condensador de 1000 mF.
Bibliografía:
Pueden encontrarse experimentos relacionados en la página
Web:
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Josep Corominas es profesor de la Escola Pia de Sitges, colabora en el CDEC y en el CRECIM. Es licenciado en químicas por la UB y ha realizado numerosos artículos divulgativos sobre experimentos, tanto de física como de química. Ha impartido cursos de formación para el profesorado y recibido varios premios por su labor divulgativa.
