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viernes, 8 de agosto de 2014

Equilibrio químico parte 2

Ya entrados en Agosto, respondemos a la pregunta que realizamos a mediados de Julio sobre el experimento propuesto de equilibrio. 

En el vídeo, que os dejo mas abajo podemos ver la ejecución del experimento, que está detallada en el artículo anterior. Lo que se puede observar es que una vez instaurado el equilibrio, y teniendo la botella cerrada, si añadimos mas CO2 a través del cartucho , las burbujas desaparecen. Si apretamos la válvula de bicicleta, dejando que se libere el CO2 gas que se encuentra retenido, vuelven a aparecer las burbujas...



¿Como se puede explicar este fenómeno?

Pues como ya os debéis estar imaginando, se trata de un equilibrio, y de un experimento de desplazamiento de equilibrio, que viene explicado por el PRINCIPIO DE LE CHATELIER.


El principio de Le Chatelier nos dice que si existe una modificación en un estado de equilibrio, éste de desplazará para neutralizar el cambio realizado. Si tenemos la reacción de la que estamos hablando, que es de dióxido de carbono disuelto (acuoso) a dióxido de carbono libre (gas),


Si aumentamos la cantidad de CO2 (g), el equilibrio por el principio de Le Chatelier se desplazará para contrarrestar el cambio, y por tanto eliminando parte del CO2 (g), formando mas CO2 (ac). Si por el contrario quitamos CO2 (g), el equilibrio se desplazará formando mas CO2 (g), hasta llegar a otro estado de equilibrio donde las concentraciones queden constantes.

Una observación es que las concentraciones en el equilibrio son constantes pero no quiere decir que sean las mismas, la cantidad de CO2(g) no es la misma que de CO2 (ac). También hay que decir que aunque las concentraciones sean constantes en el equilibrio, la reacción no se para, continua en ambos sentidos con iguales velocidades.

Os dejo con el vídeo:


¡¡Espero que os haya gustado, dejadme vuestras opiniones sobre el artículo o el vídeo!!

Saludos

Sergio



martes, 15 de julio de 2014

Equilibrio químico parte 1

Aunque en este blog hemos hablado numerosas veces sobre el equilibrio químico (equilibrio químico, desplazando equilibrios y efecto del ión común) , y hemos realizado bastantes experimentos os queremos proponer uno mas, y esta vez explicado en vídeo con animaciones 3D. Hablaremos de un equilibrio químico algo particular: EQUILIBRIO QUÍMICO DEL CO2.

Para poder realizar este experimento tan curioso vamos a necesitar diferentes materiales, todos fácilmente asequibles (caseros). En primer lugar una botella de Coca-cola vacía. Puede ser de cualquier otra marca, pero si una botella de bebida carbonatada, capaz de aguantar presiones importantes (una botella de Aquarius no funcionaría). Hay que decir que funciona mejor el experimento si la botella es pequeña. 

Tendremos que "tunear" la botella. Colocaremos una válvula de bicicleta en el tapón de la botella. Utilizaremos la válvula de una rueda, y recortaremos una cuadrado. A continuación haremos un agujero en el tapón e introduciremos la válvula a través del tapón. 



Para que no entre ni salga ningún gas deberemos fijar perfectamente la válvula al tapón con Araldit, u otro adhesivo epoxi. Dejaremos 24 horas en reposo para que se seque totalmente la cola.


También necesitaremos cartuchos de CO2, se pueden encontrar también en Decathlon u otro establecimiento especializado en deporte. Estos cartuchos se utilizan para rellenar rápidamente una rueda de bicicleta, y se venden con el dosificador incorporado. 


Utilizaremos conchas de mar, como base de carbonato que generará el dióxido de carbono (también se pueden utilizar rocas calcarías e incluso algún hueso de animal), que se introducirán dentro de la botella. Añadiremos agua y algo de ácido clorhídrico para empezar la reacción.

A partir de aquí podremos empezar a jugar introduciendo más CO2 o retirando el CO2 a nuestro antojo con el dosificador. ¿Que pasará? Aquí tenéis el vídeo, que lo disfrutéis.




La explicación, ¡¡en el próximo artículo del blog!!

Sergio

PD: La idea del experimento es de Josep Corominas, y la grabación del mismo se realizó en el CESIRE junto con Fina Guitart y el mismo Josep Corominas. 




lunes, 24 de marzo de 2014

Química en la oficina

¡¡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.

domingo, 27 de octubre de 2013

17 maneras de hacer química con cosas de casa

En esta nueva etapa de Cluster no solamente hemos cambiado el formato del blog y de los vídeos, sino que hemos incorporado a varios estupendos colaboradores. Desde profesores de física y química, hasta periodistas y divulgadores participaran en este nuevo Cluster, aportando su experiencia y su sabiduría.

Es para mi un placer que el primero que colabore sea un amigo y compañero en muchos de los vídeos que se han realizado para Cluster y para el proyecto química en context en el CDEC, Josep Corominas, profesor de l'Escola Pia de Sitges. Nos deja nada mas y nada menos que 17 experimentos de química recopilados en un vídeo, que posteriormente nos describe para que podamos realizarlos en nuestra casa o laboratorio.


Aquí os dejo el vídeo y las explicaciones de Josep, que los disfrutéis:




1. Jabón instantáneo

Introducir una decena de lentejas de NaOH sólido en el fondo de un tubo de ensayo. Añadir agua, justo para que queden sumergidas. Agitar. El NaOH se disuelve y la disolución se calienta. La solución permanece turbia debido a las impurezas insolubles originadas por el Na2CO3 que recubre las lentejas de NaOH en el frasco.
Se añade aceite vegetal (oliva, girasol...) en un volumen igual al doble del de la disolución de NaOH. El aceite flota por encima sin reaccionar. Explicar que la saponificación sólo tiene lugar en la interfase. En la industria, la mezcla se agita violentamente durante varias horas.
Añadir lentamente y si agitar un volumen de etanol, igual al volumen de la disolución de NaOH. Observar las tres capas superpuestas. Tapar el tubo con un tapón y agitar violentamente, volteando el tubo varias veces. Las tres fases se homogenizan rápidamente y el conjunto se convierte en un sólido en unos segundos: el tubo queda lleno de jabón.
Para extraerlo, se destapa, se acerca  el fondo del tubo a la llama de un Bunsen. El etanol hierve, empujando suavemente el bloque de jabón que sale del tubo. Moldearlo en forma de pastilla. 



2. Limpieza de objetos de plata

El objeto a limpiar se espolvorea con un poco de bicarbonato, un detergente de carácter básico o NaOH y unas gotas de agua  y se envuelve en papel de aluminio, de manera que entre bien en contacto el aluminio con el objeto a limpiar.
Pasados unos minutos se desenvuelve  y se lava.
El papel de aluminio reduce los iones Ag+ a Ag.  Los objetos a limpiar deben estar ennegrecidos por formación de un compuesto de plata, por ejemplo el sulfuro de plata Ag2S
Explicación: en medio básico, el aluminio es un reductor de los iones Ag+  presentes en la superficie de la plata ennegrecida. El aluminio pasa a Al3+, primero en forma de Al(OH)3 y después como aluminato: Al(OH)4-

3. Decolorar con vitamina C

Se mancha con unas gotas de Betadine un  paño de algodón. Para limpiar se pone un poco de ácido ascórbico sólido y se frota. El ácido ascórbico reduce el yodo a yoduro
Las reacciones son:


Esta molécula se hidroliza a continuación:


4. Superbola

Material
Solución comercial de silicato de sodio. El silicato de sodio comercial se vende en disolución concentrada de densidad aproximada 1,3 g/cm3
Etanol
Una bolsa de plástico
Probeta de 10 ml

Procedimiento
Mezclar 20 ml de solución de silicato de sodio con 10 ml de etanol dentro de la bolsa de plástico.
Dejar que la mezcla quede en una esquina de la bolsa y con las manos, mezclar bien, dándole forma de bola al sólido que se forma.
Sacar la bola de la bolsa, lavarla y acabar de dar la forma de bola.
Comprobar que bota muy bien, pero que al dejarla sobre una superficie plana, se aplana y acaba en un pequeño charco

Explicación:
Se forma un polímero de silicona, con propiedades de elastómero.
El silicato de sodio se considera que tiene la formula: Na2Si3O7 En general los silicatos de los grupos 1 y 2 tienen la fórmula:   M2O.nSiO2     MO.nSiO2     (M un metal)
Al mezclar con el etanol, se forman enlaces entre las cadenas de silicato soluble y los grupos etilo.
En realidad, no es un sólido auténtico, si no un líquido de elevada viscosidad

Para guardarla: siempre dentro de una bolsa de plástico herméticamente cerrada.


5. Figuras que cambian de color  con CoCl2(aq) en etanol

Una figura con CoCl2 se moja con etanol: la figura cambia a color rosa por la acción deshidratante del etanol. Ahora se acerca a un foco de calor  y recupera el color rosa
Explicación:
El cloruro de cobalto CoCl2.6H2O es un sólido de color rosa soluble  en agua formando  una solución de color rosa que contiene el ion [Co(H2O)6]2+ de color rosa pálido.
CoCl2.6H2O ® [Co(H2O)6]2+ + 2 Cl-
                                                                             rosa pálido   
         
En alcohol, el   CoCl2.6H2O forma una solución azul, según la ecuación:

2 CoCl2.6H2O ® [Co(H2O)6]2+ + [CoCl4]2- + 6 H2O
                                                                       rosa pálido              azul

Al añadir agua se generará el color rosa del complejo de cobalto, según la ecuación:

[CoCl4]2- + 6 H2O ⇄ [Co(H2O)6]2+ + 4 Cl-
                                                   azul                               rosa

Esta reacción es un equilibrio

6. Acetona por un tubo

Material
Tubo ancho, transparente entre 1,5 y 2 m de largo (PVC). Diámetro entre 3 y 4 cm.
Cuentagotas
Propanona (“acetona”)
Vela

Procedimiento:
Situar el tubo vertical, pero con una cierta inclinación. Cerca de la boca inferior se deja una vela encendida.
Con el cuentagotas se dejan caer unas gotas de propanona en la boca superior del tubo, procurando que deslicen por las paredes del tubo.
Esperar unos instantes. Se generar una llama azul que recorre el tubo desde la vela hasta la boca superior, poniendo en evidencia:
- que la acetona es muy volátil, las gotas que se ha derramado a la parte superior del tubo, “desaparecen”
- que el vapor de acetona es más denso que el aire: va bajando por el tubo hasta salir por la boca inferior y encontrar la llama de la vela
- que es muy inflamable
- Los gases de combustión están bastante calientes y son menos densos que el aire por qué ascienden por el tubo hasta la boca superior


Advertencias de seguridad:

Acetona - Inflamable









7. El drama del Titánic

El polímero poliestireno expandido (porexpan) es muy poco soluble en acetona. Si un trozo recortado con la forma del Titanic, se coloca en un recipiente con acetona, el barco desaprace lentamente. En realidad no es un verdadero cambio químico. El aire atrapado en la estructura escapa y se va compactando la estructura que era esponjosa.

Se añade un efecto adicional para que las chimeneas humeen: se mojan los bastoncitos de algodón con ácido clorhídrico concentrado y amoníaco. La reacción produce humos blancos de cloruro de amonio. 

NH3(g)  + HCl(g) ®  NH4Cl(s)





8. Refresco de bicarbonato

La reacción del “bicarbonato” NaHCO3 con un ácido es endotérmica y  produce  efervescencia.
Se pone una cucharada de café de “bicarbonato” en un vaso, se añade un poco de agua fresca y el zumo de un limón.

9. Tenis con pompas de jabón

Receta para las pompas de jabón:


5% azúcar; 10% glicerina; 20% detergente líquido. Las mejores marcas: DAWN (EE.UU. y Centroamérica);   DREFT Bleu; APTA, incolor; JOY( Francia, Bélgica); FAIRY  (España); 65% agua.

La “raqueta”  es un aro de plástico. 



10. Superficies superhidrofóbicas

Se recubre un vidrio de reloj de hollín de la llama de una vela. Se obtiene una superficie superhidrofóbica.

11. Pinacoteca química

Papel impregnado con zumo de col (mezcla de antocianinas  y flavonas) actúa como indicador ácido-base. Se pinta con diferentes  líquidos: zumo de limón, vinagre (tonos rojizos), agua (verdes), Bicarbonato ( verde-azulados), hidróxido de sodio (azulados), lejía (blanco porque decolora)

12. “Mandalas”  químicos

Se basa en la cromatografía de pigmentos de rotuladores.


13. Electricidad con latas

Una lata de aluminio, cortada por la parte superior i lijada por dentro para eliminar la capa protectora de polímero, se llena de agua con sal. Un lápiz de grafito hace de electrodo.
¿Cuál es el papel de la sal?
Los iones Cl- forman un complejo muy estable con los iones Al3+ que forman la capa de óxido sobre el metal aluminio:
Al2O3 + 8Cl- + 3H2O  ®    2AlCl4-  + 6OH-
AlCl4- + 4H2O  ® Al(OH)2Cl  + 3Cl- + 2H3O+

Reacciones de  oxidación y de reducción en la pila:
Al  ® Al3+ + 3e-    Eº = +1,68 V
O2(aq) + 2H2O + 4 e-  ® 4 OH-  Eº = + 0,40 V


14. Licores combustibles

Licor del Polo y la versión de “el billete incombustible”
Contienen entre el 50% y el 60% de etanol
La entalpía de combustión del etanol es de –1376 kJ/mol. Este valor es más que suficiente para quemar el papel.
En el caso de etanol + agua,  este valor no es suficiente para quemar el papel. Parte del calor de la combustión lo absorbe el agua, la cual se calienta e incluso hierve y se vaporiza. En el proceso se absorben 65 kJ ( 8,5 kJ para aumentar la temperatura de unos 25 g de agua de 25ºC a 100ºC + 56,5 kJ para la conversión agua(l) ® agua (g) ). En ningún momento el papel alcanza la temperatura de ignición que es de 230ºC   (451  Fahrenheit, para los aficionados a la ciencia-ficción)



15. Como separar polímeros

Se  seleccionan tres o cuatro polímeros distintos, cada uno en trozos pequeños (alrededor de 4 cm2).
Por ejemplo:  Polipropileno r = 0,90 g·cm-3;  Polietileno r = 0,95 g·cm-3; Poliestireno r =1,04 g·cm-3; PVC r =1,30 g·cm-3;
Cada uno de los polímeros debe tener un color diferente.
Se necesitan los líquidos siguientes:  agua (r = 1,0 g·cm-3);  solución agua y etanol (r = 0,87 g·cm-3  Concentración 50% en volumen);  agua y azúcar (r = 1,2  g·cm-3 Concentración entre el 50% y el 60% en masa) 
El esquema de separación es el siguiente:



16. Azúcar luminoso

Las pantallas LCD emiten luz polarizada. Se puede eliminar esta luz con una lámina polarizadora. Cuando se intercala  una solución de azúcar en agua, se ve luz de nuevo. Las moléculas de sacarosa rotan  el plano de polarización de la luz


17. ¡Cómete una vela!

La vela está hecha de manzana y almendra. El aceite de la almendra es un buen combustible.



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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 numerosos cursos de formación para el profesorado y recibido varios premios por su labor divulgativa.

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