Ludión con una bolsita de ketchup

Al ejercer presión sobre la botella, ésta se transmite a todos puntos del fluido (principio de Pascal) y comprime la bolsa de ketchup (tiene algo de aire en su interior) , eso hace que el empuje sea menor (pues el volumen ocupado por la bolsa es menor) y la bolsa de ketchup descienda en la botella. Cuando dejamos de presionar, la bolsa recupera el volumen original y el empuje (que según el principio de Arquímedes es igual al peso del fluido desalojado) aumenta.

Funciona bien si utilizamos una botella grande (de 2 litros) de plástico blando.

También se puede realizar la experiencia utilizando como ludión un tubo de ensayo invertido que conserve una pequeña cámara de aire en su interior.

El ludión fue un “invento” de Descartes. El nombre de “Ludión” se debe a que su propósito era eminentemente lúdico. En una botella llena de agua, se encontraba sumergido un diablillo que se movía según se presionase o no la botella.

Reacción endotérmica

Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción que absorbe calor.
En el vídeo vamos a ver la reacción entre dos compuestos sólidos: hidróxido de bario y nitrato amónico.

La reacción produce nitrato de bario, amoníaco y agua… y absorbe gran cantidad de calor, tanto que congela la capa de agua que queda sobre la madera y la “pega” al matraz.

Ba(OH)₂.8H₂O + 2 NH₄NO₃ → Ba (NO₃)₂ + 2 NH₃ + 10 H₂O ∆H= 80,3 KJ

En esta reacción hay un gran aumento de entropía: pasamos de 3 moles a 13 moles y de sustancias en fase sólida a sustancias en disolución. Este aumento de entropía hace que el proceso sea espontáneo, aunque la variación de entalpía del proceso no sea favorable. La espontaneidad de una reacción química viene dada por la variación de la energía libre de Gibbs

Reacción entre el ácido nítrico y los metales

En el vídeo se muestran cuatro matraces que contienen unos 50 ml de ácido nítrico en los que se deposita: oro, magnesio y cinc.

El oro no reacciona con el ácido nítrico, si queremos disolver oro tenemos que utilizar agua regia, una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico en proporción 1:3. Las limaduras de cobre y magnesio reaccionan rápidamente liberando un gas marrón. El cinc reacciona, después de un breve instante, de la misma manera.

El ácido nítrico ataca a la mayor parte de los metales, incluso a la plata y al cobre. Las únicas excepciones son los metales nobles: oro, platino e iridio. Algunos metales, como el hierro, el cromo y el aluminio no son atacados porque se pasivan, es decir, se forma una fina capa de óxido que protege al metal del ataque del ácido. Con el cinc pasa algo similar, pero finalmente la capa de óxido es atacada por el ácido nítrico.

En todos los casos tienen lugar reacciones redox: el ácido nítrico es un potente oxidante:
3 Mg + 2 NO3- + 8 H3O+ -> 3 Mg2+ + 2NO + 12 H2O
El metal se oxida y el nitrógeno del se reduce. El monóxido de nitrógeno es incoloro, pero reacciona con el oxígeno del aire y forma NO2 de color marrón.

Resonancia

Cada objeto tiene unas frecuencias propias de oscilación, si aplicamos una fuerza con una frecuencia similar a la de la estructura, el objeto comenzara a vibrar, a oscilar cada vez con mayor amplitud, en ese caso decimos que se ha producido un fenómeno de resonancia.

El vídeo que aparece a continuación es una experiencia bastante conocida: si pasamos los dedos humedecidos por el borde de una copa y realizamos un movimiento giratorio de la frecuencia adecuada, podemos conseguir que la copa vibre y emita sonido.

Una experiencia similar es el sonido emitido por los cuencos tibetanos y que, parece ser, que utilizan para iniciarse en la meditación concentrándose en el sonido emitido por el cuenco.

Bueno y ahora que estamos relajados, la experiencia inversa: un sonido de la frecuencia adecuada puede provocar una oscilación en un cuerpo sólido (una copa) y llegar a superar el límite de elasticidad del objeto y romperlo. Aviso de que el sonido puede ser molesto (alejad los objetos de vidrio del altavoz de vuestro ordenador, por si acaso…)

Aceleración de Coriolis

La aceleración de Coriolis es una aceleración ficticia que se puede observar cuando un objeto se desplaza sobre una plataforma que se encuentra girando. Desde el punto de vista del observador situado en el sistema de referencia que gira, el objeto se curva y se desvía de su trayectoria. Sin embargo, para un observador exterior, el objeto describe una trayectoria rectilínea.
En el vídeo se observa claramente este efecto:

La Tierra es una plataforma giratoria y Foucault, en 1851, construyó un péndulo lo suficientemente grande como para apreciar como su plano de oscilación se iba desviando (porque así lo hacía la superficie de la Tierra). Un péndulo de Foucault describiría una vuelta completa en 24 h si estuviéramos situados en los polos. En otras latitudes la velocidad angular del péndulo es proporcional al seno de la latitud (en el ecuador el péndulo no se desvía).

Más información sobre el péndulo de Foucault en historias de la ciencia.

Cómo mantener en equilibrio 11 clavos sobre uno

El centro de gravedad queda debajo del punto de apoyo y esto hace que se mantenga el equilibrio. Es el mismo caso que la experiencia de los cubiertos equilibrados en un palillo.

Azúcar y ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico es un ácido fuerte que además es altamente higroscópico, es decir, es capaz de absorber agua de las sustancias, incluso de extraer agua de diferentes moléculas como es el caso del azucar al que convierte en carbón.

C₁₂H₂₂O_11(s) + H₂SO_4(l) -> 11 H₂O_(g) + 12 C_(s)

El aumento de volumen que se aprecia al final, es debido a que se produce una reacción de oxido reducción entre el carbono y el ácido sulfúrico: el carbono se oxida a dióxido de carbono y el ácido sulfúrico se reduce a ácido sulfuroso que se descompone en agua y dióxido de azufre. Todos los gases que se forman: vapor de agua, dióxido de carbono y dióxido de azufre hacen que el azucar carbonizado se esponje y aumente su volumen.

Efecto Doppler

El efecto Doppler es el que se produce cuando una fuente emisora de ondas se mueve con relación al observador. Si se acerca, la longitud de onda se acorta (aumenta la frecuencia) y si se aleja, la longitud de onda aumenta (la frecuencia disminuye).
Con las ondas sonoras lo podemos apreciar fácilmente, el sonido de un vehículo que se acerca es más agudo que el que percibimos cuando se aleja.

Para entenderlo un poco mas (animación de David Harrison):

Cuando la velocidad de la fuente es superior a la velocidad de propagación de la onda es cuando se producía el fenómeno de las ondas de choque del que ya hemos hablado aquí.

Reflexión y refracción: ángulo límite

Animación flash descargada de la página: http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/
que proporciona bajo licencia creative commons animaciones de física en formato flash.
Con esta animación podemos estudiar la reflexión y la refracción de la luz al pasar del aire al vidrio. Haciendo click en "next scene" el rayo incidente está en el vidrio y modificando el ángulo de incidencia podemos observar el ángulo límite, que es aquel para el que se produce la reflexión total.

La determinación de la forma de la Tierra: Jorge Juan y Antonio Ulloa

Cualquier alumno de secundaria sabe que la Tierra no es una esfera perfecta, sino que está ligeramente achatada por los Polos. Lo que no les contamos nunca, es que dos científicos españoles participaron en este descubrimiento.

Jorge Juan (1713-1773) nacido en Novelda y Antonio Ulloa (1716-1795), sevillano, tuvieron un papel importante en la determinación de la forma exacta de la Tierra.

Existían dos teorías: científicos como Newton o Maupertius, proponían, que la Tierra era ligeramente achatada por los Polos (forma de naranja) , y, por otro lado, Cassini, astrónomo de Luis XIV, y Descartes postulaban que la forma era achatada en el ecuador (forma de limón). Para zanjar esta polémica científica, los franceses enviaron dos expediciones una a Laponia y otra a Quito, para medir el arco correspondiente a un grado de latitud. Si Newton tenía razón el arco de un grado de meridiano tendría mayor longitud en los Polos que en las proximidades del ecuador terrestre.

La primera expedición se dirigió a Finlandia, en la zona del golfo de Bothnia. Fue dirigida por Maupertius y en un año, entre 1736 y 1737, realizaron sus mediciones.

La expedición al ecuador presentó más dificultades. El territorio pertenecía a la corona española y Luis XIV pidió permiso a su primo Felipe V, para que una expedición de la Academie Royale des Sciences de Paris formada por Louis Godin, Pièrre Bouger y Charles M. de la Condamine, viajase a Quito, a medir un arco de meridiano. Felipe V accedió, con la condición de que participaran también españoles. Sorprendentemente, eligieron a dos jóvenes guardiamarinas: Jorge Juan que contaba con 21 años, y que sus compañeros en la academia militar apodaban “El Euclides”, en calidad de matemático y Antonio Ulloa de 19 como naturalista, que no contaban con el prestigio y con el reconocimiento científico de sus colegas franceses y que, en principio, tenían como misión controlar los movimientos de los franceses en territorio español.
Las mediciones se prolongaron desde 1736 a 1744. Los cinco investigadores se dividieron en grupos. Comisiones posteriores han estudiado los trabajos llegando a la conclusión de que los resultados más precisos fueron los que obtuvo Jorge Juan. Estimó el valor lineal para un grado de meridiano en el Ecuador en 56.767,788 toesas. La toesa era la unidad de longitud que se empleaba en Francia, valor que resultaba superior al medido en Laponia (57.437,9 T), lo que confirmaba la hipótesis de Newton sobre la forma de la Tierra.
Finalmente, decidieron regresar en navíos distintos, con el fin de asegurar que uno de los duplicados de las notas y cálculos llegara a su destino. Embarcaron el 22 de octubre de 1744 en dos fragatas francesas. Jorge Juan llegó a Brest el 31 de octubre de 1745. Desde allí se dirigió a París para cambiar impresiones sobre su obra y contrastar algunas particularidades observadas por él y Godín en sus observaciones astronómicas, conociendo a los célebres astrónomos Marian, Clairaut y La Caille, autores de las fórmulas que tantas veces habían empleado. Conoció a Reaumur, inventor del termómetro, y a otros célebres académicos que, en compañía de La Condamine y Bourguer, reintegrados a sus actividades, le votaron como miembro correspondiente de la Royal Academie des Sciences.
Antonio de Ulloa tuvo más dificultades. Apresada su fragata por los ingleses, que declararon la guerra a Francia durante la travesía, tuvo que arrojar al agua la documentación comprometida, no así lo referente a la medida del grado, observaciones físicas y astronómicas, y noticias históricas, que entregó no sin advertir del interés que todas las naciones de Europa habían mostrado en esta empresa.
Le llevaron preso cerca de Portsmouth, pero el duque de Bedford le concedió la libertad expresando que la guerra no debía ofender a las ciencias, ni a las artes, ni a sus profesores. Pasó a Londres, donde el Ministro de Estado Conde de Harrington, que fue embajador en España, le propuso como Miembro de la Royal Society.
Además de las mediciones, Antonio de Ulloa en sus estudios sobre la minería fue el primero en hablar de la platina o platino, como mineral diferente de la plata y el oro.

http://www.jorgejuan.net/ESPANOL/Marino/0biografia.htm
http://www.mgar.net/exp/ulloa.htm
http://www.mappinginteractivo.com/plantilla-ante.asp?id_articulo=1348

Clorato potásico y un osito de gominola

Aquí tenemos otro ejemplo de una reacción redox. Reacciona el clorato potásico fundido, un potente agente oxidante, con la sacarosa del osito. Como resultado se forma dióxido de carbono, vapor de agua y cloruro potásico. Se trata de una reacción altamente exotérmica.
De paso, el vídeo puede servir para refrescar el inglés.

Pobre osito.

Otra versión:

Para limpiar la plata

Se forra un recipiente con papel de aluminio y se echa una disolución de agua templada y sal, se sumerge la plata unos minutos y... ya está.

La plata, con el paso del tiempo, reacciona con compuestos que contienen azufre y se ennegrece, pues se recubre de una capa de sulfuro de plata,AgS.
La reacción redox (reacción de oxidación reducción) que tiene lugar es:

3 Ag2S + 2 Al + 6 H2O --> 6 Ag + 2 Al(OH)3 + 3 H2S

La plata oxidada se reduce a plata metálica, y el aluminio se oxida, se desprende sulfuro de hidrógeno (notaremos cierto olor a huevos cocidos...). El agua caliente y la sal aceleran el proceso de transferencia de electrones y los iones cloruro de la sal atacan la capa protectora superficial del aluminio, permitiendo a la plata reaccionar más fácilmente.
Funciona.

¿Magia? Sólo física: una cuestión de equilibrio.

No está trucado, he repetido la experiencia en casa y funciona.


¡Ánimo! probad que es fácil...

Ácidos y bases fuertes: Efectos sobre la materia orgánica y sobre los metales

En el vídeo se aprecian los efectos del ácido clorhídrico concentrado y el hidróxido sódico concentrado sobre una pata de cerdo y el efecto del ácido clorhídrico sobre los metales que forman un reloj.

Los ácidos fuertes reaccionan con los metales, como el hierro contenido en el acero inoxidable del reloj, formando sales metálicas y desprendiendo hidrógeno gaseoso (por eso se aprecian burbujas en la disolución). El reloj contiene otros metales, además del hierro, que son los responsables del color de la disolución.

La materia de los seres vivos, está formada básicamente por proteínas, que al ser atacadas por el ácido, se desnaturalizan, es decir, producen modificaciones en la estructura de la proteína que alteran sus funciones. La actividad enzimática tiene lugar de forma descoordinada y caótica. La alta concentración de ácido rompe los enlaces peptídicos entre los aminoácidos que forman las proteínas, destruyéndolas. Los huesos están formados de carbonato cálcico y proteínas, los carbonatos en presencia de ácidos fuertes se transforman en dióxido de carbono y agua. Al final del proceso, sólo queda la materia grasa que aparece flotando en la disolución.

Las bases fuertes tienen una reacción mucho menos espectacular, pero el grado de destrucción es visible. La sosa cáustica, primero neutraliza la capa protectora ácida de la piel y forma una capa jabonosa con la grasa, capa que puede proteger la pata de cerdo del avance destructivo de la base. Unas cuantas proteínas son también hidrolizadas por la base.
El ataque de la base no es tan fuerte como el del ácido, sin embargo, unas gotas de una disolución concentrada de hidróxido sódico en la retina pueden provocar ceguera.

El vídeo no es precisamente agradable, pero puede resultar aleccionador sobre la peligrosidad de estas sustancias. Es de la página: http://www.science-tube.com que contiene un montón de experimentos interesantes.

Eratóstenes

En el siglo III a.d.C. vivió este científico (para mí era científico) griego que sus contemporáneos (envidiosos, supongo) apodaban “beta” porque era el segundo mejor en todo. Sin embargo, fue el primero que determinó de una manera muy simple y de forma bastante aproximada el tamaño de la Tierra.

Eratóstenes era el director de la biblioteca de Alejandría y allí, consultando un papiro, leyó que en Siena (lo que es hoy Asuán en Egipto) el 21 de junio a mediodía los objetos no hacían sombra y la luz se reflejaba directamente en el fondo de los pozos.
Siena se encontraba prácticamente a la misma longitud geográfica que Alejandría, en Alejandría los objetos sí hacían sombra, eso indicaba que la Tierra era curva (está perfectamente explicado en el vídeo).
Midiendo la sombra, podemos calcular el ángulo con que inciden los rayos solares (la trigonometría, que de vez en cuando sirve para algo).

La Tierra está lo suficientemente alejada del sol como para considerar los rayos del sol paralelos. La distancia angular entre las dos ciudades será la misma que el ángulo que forma la sombra , 7,2º, se trata de ángulos opuestos de lados paralelos.

El paso siguiente, era medir la distancia entre las dos ciudades, esa distancia sería el arco correspondiente a 7,2º , sólo hay que calcular la distancia que se corresponde con 1º y luego multiplicar por 360º para calcular la longitud de la circunferencia terrestre.
Hay distintas teorías sobre las unidades utilizadas por Eratóstenes para medir la distancia entre las dos ciudades (siempre las unidades de medida, pero eso será motivo de otro post) los más fervientes partidarios de Eratóstenes dicen que utilizó el estadio egipcio y que eso le daba una estimación de la circunferencia terrestre de 39.614,4 km, frente a los 40.008 km considerados en la actualidad, es decir, un error menor del 1%.

Disfrutad del fantástico vídeo de Carl Sagan (fragmento de la serie Cosmos)

La química del amor

Para que luego digan que la química no es importante...

Presión atmosférica: más experimentos

A lo mejor recordáis el experimento de la vela en una bandeja con agua... en el siguiente experimento ocurre lo mismo: al descender la presión en el interior de la botella, el globo con agua se introduce en el interior:

Es una experiencia más sencilla de realizar que la que yo conocía, que era utilizando un huevo cocido. Era complicado encontrar una botella de vidrio con una boca del tamaño apropiado... y luego había que sacar el huevo de la botella... por si alguien no ha visto la experiencia ahí va...

Otra propuesta sobre lo mismo: los vasos siameses.
Usamos dos vasos iguales, introducimos una vela pequeña en uno de los vasos, la encendemos y cubrimos ese vaso con un trozo de papel mojado. Ponemos encima el otro vaso (boca abajo). La vela se apagará y los dos vasos quedarán soldados. Para separarlos, hay que meter los vasos en agua caliente, cuando los vasos estén fríos... ¿por qué?
Si alguien tiene interés, el experimento anterior es una réplica casera de los hemisferios de Magdeburgo, todo un acontecimiento en 1654, como no tenían tele, se entretenían con experimentos científicos.

Tabla periódica

Quizá sea un tema un tanto árido para explicar y, por eso, me sorprende la cantidad de recursos que hay sobre el tema.
Empiezo poniendo un vídeo sobre la tabla periódica en español, está bastante bien y es muy claro:

Y ahora un vídeo sobre el mismo tema en inglés, yo le pillo un error ¿cuál? (venga, quiero comentarios)

Por último tambien señalar la afición de los americanos por poner música al nombre de los elementos (en español no he encontrado nada similar). He descubierto que un profesor de Harvard y músico de nombre Tom Lehrer, nacido en 1928, creó la canción "The Elements". Existen varios vídeos sobre ella:

Principio de Le Chatelier

Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor: presión, temperatura, concentración…, el sistema evoluciona en el sentido que tiende a oponerse a dicha modificación.

La reacción del video es la siguiente:


Se trata de una reacción exotérmica.

Al añadir una disolución que contiene iones cloruro, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y la disolución toma color azul.
Si añadimos agua el efecto es el contrario, la reacción se desplaza hacia la derecha y toma color rosa.
Como se trata de un proceso exotérmico, al calentar la reacción se desplaza en el sentido que absorbe calor, es decir hacia los productos y toma color azul, si enfriamos el efecto es el contrario

Aplastando latas... y bidones

Seguimos con la presión. En este caso lo que haremos será aplastar latas de refresco vacías debido al efecto de la presión atmosférica.
Para ello, primero vaciamos la lata, echamos agua y la ponemos a calentar hasta que veamos salir vapor por la parte superior. A continuación, cogemos la lata con cuidado para no quemarnos y la volcamos sobre un recipiente con agua fría. Esto tiene dos efectos, por un lado no puede entrar aire en la lata porque la boca de la lata está en contacto con el agua y por otro, el aire caliente del interior se enfría rápidamente, y como el volumen ocupado por el aire frío es menor, se crea un vacío en el interior de la lata y la presión atmosférica hace el resto...
Vamos a ver como hacen todo esto en una clase de ciencias en los Estados Unidos...

En el programa de televisión "El Hormiguero" hicieron una experiencia basada en el mismo principio. Utilizarón un bidón (en la tele todo es a lo grande) con agua hirviendo, lo tapan y lo enfrían rociándolo con agua fría hasta que la presión en el interior del bidón desciende y la presión atmosférica .... Bueno, mejor lo veis. Os aviso de que la calidad del video es muy mala, pero la experiencia es curiosa.

Presión atmosférica

La vela calienta el aire del interior del matraz y se apaga cuando se consume el oxígeno. El aire se enfría y ocupa menos volumen en el interior del matraz (es más denso), esto hace que la presión en el interior del matraz disminuya y la presión atmosférica hace que entre líquido en el interior.

¿Por qué el agua del mar es salada?

Dedicado a Rodrigo, que no se cansa nunca de preguntar.

La respuesta está traducida de http://www.utdallas.edu/~pujana/oceans/why.html

Cualquiera que haya estado en la playa sabe que el agua de mar es salada. Todo el mundo también sabe que el agua de la lluvia, de los ríos o incluso el hielo es dulce. ¿Por qué hay agua en la Tierra que es dulce y otras que no? Hay dos pistas que nos dan la respuesta.

Primero, el agua dulce no está completamente libre de sales disueltas. Incluso el agua de la lluvia tiene trazas de sustancias que se disuelven en ella a su paso por la atmósfera. En algunos casos debido a la contaminación, pero también hay sustancias naturales.
Cuando el agua de la lluvia atraviesa el suelo, disuelve minerales. En el agua que bebemos no podemos apreciar el sabor de estas sales porque su concentración es muy baja. Finalmente, este agua con pequeñas cantidades de minerales o sales disueltas llega a los arroyos y termina en lagos y océanos. Las sales aportadas por todos los ríos del mundo equipararían el contenido de sal del océano en unos 200 o 300 millones de años.

Salinas de Cabo de Gata. Almería

La segunda pista de como el océano pudo hacerse salado, es la presencia de lagos salados como Salt Lake y el Mar Muerto. Ambos son unas 10 veces más salados que el agua de mar. ¿Por qué estos lagos son salados si la mayor parte de los lagos del mundo no lo son?. Los ríos y las corrientes llevan agua a los lagos, y otros ríos sacan agua de los lagos. De hecho, podemos considerar los lagos como embalses naturales que se producen en grandes depresiones del cauce de un río que se llenan de agua. El agua fluye a través del lago.
En Sal Lake o en el Mar Muerto, no hay salida de agua. Todo el agua que llega a estos lagos, sólo sale por evaporación. Cuando el agua se evapora, las sales disueltas quedan en el agua. Solo unos pocos ríos son salados porque los ríos aportan sales a los lagos, parte del agua se evapora, y el contenido de sal aumenta. El mismo proceso hace los mares salados. Los ríos llevan sales disueltas al océano. El agua se evapora de los océanos para volver a caer como lluvia y alimentar a los ríos, pero las sales permanecen en los océanos. A causa del enorme volumen de los océanos, cientos de millones de años de entrada de rios se requerirían para que el contenido de sal llegara a los niveles actuales.

Los ríos no son la única fuente de sales disueltas. Hace unos veinte años, se descubrieron algunos hechos en la cima de las cordilleras oceánicas que modificaron nuestras ideas acerca de cómo el mar se hizo salado. Existen géiseres submarinos que expulsan agua caliente que disuelve minerales de la corteza submarina y los lleva al océano. Estas fuentes tienen un importante efecto en la salinidad del agua del mar. Las reacciones entre el agua del mar y el basalto oceánico, la roca principal de la corteza, no se producen en un único sentido, algunas de las sales disueltas reaccionan con la roca y se depositan en ella, disminuyendo el contenido en sal del agua.
Un último proceso que lleva sal a los océanos es el vulcanismo submarino, la erupción de los volcanes bajo el agua. El proceso es similar al caso anterior en el que el agua del mar disuelve algunos de los minerales de la roca caliente.

¿Se harán más salados los océanos? Probablemente no. De hecho, el agua del mar ha tenido el mismo contenido de sal durante cientos de millones de años. El contenido en sales ha alcanzado un estado de equilibrio. Las sales desaparecen del mar para formar nuevos minerales en el fondo del océano a la misma velocidad que los ríos y los procesos hidrotérmicos suministran nuevas sales.

Para resumir: Cuando el agua entra en contacto con las rocas de la corteza terrestre, bien en la superficie de la Tierra o en la corteza oceánica, algunos de los minerales de la roca se disuelven y pasan al océano. El contenido de sal del mar no cambia debido a que se forman nuevos minerales a la misma velocidad que se añaden. El contenido en sales del agua del mar, está en equilibrio.