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Física y Química
José Manuel Pereira Cordido. Departamento de Física y Química. IES San Clemente. Santiago
Parte experimental
Mirar, observar...
experimentar
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Temperatura
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desde 5 cm hasta 10 cm de la llama
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José Manuel Pereira Cordido Doctor en Ciencias Catedrático de Bachillerato del I.E.S. San Clemente. Santiago de Compostela Edición 2013 © Gráficos y dibujos: José M. Pereira Cordido
© Fotografías: José M. Pereira Cordido © Vídeo: José M. Pereira Cordido © Realización, edición y diseño: José M. Pereira Cordido Publicado en “Nueva Conciencia” IES Bernaldo de Quirós. Mieres del Camino.1979 Licencia Creative Commons: Reconocimiento‐NoComercial‐SinObraDerivada. Se permite la difusión del documento reconociendo su autoría No se permite un uso comercial de la obra original ni la generación de obras derivadas Mirar, observar, experimentar…
Introducción
La realización de una experiencia por sencilla que ésta sea, debe servir para ejemplarizar el método científico y poner en práctica la observación,
que, complementada con la experimentación, constituyen los pilares del
método característico de las ciencias naturales, puras y aplicadas
La palabra observar tiene en nuestro idioma un significado bien definido: examinar atentamente
, acepción que difiere notablemente del sim-
(1)
ple hecho de "mirar," Esta enorme diferencia
tiene que ser evidenciada ante nuestro alumnado, y antes del planteamiento de cualquier
fenómeno. Por otra parte, las conclusiones a
que se puede llegar tras un examen critico
de los hechos observados y experimentados son, en general, bien diferentes de las
que resultan del simple relato de algo en que
habíamos fijado la vista
Como ejemplo de lo expuesto, tomaremos una de las más socorridas experiencias
que se sugieren para alumnos de ESO y cursos elementales del otros tipos de enseñanza:
"Sobre un plato que contiene un poco
de agua, se coloca verticalmente una vela
encendida Al colocar un vaso invertido sobre la vela, el agua asciende
dentro del vaso”
José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
Algunos autores sugieren este ejemplo para comprobar la existencia
de la presión atmosférica, otros prefieren utilizarlo como comprobación de
que durante la combustión se "consume" oxigeno. Coinciden, no obstante
en pretender justificar que la e1evación del nivel de agua tiene lugar como
consecuencia del consumo de oxígeno (2).
Nuestra opinión es que -del simple relato- pudiera obtenerse tal conclusión, pero de la observación y análisis crítico de
los hechos deben deducirse otras conclusiones.
En efecto:
Si bien es cierto que el agua asciende dentro
del vaso, el consumo de oxígeno no puede ser la
causa determinante, ya que cabe aducir las siguientes razones :
a) En el hipotético caso, de que el resu1tado de
la combustión fuese solamente CO2 (gas) y H2O (vapor), por cada mol de oxígeno se originarían más moles de productos gaseosos.
C6H14 + 9.5 O2 -------> 6 CO2 + 7 H2O +calor
Habría un incremento del volumen, aún en el
caso de que todo el vapor de agua condensase, por la
razón aducida en el punto c).
Los alumnos que sepan un poco de química, deben intentar escribir una reacción de combustión análoga a la de arriba (suponga que fuese cualquier hidrocarburo) ajustada.
b) En el supuesto .de que la combustión origine
solamente CO2 (gas) y H20 (vapor) -imposible por las
condiciones en que tiene lugar la reacción-, cada 9 ,5
moles de oxígeno originan 6 moles de CO2 y 7 de agua.
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José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
Podría concebirse una reducción de volumen si admitimos que todo el
vapor se condensa, pero esta reducción sería imposible por la razón abajo
expuesta.
c) En las situaciones limites arriba expuestas ha de considerar- se
que si el calor .de combustión de la estearina es
= 2.697 cal.mol-g
(3)
−∆H
y puede admitirse para la capaci-
dad calorífica media molar del aire, el va1or
(4)
cpm =
6.972 cal/mol-g ºK. puede calcularse para el caso b)
un incremento de 800º C en la temperatura del sistema.
Ello compensa con creces la supuesta disminución de volumen de b) y conduce a que, en las dos posibilidades contempladas, el volumen se incremente.
La situación real incluirá los casos a) y b), no
todo el vapor de agua se condensará y, en virtud de lo
indicado en c), debería de existir un incremento del
volumen.
En definitiva, todo indica que el volumen se
incrementa. Nos preguntamos ¿Entonces que pasa?.
¿Cuál es la razón que justifica que el volumen disminuya y, consecuentemente, el agua ascienda dentro del vaso?
Nuestra propuesta
Todas las consideraciones precedentes no permiten justificar el
ascenso del agua, en consecuencia, decidimos realizar la experiencia para
averiguar la razón del ascenso. Las figuras de las páginas anteriores son las
secuencias de la experiencia.
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José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
Al hacerla observamos y, entre otros, hemos anotado los siguientes
hechos :
1.- Al colocar el vaso invertido sobre la vela, casi inmediatamente se
desprenden una o dos grandes burbujas de gas,
luego el agua asciende muy lentamente mientras la
vela permanece encendida.
2.-Cuando ésta se apaga tiene lugar un brusco ascenso del agua, unas seis veces mayor que el
anterior.
3.- Se observan humos, se condensa algo de
vapor de agua, y al retirar el vaso se puede notar
que está templado y un notable y característico olor
a acroleína.
El paso siguiente ha sido repetir la experiencia utilizando un tubo de vidrio de cinco centímetros de diámetro y 30 centímetros de longitud tal como se esquematiza en la figura de la izquierda.
Un extremo se cerró mediante un tapón de caucho provisto de dos
orificios (uno en el, centro y otro en el borde), a través de los que podían
penetrar sendos termómetros. Colocamos una pequeña escala dividida en
milímetros adherida al tubo, con el cero de la escala en el borde del otro
extremo del tubo.
En el transcurso de veinte experiencias comprobamos que los ascensos oscilaban entre 6,0 y 7,0 centímetros, y que los valores de dichas elevaciones no parecían depender de la cantidad de aire, que siempre salía por
la parte inferior del tubo.
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José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
350
Para comprobarlo, repe-
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Temperatura
ºC
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timos otras tantas veces la ex-
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periencia, colocando primera-
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mente el tubo y cerrando lue-
100
go con el tapón el extremo
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del tubo.
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desde 5 cm hasta 10 cm de la llama
Operando de este modo,
no se desprenden burbujas, y a
pesar de que la cantidad de aire encerrada se había reducido en un 10 por
100, las elevaciones observadas oscilaban también entre 6,0 y 7,0 centímetros.
Durante todas las experiencias, medimos el tiempo que permanecía la
vela encendida, oscilando entre 4,5 segundos (ascenso, seis centímetros) y
22 segundos (ascenso, 6,2 centímetros).
De todo ello hemos deducido que no existe correlación alguna entre la cantidad de oxígeno que interviene en la combustión, y los ascensos observados; a pesar de que, curiosamente, la desaparición del 21 por
100 del aire del tubo (la absoluta totalidad del oxígeno) originaría precisamente un ascenso de seis centímetros.
Pero también hemos concluido que la dilatación del aire es la causa
determinante de que se escapen las burbujas, y bien podría ser que el
brusco enfriamiento de los gases al apagarse la llama provocase el ascenso.
Para comprobarlo y dado que, por la «inercia» de los termómetros de
mercurio y la brevedad del fenómeno, las indicaciones de éstos eran de sólo
una decena de grados sobre la temperatura inicial, procedimos a realizar
una medida de la temperatura de los gases en la vertical de la llama.
Los resultados se representan en la figura 1 y cada punto representa
la media de diez medidas.
Como es sabido, aún a una elevada distancia de la llama, la temperatura de los gases es muv elevada.
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José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
Comprobamos…y concluimos
Después de las consideraciones teóricas y las comprobaciones que
hemos realizado, concluimos que al colocar el vaso sobre la llama, no hacemos otra cosa que «llenarlo» de un gas muy ,caliente (estimamos que
próximo a 100° C) y que se mantiene a esta temperatura mientras permanece la vela encendida. Al apagarse, se origina un rápido enfriamiento y
consiguiente
disminución del volumen;
ello
provoca el ascenso observado.
Todo ello está en ,buen acuerdo con
nuestras anotaciones sobre el hecho observado,
pero es oportuno el comprobarlo.
A este fin, colocamos el mismo tubo
empleado en anteriores experiencias, sobre la
misma llama, llenándolo de gases resultado de la
combustión. Al hacerlo descender sobre la llama, y
repleto de gases calientes de la combustión,
conseguimos casi siempre que la llama de la
vela se extinguiese antes de que el borde
inferior del tubo tocase el agua.
Haciendo así la experiencia y, repitiéndola
unas veinte veces, observamos que los ascensos eran idénticos -dentro de
nuestros límites de error- a los de anteriores experiencias.
Terminamos afirmando que por lo hasta aquí expuesto, creemos bien
probado que es la contracción de los gases, ocasionada por el enfriamiento de éstos, la causa determinante del ascenso y que tanto las consideraciones teóricas como las pruebas experimentales aportadas no
permiten relacionar dicho ascenso con el consumo de oxígeno.
Nos parece pues, una excelente manera de comprobar que los gases
al enfriarse se contraen. Nada más
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José Manuel Pereira Cordido. Catedrático de Física y Química. IES San Clemente.Santiago.
Referencias:
I) Diccionario de la Lengua Española. Real Academia Española, 19 edición, página 933. Editorial Espasa Calpe. Madrid 1970.
2) «Los temas de Física en la segunda etapa de E. G. B.». Ideas y
orientaciones para el profesor. Vol. 1, página 43. Instituto de Ciencias de la
Educación de la Universidad de Santiago, 1978.
3) A. O. HOUGEN, K. M. WATSON, R. A. RAGATZ, «Principios de los
procesos químicos». Vol. 1, página 323. Ed. Reverté, Barcelona, 1964.
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