jueves, 20 de septiembre de 2012

LA INTRIGA DE LA VELA

Todos hemos hecho alguna vez la demostración de la vela encendida sobre un plato con agua  y el vaso invertido , el caso es que esta prueba se puede volver tanto más espectacular según la producción que pongamos en la demostración , si se quiere hacer con humor y lograr que la clase participe es una buena instancia, sobre todo en el caso de un aula llena de niños demasiado silenciosos , en una clase de ciencia no debe haber silencio pues esta pone en juego la creatividad y la participación activa.

He aquí el experimento en forma simple y una de sus explicaciones,  aun cuando esta no sea la solución al problema en si , que parece muy simple.




Otra forma mas interesante es agregar una cuota de misterio para permitir a los alumnos más pequeños plantear Hipótesis , en el fondo la forma es la misma pero los objetivos que se buscan pueden ser más elaborados , eso corresponde a la creatividad del docente . La explicación que aparece aquí es para estudiantes de secundaria o niños más grandecitos , para los más pequeñitos  lo de la convección  del calor se puede enseñar con un calefactor en una pieza algo helada . 





Para una demostración más espectacular y con mayor interacción de parte del público de un salón de clases está la siguiente opción , aun a pesar de esto la explicación no es la solución a esta cuestión .




La cuestión no es la demostración sino la explicación que se da al fenómeno que ocurre , al encender la vela esta reacciona normalmente con el oxígeno del aire y se combustiona en el pabilo o mecha que comienza a quemarse , pero al colocar el vaso encima se nos ha dicho siempre que el agua sube porque hay un vacío y se produce porque todo el oxígeno se consume , apagando la llama por diferencia de presión, una de las cosas que ocurre es que  parte de  la cera de la vela reacciona con el oxígeno combustionando  y produciendo CO2 y Agua , por eso es que vemos gotas de agua en  las paredes ,   se nos dice también en muchas explicaciones que se forman dos gases, CO2 y Vapor de agua , que producen  volúmenes más pequeños que el oxígeno  y que es por eso que sube , porque disminuye la presión interior del vaso dejando entrar el agua en su interior hasta que ambas presiones la interior como la exterior se igualan .

Pero he aquí el error , si el agua fuera vapor de agua   ocuparía un mayor volumen porque es un gas que tiene mayor volumen que el oxígeno , como condensa (Licua) ocupa un menor volumen , ademas está la cuestión de que al apagarse la vela el gas de adentro del vaso se enfría y al enfriarse ocupa  menor volumen pues "a menor temperatura menor es el volumen" .

La mayoría de la gente cree que es la mecha de la vela  la que reacciona quemándose con el fuego de un encendedor , en realidad esta solo cumple la tarea de mantener el fuego estable y que   dure mucho tiempo encendida , pero el combustible es en realidad la parafina .  

¿Por qué entonces sube el agua ? al consumirse el oxígeno la presión atmosférica en el exterior es mayor que en el interior así que literalmente empuja al agua hacia dentro del vaso . El CO2 y el Agua producidos no ocupan el mismo volumen que el oxígeno , según la estequiometría de la reacción , esta ocurre así 

                     C₂₉H₆₀  +  44 O₂         29 CO₂  +  30 H₂O


por cada mol de cera , se ocupan 44 volúmenes de Oxígeno y solo se producen 29 volúmenes de CO2 

Ahora una explicación más técnica y aplicando los conocimientos  sería la siguiente , si sabemos que existe una reacción química de combustión entre la parafina y el oxígeno dentro del aire del vaso que produce Dióxido de Carbono y Agua , la proporción sería que por cada dos moléculas de oxígeno que reaccionan se produce una de dióxido y también una de agua . 

Según la Ley de Avogadro  "un numero igual de moléculas siempre ocupa un mismo volumen si la presión y la temperatura no varían", entonces la pregunta a plantear a sus alumnos es ¿cómo es posible que el consumo de oxígeno por si mismo haga  variar la presión del gas contenido en el vaso ? a través de la estequiometría , es decir la parte química , no va la respuesta .

¿Qué pasa entonces? El fenómeno físico es el calentamiento del aire dentro del recipiente , esto hace aumentar la temperatura debido a la llama , aplicando Ley de Gay Lussac que relaciona temperatura con presión ( no Ley de Charles pues el volumen del recipiente no aumenta) la llama hace aumentar la presión dentro del recipiente , parte de ese gas se calienta y se dilata haciendo que se produzca un burbujeo en la parte inferior del vaso por el que escapa hacia afuera hasta que se igualan las presiones interna con externa , cuando la vela se apaga al consumirse el oxígeno el aire interno se comienza a enfriar disminuyendo la presión interna , así la presión externa comienza a empujar agua hacia el interior del vaso debido a esa diferencia de presiones y esto se detiene hasta que ambas presiones se igualan .

Si piensa que necesita una vela para comprobar esto , haga el proceso siguiente , caliente el aire de un vaso por un rato con un encendedor , cuando este esté bien caliente invierta el vaso sobre el agua contenida en un recipiente y observará lo mismo  . 


La pregunta que un grupo de investigadores se hizo fue ¿Es  solo CO2 y Agua   lo que se forma adentro,? y el combustible ¿no formará otra especie de compuesto gaseoso  con la cera de la vela ?. 

Así que se dispusieron a investigar , para eso realizaron el mismo experimento que se hace en las aulas de colegio , usaron una probeta invertida y una cubeta obteniendo los mismos resultados que todos , pero esta vez agregaron algo de emoción al asunto , dispararon un rayo de luz lo suficientemente energético directo al gas contenido dentro del recipiente y Eureka , este se incendió en su interior  . ¿Pero cómo si el CO2 no es inflamable? ...... ¿que hay exactamente dentro de la probeta ? 




















Eso se llama Indagación  e Investigación ....dejo esto para pensar . 

Un mismo experimento y una forma mucho más interesante de jugar con una vela .¿No les parece?  



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