Uno de los experimentos de química que se suelen hacer en época escolar es el consistente en generar energía eléctrica con un cítrico.
Como si de una batería se tratase, se introduce en la naranja o el limón un objeto de cobre (quizás una moneda) y un objeto de zinc (quizás un tornillo galvanizado). Estos dos objetos trabajan como electrodos, causando una reacción electroquímica que genera una pequeña cantidad de electricidad.
A estos polos se conectan sendos cables eléctricos cuyos extremos están a su vez conectados a un led.
La corriente circula a través del ácido cítrico, que actúa como electrolito, y consigue encender levemente el LED.
Comoquiera que el voltaje producido es insuficiente para encender un LED estándar por completo, se ensamblan dos o más cítricos en serie para poder iluminarlo.
A continuación un par de videos en el que se lleva este sencillo experimento a niveles insospechados: encender un rótulo luminoso y… ¡cargar la batería de un iphone!
Cuando la corriente eléctrica pasa por cualquier conductor se genera calor a causa del rozamiento de los electrones que forman la corriente eléctrica. Parte de la energía que transportan se disipa en forma de calor. Este efecto se conoce con el nombre de Efecto Joule.
Loe electrones ganan energía cinética en su libre circulación hasta que chocan con alguna partícula de las que componen el conductor y vuelven a iniciar su movimiento hasta el próximo choque. La energía que el electrón transmite a esta partícula se transforma en vibración al aumentar su estado energético. Los contínuos choque aumentan la energía acumulada en el conductor y se irradia en forma de calor.
El calor que se acumula en el conductor y que posteriormente se irradia, es mayor cuanto mayor sea la resistencia que el conductor opone al paso de la corriente. Esta resistencia variará en función del conductor, de su tamaño, forma y grosor.
Por ejemplo, un alambre grueso y corto ofrece poca resistencia al paso de la corriente eléctrica y, por consiguiente, se calentará poco. En cambio, un alambre fino y largo opondrá más resistencia y acumulará y desprenderá más calor. Un buen conductor desprenderá poco calor y un mal conductor desprenderá más.
La solución para obtener una buena cantidad de calor a partir de la corriente eléctrica es hacerla pasar por un no muy buen conductor muy estrecho y largo. Y generalmente dispuesto en espiral o zig-zag para comprimirlo y evitar que ocupe una superficie excesiva.
Muchos utensilios y pequeños electrodomésticos se basan en este principio elemental: estufas eléctricas, tostadoras, secadores de cabello, calentadores de agua…
Nota sabionda: La ley de Joule dice que “el calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente.
www.sabercurioso.es
Eso. ¿Por qué no son de otro color? ¿Por qué no rosa para ver la vida color de rosa?
Antes de saber del color, veamos cómo funcionan.
El ojo humano no capta todo el espectro electromagnético, solamente una parte que se denomina por ello el espectro visible. Diferentes longitudes de onda pasan desapercibidas para nuestro órgano de la visión durante el día. Pero con la llegada de la noche, o simplemente en la oscuridad, las escasez de iluminación provoca un corrimiento hacia el infrarrojo de la luz reflejada. Infrarrojo que nuestro ojo no detecta, por lo que nuestra vivión es más deficiente.
Aclaremos que para que las gafas funcionen es necesaria luz (visible o no) y que la total ausencia de onda electromagnética alguna no permitiría percibir imagen.
Las gafas están diseñadas para captar la luz infrarroja y amplificarla. Cuando los fotones entran en las gafas rebotan en unos pequeñísimos tubos de vidrio dispuestos en forma de disco. Al chocar con las paredes producen fotones secundarios que son acelerados al aplicar voltaje entre las superficies de los discos. Estos fotones secundarios crean nuevos fotones adicionales en un proceso de multiplicación que amplifica la fuente de luz.
La luz enfocada es absorbida por un fotocátodo que convierte los fotones en electrones. Estos electrones emitidos son dirigidos electrostáticamente hacia la pantalla en la que se formará la imagen de manera similar a una cámara fotográfica pero sin inversión de imagen.
Esta pantalla, por cuestiones de coste, es de fósforo verde. Como aquellos monitores antiguos que acompañaban a los viejos ordenadores. Así que los haces de electrones excitan el fósforo verde de manera que se forma la imagen.
Nota sabionda: Cuando las condiciones de iluminación son muy deficientes se suele iluminar la escena con una lámpara de infrarrojos. Indistinguible para el ojo humano pero no para las gafas de visión nocturna.
Nota sabionda: Las gafas de visión nocturna amplifican la imagen, pero no permiten ver a través de la neblina o una pared. Para ello se utilizan las cámaras térmica.
www.sabercurioso.es
Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí y aquí.
Se trata de un artículo de uso cotidiano. Las hay de varias clases, formas, tamaños y voltajes. Pero… ¿de qué están hechas las pilas?
Las pilas ordinarias constan de un depósito de cinc, recubierto exteriormente de plástico, que contiene en su centro una barra de grafito. El propio recipiente es el polo negativo o ánodo. El espacio entre las paredes del depósito y la barra de grafito lo ocupa una pasta húmeda que contiene dióxido de manganeso (MnO2), cloruro de cinc (ZnCl2) y cloruro de amonio (NH4Cl). El polo positivo o cátodo lo forma la propia barra de grafito en contacto con el dióxido de manganeso y el cloruro de amonio.
El amoniaco forma complejos con el cinc y del intercambio de electrones se obtiene un voltaje de 1,5 voltios. Este voltaje se mantiene hasta que la cantidad de reactivos se agota.
Las pilas alcalinas no tienen cloruro de amonio. Su electrolito es un hidróxido de un metal alcalino, KOH (hidróxido de potasio) o NaOH (hidróxido de sodio). El cátodo es de acero en contacto con el dióxido de manganeso y el ánodo es la cubierta de cinc. Ambos están colocados dentro de un depósito hermético de acero. En sus reacciones no se produce ningún gas, al contrario que en las otras pilas no alcalinas, en las que el amoniaco puede formar una película gaseosa aislante alrededor del grafito. Por ello son más duraderas y potentes.
Las pilas de mercurio se fabrican como pilas botón. En ellas un recipiente de acero actúa como polo positivo. El ánodo es de cinc y está situado en el centro y está rodeado de cincanato potásico (K2ZnO2), óxido de mercurio (HgO) y grafito. Son pilas de larga duración.
Todos estos metales pesados son muy contaminantes, y especialmente tóxicos para el sistema nervioso. Por eso las pilas deben reciclarse y nunca tirarse a la basura.
www.sabercurioso.es
Las barras de luz química son esas que se doblan, se agitan y producen una luz fluorescente durante horas, sin necesidad de combustión o pilas. Muy útiles para señalización de emergencia, maniobras, lectura de mapas, iluminación submarina, acampadas, pesca nocturna… incluso para el ocio: pulseras y collares que brillan en la oscuridad, cubitos y bolas para decorar nuestras bebidas nocturnas y decoración para fiestas.
Pero, ¿cómo funcionan?
Independientemente de su tamaño o forma todas se basan en el mismo principio: la quimioluminiscencia.
El DRAE nos informa que luminiscencia es la “propiedad de despedir luz sin elevación de temperatura y visible casi solo en la oscuridad, como la que se observa en las luciérnagas, los peces abisales, en las maderas y en los pescados putrefactos, en minerales de uranio y en varios sulfuros metálicos”.
Entonces, la quimioluminiscencia es la luminiscencia producto de una reacción química.
En una reacción química se recombinan los átomos de dos o más sustancias para formar un nuevo compuesto. Según la naturaleza de los reactantes la reacción puede emitir energía. Tal es el caso que nos ocupa.
En la barras de luz coexisten dos compuestos químicos que al juntarse reaccionan. Uno de los compuestos, el peróxido de hidrógeno —al que se llama activador— está contenido en una cápsula de cristal pequeña y frágil. Y esta cápsula se encuentra dentro de la barra de polietileno propiamente dicha que contiene un éster de fenil oxalato y un tinte fluorescente que es el que da el color según el producto químico que contenga.
Al doblar la barra y romper la cápsula las dos sustancias se mezclan. Y lo hacen con mayor rapidez al agitarla. Como resultado se obtienen unos compuestos producto (no importa cuáles) y una emisión de energía (que es lo que nos interesa). Esa energía excita los átomos del tinte fluorescente (sus electrones suben a un nivel energético mayor más alejado del núcleo), para luego volver a recuperar su estado de equilibrio (descendiendo a un nivel energético menor más cercano al núcleo y más estable) proceso que logran desprendiéndose de la energía sobrante en forma de fotones, es decir, produciendo luz sin calor (luz fría).
Nota sabionda: Dependiendo de los compuestos utilizados y su cantidad, la reacción química puede alumbrar durante minutos o durante varias horas. Si se calienta la barra, la energía adicional acelerará la reacción y brillará más intensamente aunque por menos tiempo. Por el contrario, si se enfría, la reacción se ralentizará y proporcionará una luz más amortiguada aunque durante más tiempo. De hecho, si se mantiene la barra en el congelador se puede preservar para el siguiente día. La reacción no se interrumpirá, pero se ralentizará considerablemente.
Nota sabionda: El 9,10-difenilantraceno proporciona un color azul, el 9,10-bis(feniletinil)antraceno proporciona el color verde y el 5,6,11,12-tetrafenil naftaleno proporciona el color rojo.
www.sabercurioso.es
Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí, aquí, aquí y en otros sitios más.
En esta entrada se trató acerca de la temperatura más baja que se puede alcanzar: el cero absoluto. Ahora, el buen curioso se pregunta: ¿Y la más alta?
La energía interna es la energía que una sustancia contiene en su interior debido al hecho de que sus átomos y moléculas están en movimiento. Y la temperatura es un concepto inventado por el hombre para asignar un número a esa energía, de manera que podamos comparar o establecer aumentos o disminuciones.
Entonces una mayor temperatura se corresponderá a una mayor velocidad de vibración, de desplazamiento y de choque de los átomos y moléculas que forman la sustancia. Y si existe límite a la temperatura que se puede alcanzar vendrá determinado por un máximo de velocidad.
¿Existe ese límite de velocidad para el desplazamiento de las partículas atómicas? Veamos antes qué sucede al calentar un sólido añadiéndole energía calorífica.
En primer lugar se operará un cambio de estado y el sólido se fundirá en un líquido, situación en la que las moléculas gozarán de más libertad de movimiento y podrán seguir aumentando su velocidad. Después se operará un nuevo cambio de estado físico y el líquido se evaporará convirtiéndose en vapor o gas, en una condición en la que sus átomos y moléculas se moverán rápida y libremente en todas direcciones.
Si la sustancia está compuesta de moléculas, tarde o temprano éstas se desharán en fragmentos más pequeños o en átomos como resultado de las violentas colisiones y la elevada velocidad. Incluso los átomos se romperán a una temperatura lo suficientemente alta, con los electrones arrancados de sus órbitas y los núcleos atómicos disgregados, dando como resultado un hirviente y fluido infierno de electrones libres y fragmentos atómicos cargados, que conocemos con el nombre de plasma y que muchos califican de cuarto estado de la materia.
¿Podemos seguir calentándolo? Sí, pero hasta un límite. Hasta que esas partículas alcancen la máxima velocidad posible en el Universo: la velocidad de la luz en el vacío. Una velocidad fijada en 1.080 millones de Km/h (300.000 Km por segundo).
La Teoría de la Relatividad de Einstein nos explica que cualquier objeto, un electron por ejemplo, puede aproximarse a la velocidad de la luz pero no alcanzarla. También que conforme una partícula se mueve más rápidamente se vuelve más pesada. Así que ha de existir un límite antes de que las partículas de un plasma alcancen la velocidad de la luz y un peso infinito. Consideraciones teóricas sitúan esa temperatura en 14×10^31 grados.
No se puntualiza si Fahrenheit o Celsius, pero a esos niveles… ¡qué más da!
Nota sabionda: Este estado de agregación fue identificado por primera vez por Sir William Crookes en 1879, y fue denominado plasma por Irving Langmuir.
Nota sabionda: El estado de plasma es más corriente de lo que parece. De hecho, la mayor parte de la materia del Universo visible se encuentra en estado de plasma. La materia de las estrellas y las nebulosas, por ejemplo, se encuentra en ese estado merced a las elevadas temperaturas.
www.sabercurioso.es
Eso es así: se posan en el tendido eléctrico y la corriente de miles de voltios no les afecta. no se electrocutan. Pero… ¿por qué?
Para entender el fenómeno debemos entender el comportamiento del flujo de electrones que conforma la corriente eléctrica.
La corriente circula entre dos puntos entre los que existe una diferencia de potencial y la intensidad con que lo hace depende de esa diferencia de potencial y de la resistencia que ofrezca el camino.
Los hilos de cobre o de otro metal son mucho mejores conductores que el cuerpo humano o el cuerpo de las aves, así que si la corriente de electrones puede escoger el camino, elegirá siempre el que le ofrezca menor resistencia. Esa es la razón de que los aparatos eléctricos dispongan de un cable para hacer tierra: si se produce una sobretensión o una descarga fortuita, el flujo de electrones elegirá antes el cable que el cuerpo humano.
En el caso que nos ocupa, los puntos en los que están apoyadas las patitas de los pájaros están tan próximos que la diferencia de potencial entre ellos es ínfima. Y por otro lado la resistencia a la conducción del cuerpo del pájaro es muchísimo mayor que la que ofrece ese minúsculo trozo de cable.
Por lo tanto la corriente eléctrica circulará por el cable y apenas una minúscula parte derivará por el cuerpo del pájaro, que no notará ningún efecto.
Otra cosa sería que hiciera contacto con otro cable de alta tensión o que rozara el cable de sujección del poste a tierra. En tal caso se electrocutaría.
www.sabercurioso.es
Eso, ¿por qué la blanquea tan blanco? ¿por qué elimina las manchas? Es decir… ¿cómo sabe la lejía que debe eliminar las manchas y dejarlo todo muy blanquito?
Al parecer sabe distinguir el blanco de los colores, pues se “come” el color si por accidente nos salpica una prenda. Y es capaz de blanquear todas las manchas con independencia de su composición química.
En realidad la lejía no sabe nada del color blanco, aunque sí del resto de colores y es que la lejía ataca a los compuestos químicos coloreados. Y a éstos los distingue en base a la situación de los electrones de sus coloreadas moléculas.
Veamos cómo.
La luz solar contiene todos los colores y es precisamente la coincidencia de todos ellos lo que a nuestra visión particular la presenta sin ningún color. Por ello la llamamos luz blanca.
Cuando la luz incide sobre una prenda puede ser que todos los colores de la luz blanca se reflejen por igual. Entonces decimos que es blanca puesto que sólo podemos juzgarlo por la luz que envía a nuestos ojos.
Si la prenda está manchada quiere decir que lo está de una sustancia que no es de color blanco. Ello supone que absorbe o retiene algunas de las frecuencias correspondientes a unos colores y refleja el resto. Esa tonalidad reflejada llegará a nuestros ojos y podremos decir que la mancha es de tal o cual color.
Cuando una sustancia absorbe energía luminosa, en realidad son los electrones presentes en sus moléculas los que realizan tal absorción. Y cuando esto sucede, los electrones se excitan hasta alcanzar un nivel de energía superior en las moléculas.
Así, en la ropa o cualquier otra sustancia de color blanco, los electrones de sus moléculas ya se encuentran al máximo nivel energético y por ello no absorben más energía y repelen todas la frecuencias de la luz solar. Y en las ropas coloreadas, manchas o cualquier otra sustancia de color, los electrones de sus moléculas tienen una energía particularmente baja y, por tanto, son susceptibles de capturar energía y de mostrar el color correspondiente a la frecuencia energética rechazada.
Y así es como funciona la lejía o hipoclorito de sodio, “tragándose” —o hablando con más propiedad oxidando— esos electrones de baja energía, de manera que ya no están disponibles para absorber energía. Provocando con ello que todo el espectro luminoso sea rebotado y que la prenda se muestre blanca a nuestros ojos.
Nota sabionda: Las lejías líquidas no son otra cosa que una solución al 5,25% de hipoclorito de sodio (NaClO) en agua.
Nota sabionda: Pero éste no es el único agente oxidante. El perborato de sodio conforma las lejías en polvo, que son más suave y no atacan a la mayoría de los tintes. Y el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada se utiliza para decolorar la melanina del cabello.
www.sabercurioso.es
¡Qué bonitos! ¡Y qué colores! Y un buen curioso, además de disfrutar del espectáculo, se pregunta: ¿cómo se consiguen esos colores?
Los fabricantes agregan a las mezclas explosivas determinados compuestos químicos que emiten luces de colores cuando sufren la acción del calor.
Cuando los átomos del compuesto absorben el calor producido por la explosión de la pólvora, aumentan su velocidad. Los electrones, que se mueven ahora mucho más rápidamente por la energía recibida, intentan recuperar su estado energético original, que recibe el nombre de estado fundamental o de mínima energía.
La manera más sencilla que tiene el electrón de deshacerse de ese sobrante energético es por medio de un destello luminoso. Y cuando un número elevado de electrones se desprende del sobrante al unísono observamos un destello muy brillante.
Distintos átomos y distintas moléculas emitirán en diferentes longitudes de onda, y aunque la mayoría corresponden a la parte no visible del espectro luminoso (infrarroja, ultravioleta…), otros emiten luz de distintos y brillantes colores que nuestros ojos pueden percibir.
El estroncio es el elemento empleado para el color rojo de un carmesí pálido, el calcio para el rojo amarillento y el litio para el carmín.
El sodio produce un tono amarillo puro y brillante.
Con el bario se obtiene un tono verde amarillento, con el cobre un verde esmeralda, con el telurio un verde hierba, con el talio un verde azulado y con en cinc un verde blanquecino.
Con el cobre se producen destellos celestes y con el arsénico, plomo o selenio, azules pálidos.
Con el cesio se logra la luz púrpura, con el potasio el magenta y con el rubidio el violeta.
Durante una tormenta con componente eléctrico son abundantes los rayos, que son unas poderosas descargas eléctricas que se producen entre dos puntos con diferente potencial, sea entre nube y nube o entre nube y tierra.
Esta diferencia de voltaje se debe sobre todo a las diferentes velocidades de ionización de los componentes de los gases que forman dichas nubes, y la propia ionización de estos componentes se debe al efecto de la luz solar y a la diferencia de temperaturas entre los distintos estratos de la nube.
Este comportamiento explosivo de la súbita descarga eléctrica, crea un tubo de vacío parcial a lo largo de la trayectoria de menor resistencia seguida por los electrones. El aire situado en el interior del tubo se calienta y alcanza temperaturas de 25.000 a 30.000º C y se expande rápidamente en unas pocas millonésimas de segundo produciendo una gran presión en el canal que puede ser mayor de 100 atmósferas; pero al mezclarse con el aire frío del entorno baja bruscamente de temperatura y se contrae, lo que da como resultado una perturbación sonora característica: el trueno, que hace vibrar el tubo como la piel de un tambor, resonando y retumbando. Comportándose más como una onda de choque que como una onda de sonido típica.
