lunes, 9 de abril de 2012

La vela que hace subir el agua

Es muy conocido el experimento casero para niños de la vela que hace ascender el agua dentro de un vaso. Pero, la explicación que se suele dar de esta experiencia en la mayoría de los casos resulta incorrecta.


Veamos primero de qué se trata. Para realizar el experimento se necesitan unos pocos materiales que muy fácilmente se encuentran en cualquier casa.


Los materiales necesarios son:


Materiales:
1. Un plato hondo con agua.
2. Una vela.
3. Un vaso.
4. Colorante (opcional).



Las instrucciones a seguir también son muy sencillas:

Instrucciones:
1. Llenar el plato con agua (si quiere puede agragarle colorante para visualizar mejor el efecto).
2. Encender la vela y la colocarla dentro del plato de manera que el agua no toque la llama.
3. Colocamos un vaso encima de la vela de modo que la cubra.
4. Esperar unos segundos y observar que la llama se apaga y que el agua entra en el vaso.


A continuación el video que muestra la experiencia en marcha:


Impresionante ¿no? Ahora veamos la explicación que se suele encontrar en distintos sitios de internet de experimentos caseros y de Físicoquímica: 1, 23, 4 y 5 sobre este fonómeno.

Tomemos una como ejemplo:
"Al encender la vela se produce una reacción de combustión:  la cera de la vela reacciona con el oxígeno del aire y produce dióxido de carbono y vapor de agua. Podemos ver que en el interior del vaso aparecen unas gotitas de agua. Es el vapor de agua producido en la combustión de la vela que se condensa en las paredes del recipiente. En la reacción se consume un gas, el oxígeno que forma parte del aire, pero se forman otros dos, el dióxido de carbono y el vapor de agua. El volumen del gas producido es más pequeño que el volumen de oxígeno que se consume. El resultado es que en el interior del vaso disminuye la presión y, por ello, sube el agua hasta que la presión interior es igual a la exterior (presión atmosférica)."
 

O esta otra:
" ¿Y por qué sube el agua? Porque al consumirse el oxígeno la presión atmosférica en el exterior es mayor que en el interior y empuja el agua hacia dentro del vaso. Pero... ¿y el CO₂  y H₂O   producidos no ocupan el lugar del oxígeno? Sí, pero está claro que no lo ocupa todo. Se puede explicar porque el vapor de agua condensa en las paredes del vaso (vaso empañado) y porque en la estequiometría de la reacción se produce menos CO₂ que el O₂ que reacciona (comprobar en la reacción antes mencionada que por cada mol de cera se consumen 44 volúmenes de O₂ y se producen solo 29 de CO₂ ). "


Estas explicaciones del experimento no son correctas, o al menos no del todo correctas. Veamos por qué:

Es cierto que al encender la vela se produce una reacción química de combustión entre la parafina de la vela (C₂₉H₆₀) y el oxígeno (O₂)  propio del aire que hay dentro del vaso. El combustible de la vela encendida reacciona con el oxígeno que hay dentro del vaso, produciendo dióxido de carbono (CO₂) en la proporción de una molécula de dióxido de carbono por cada dos moléculas de oxígeno. Además, otro producto de la combustión es el agua (H₂O).  La reacción sería así:
C₂₉H₆₀  +  44 O₂        29 CO₂  +  30 H₂O
La Ley de Avogadro nos dice que un número igual de moléculas siempre ocupa un mismo volumen si la presión y la temperatura no varían. Por lo tanto, el consumo de oxígeno por sí solo no puede modificar la presión del gas contenido en el vaso.

El causante verdadero de este resultado de este experimento es una causa bien distinta y no se trata de un fenómeno químico, sino que se trata de un fenómeno físico


Al encender la vela, además de la combustión antes mencionada, el aire dentro del recipiente se calienta (aumenta su temperatura). Al aumentar la temperatura (debido a la llama) y como el volumen del vaso no cambia, entonces, debe aumentar la presión del gas dentro del recipiente según la Ley de Gay-Lussac, y parte de ese gas dilatado sale por la parte inferior del vaso como pequeñas burbujas hasta que la presión   del aire caliente contenido en el recipiente iguale la presión del aire exterior (presión atmosférica).

Cuando la vela se apaga por falta de oxígeno, el aire dentro del recipiente se empieza a enfriar y la presión del gas dentro del recipiente disminuye (de nuevo por la ley de Gay-Lussac). Como ahora la presión exterior (atmosférica) es mayor que dentro del recipiente, el aire exterior empuja al agua (ejerce una fuerza desde el exterior hacia el interior) debido a la diferencia de presiones entre el interior y exterior. El agua entra al vaso y asciende comprimiendo el aire dentro del recipiente, reduciendo su volumen (por Ley de Boyle-Mariotte) y aumentando la presión, hasta que la presión del gas dentro del vaso iguale a la presión atmosférica.

¿Cómo se explica la ley de Gay-Lussac? Es decir: ¿por qué el aire caliente está a una presión mayor y cuando se enfría la presión disminuye? La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de una sustancia. Si aumenta la temperatura, las moléculas tendrán mayor energía cinética, es decir mayor velocidad. Entonces, las moléculas chocarán contra las paredes del recipiente a mayores velocidades ejerciendo una presión mayor.

Para terminar, podemos comprobar si lo que expusimos es correcto de la siguiente manera. Levantamos el vaso del plato y calentamos el interior del vaso con la vela, de modo que el aire se renueve y no se consuma el oxígeno. Simplemente estaremos calentando el aire en el interior del vaso durante un buen rato, sin que se apague la llama. Cuando ya está bien caliente, retiramos la vela y colocamos el vaso calentado sobre el plato con agua, rápidamente, pero sin colocar la vela adentro. Cuando el aire en el interior del vaso se enfría, veremos el mismo efecto: agua sube por el vaso igual que antes, pero en este caso no hay vela adentro y por lo tanto podemos descartar a la combustión (proceso químico) como el causante de este fenómeno.






33 comentarios:

  1. Respuestas
    1. jajaja osi ke ?=????????????????????????????????????????

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    2. si ami m salvo de una tarea de kimica esto es genellk viva el internrttt :)

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    3. jajajajajajajajajajaajjajajajajaajajajajajaajjajajajajajajajaajajajjajjajajjjjjjjjaaaaaaaaaaa. ta chidooooooooooooooo vdd

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    4. Chevere e.e Pasé mi prueba de química,gracias =3!

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    5. les hago una pregunta . en que bowl se hace ? de plastico o de vidrio ?

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  2. me gusta es sencillisimo,la explicacion se entiende,pero me gustaria algo mas breve para mi una niña de 8 añitos

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    1. jajajaj una niña de 8 años este experimento

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    2. ke locura jajajaj

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    3. siiiiiiiiiiiiii le pasa

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    4. siiiiiii me salve lla viene la feria de sienciass
      ¡YUPI!

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  3. Al calentar el aire dentro del vaso, las moléculas del aire adquieren más velocidad y se separan mucho más entre sí.

    Si pudiésemos comparar dos vasos iguales, pero uno frío y el otro caliente, veríamos que en el vaso caliente entra una menor cantidad de moléculas de aire que en el vaso frío. Es decir, calentando el vaso podemos crear una especie de "vacío". Ese vacío que se creó dentro del vaso es el que succiona el agua (el "vacío" es en realidad una presión menor dentro del vaso que en el exterior).

    Como las presiones dentro y fuera del vaso quieren igualarse, el aire de la atmósfera empuja al agua y ésta entra al vaso hasta que las presiones se igualan.

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  4. este experimento es buenisimo jajajajajja

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    1. eso ya lo se jajajjajajajajajaja ke caiste bn

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    2. enserio a mi tambn jajajajajajaj ke bn me calleron jajajajaja

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    3. jajajaja ke locas ustedes me caen bn jajajajajajajajajan no se ke decir jijijijiji solo ke me caen bn jajajajajajajajajaja no se ke aser solo se ke es hora ke se pongan frescas mami jajjajajajaja como me gustaria conoserlas jajajajajajajajaja nos juntamos en el centro a las 9:00pm ok ya jajajajaja no se ke mas decir jajajaja ke loca yooo jajajaja lo se solo ke me hago jajajaja ke oso ke loco bosea ok en eso kedamos

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    4. ovio nooooooooooooooooooo!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! k locuraaaaaaaaaaaaaaa :D

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    5. eso es cierto es muy bueno

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    6. con este experimento me ayudo a subir una nota

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  5. Un lugar para hablar de escepticismo, pensamiento crítico, ciencia y tecnología.

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  6. que proporcion de oxigeno hay en el aire???'

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  7. que tipo de reaccion se comprueba en este experimento?

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  8. aesdfghjertyui9865679ifvbn

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  9. Creo que para comprender estos experimentos, hace falta más conocimiento en física y química,una mente más abierta.
    Y menos guasa!
    En cuanto a la forma de explicar a la niña de 8 años: tampoco se puede pretender enseñar a resolver sumas de raíces cuadradas, elevadas a una potencia..... Tiempo habrá para que lo aprenda, a su debido tiempo, y como resultado de la enseñanza de buenos maestros y profesores.
    Un saludo!


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  10. k buena es esta pagina ya k solo imprimy jejejeje

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  11. no entendy ni papa......... ajajajajajajjajajajaj saludes a todos ok pero esta muy buena esta pajina..... le doy un 10

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  13. De acuerdo en la ley de avogadro. Pero el número de moléculas de CO2 y O2 no es el mismo. El asunto aquí es que el fenomeno observado es contribución tanto del hecho físico como el químico. 1 mol de cualquier gas a temperatura ambiente y presion atmosférica ocupa un volumen de 22.4 L. Basados en la reacción, se tienen 44 moles de O2 y al finalizar se tienen 29 de CO2. El volumen que ocupa el gas claro que disminuye y esto se compensa al absorber el agua. Y está claro que la flama de la vela va a calentar el aire dentro del vaso y provocará lo que ya has descrito.

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  14. En el supuesto que fuese carbón "puro" encendido desde el exterior la reación sería C+O2->CO2, sabiendo que el carbono es sólido la ley de gases se aplica al oxígeno (considerando que otros gases que componen el aire no reaccionan), por tanto el número de moles de O2 es igual al de CO2 con el "agravante" de que en la combustión se produce calor por lo que el volumen final es mayor con lo que el agua debería bajar, pero sube. Cuando niños se nos decía que el oxígeno se consumía y que eso demostraba su "existencia", más tarde nos dimos cuenta que era sustituido por CO2 que teóricamente ocupa lo mismo y además está caliente y que debería bajar el agua. No he detectado que en el primer momento se "pierda" gas para que al enfriar se comprima pero que el CO2 es más soluble en agua (véase la gaseosa) que el O2 me conduce a pensar que el agua disuelve parte del CO2 producido que compensa la dilatación de la combustión.

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  15. Les recomiendo https://senderospedagogicos.blogspot.com para una explicación detallada del fenómeno.

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