Experimentos de Química I

Líquidos de raro comportamiento.

Existen algunos líquidos que presentan comportamientos realmente extraños, debidos a la composición química y estructura de las moléculas que lo forman o al tipo de interacción de esas moléculas o partículas con el solvente, cuando se trata de una solución o suspensión.

Veremos uno de esos casos, que puede ubicarse dentro del último grupo mencionado.

Pongamos en un vaso algunas cucharadas de almidón de maíz (Maicena, p.ej.) y agreguemos agua como para formar una papilla bastante líquida, revolviendo con una cucharita. Ya desde el principio notaremos que no es lo mismo que preparar otras mezclas comunes en la cocina: cuesta bastante mover la cucharita. En realidad, es posible revolver lentamente, pero en cuanto aumentamos la velocidad de agitación, la resistencia al movimiento crece notablemente. Con un movimiento lento no sera dificultoso hundir la cucharita hasta el fondo, pero si intentamos un movimiento brusco, se encontrará nuevamente una gran resistencia.

Tomemos el vaso con una mano y hagamoslo mover rápidamente en círculos. Si el líquido fuese agua o leche, ya se habría volcado... Pero eso no ocurre con el líquido blanco que preparamos.

Otra prueba que demuestra el comportamiento extraño de este líquido consiste en volcarlo a otro recipiente en forma de chorro fino. Veremos que no tenemos un chorro uniforme y perfectamente vertical como ocurriría con el agua, sino que oscila y se mueve como si estuviera bailando...

Este comportamiento poco común ubica al líquido que preparamos entre los llamados fluidos no Newtonianos, y a este en particular, entre los fluidos dilatantes. Un sistema con propiedades comparables son las llamadas "arenas movedizas": se trata de una mezcla de arena y agua en la que pueden quedar atrapados animales o personas incautas. También en este caso un movimiento brusco hace que la mezcla se vuelva más rígida, dificultando o imposibilitando los movimientos.

Otro fluido no Newtoniano que encontramos en la cocina es el ketchup: generalmente ocurre que al volcar el recipiente de ketchup el contenido no salga, no se vierta. Es necesario agitar fuertemente para que el contenido se vierta con facilidad. Ocurre que la viscosidad del fluido disminuye al agitarlo, promoviendo el movimiento de las moléculas entre sí. Luego de algunos minutos la viscosidad vuelve a aumentar. Ese comportamiento es típico de los llamados fluidos tixotrópicos, y tiene considerable importancia en algunos productos industriales, como las pinturas. En efecto, al pintar con pincel, por ejemplo, se promueve el movimiento de las moléculas entre sí, la viscosidad disminuye y la pintura se extiende fácilmente. Pero la viscosidad debe aumentar rápidamente después de pintar, para evitar las "chorreaduras"...

Es ácido o alcalino?

El agua pura no es ni ácida ni alcalina. Es neutra. Pero cuando se disuelven cosas en agua, se obtienen soluciones que probablemente ya no sean neutras. Serán ácidas, como el vinagre, el jugo de limón, etc., o alcalinas (también denominadas básicas), como el agua de cal, algunos jabones, algunos líquidos limpiadores de uso doméstico, etc.

Para determinar si una solución es ácida o alcalina, los químicos usan sustancias llamadas indicadores, que cambian de color según como sea la solución que se estudia. Mamá Naturaleza nos ofrece algunos de esos indicadores en la forma de los colorantes de las flores y otros vegetales (esos colorantes se llaman antocianinas).

Veamos como se prepara fácilmente una solución de indicador. Necesitaremos algunas campanillas azules, esas flores de las enredaderas que crecen en muchos terrenos baldíos y que se muestra en la figura. También pueden servir algunas hojas de repollo colorado. Tomamos esas flores u hojas, las convertimos en tiras finas con un cuchillo, las colocamos en un vaso y las cubrimos con un poco de alcohol fino.

Otra posibilidad es hervir el vegetal con agua durante unos 10 minutos y dejar enfriar, o simplemente molerlo con un poco de agua (en una licuadora, por ejemplo). Las soluciones en agua suelen ser algo turbias, a diferencia de los extractos con alcohol.

Luego de filtrar el líquido obtenido a través de un trozo de tela o algodón, o de un papel de filtro para café, tendremos listo nuestro indicador, con un hermoso color azul.

Pongamos un poco del indicador en dos vasos y agreguemos a uno, unas gotas de vinagre (ácido): el líquido tomará color rojo; al otro, unas gotas de limpiador desengrasante para cocina o de amoníaco (álcali): el indicador tomará color verde. Tendremos entonces:

Solución de indicador + ácido: color rojo

Solución de indicador (neutro): color azul

Solución de indicador + álcali: color verde

Pero esas reacciones pueden invertirse. Si a la solución ácida de color rojo le agregamos un poco de solución alcalina (como limpiador desengrasante) el color virará a verde, pasando por azul. O sea que la solución ácida es neutralizada por el álcali, y finalmente se vuelve alcalina.

También podemos neutralizar la solución alcalina de color verde agregándole vinagre: tomará color azul, y finalmente color rojo, si se agrega un exceso de ácido.

Es una buena idea experimentar con colorantes de distintos vegetales (flores, remolacha, etc.) para prepara el indicador...

Y teniendo un indicador que funciona bien, intentemos determinar si los distintos líquidos que encontramos en nuestra casa o nuestro cuerpo son ácidos o alcalinos...

Otro indicador: Podemos preparar fácilmente un indicador comprando un chicle laxante (conteniendo fenolftaleina) en la farmacia y agitándolo en un vaso con un poco de agua. Luego filtrar para obtener una solución límpida. La solución así obtenida será incolora en medio ácido o neutro y tomará color rosado violáceo en medio alcalino.

Tinta invisible.

Y para qué sirve la tinta invisible?...Respuesta: para escribir mensajes secretos que pueden leer solo aquellos que sepan como revelarlos. Es un método que usaban algunos prisioneros de guerra para mantenerse comunicados entre sí. Veamos un par de métodos para escribir esos mensajes:

1.- Escribir el mensaje en una hoja de papel blanco con leche o jugo de limón, usando una pluma o un palito de madera con punta como lapicera (conviene usar trazos gruesos), y dejar secar. El mensaje puede revelarse calentando la hoja de papel con una plancha bien caliente o en el horno de la cocina (con el permiso de su dueña...).

2.- Escribir de la misma forma con una solución de almidón, preparada mezclando una cucharadita de almidón de maíz (maicena) o de trigo con 1/4 taza de agua, calentando hasta ebullición y dejando enfriar. El mensaje se revela mojando la hoja de papel con una solución diluída de yodo, que se prepara agregando varias gotas de tintura de yodo (que se compra en la farmacia) a 1/4 taza de agua. El escrito aparece en color azul sobre un fondo celeste.

Y ya que estamos, probemos de agregar una gota de tintura de yodo a varios mililitros de solución de almidón, agitando el recipiente después. El color azul obscuro, casi negro, que aparece explica el "funcionamiento" de la tinta invisible que describimos y es una manera que usan los químicos para detectar la presencia de pequeñísimas cantidades de yodo.

El oxígeno del aire.

En cualquier hoja de una planta hay un laboratorio maravilloso, casi mágico. La planta absorbe anhídrido carbónico del aire (ese gas que produce el efecto invernadero y el recalentamiento de nuestro planeta), toma agua y minerales a través de las raíces y con ayuda de la luz del Sol, fabrica almidón, azúcares, grasas, proteínas, etc. y libera oxígeno. Ese oxígeno que todos necesitamos para respirar!

Pero...¿cuanto oxígeno hay en el aire? Respuesta: 21%, o sea, algo así como una quinta parte (1/5). El resto es casi todo nitrógeno.

Podemos comprobar fácilmente que esa es la cantidad de oxígeno en el aire mediante estos dos sencillos experimentos:

1.- En este primer experimento se trabaja con fuego, que siempre es peligroso. Por esa razón los niños necesitarán del permiso y vigilancia de una persona mayor.

En el centro de una olla grande o una palangana y usando masilla o plastilina fijamos una velita de torta de cumpleaños (o un cabo de vela común). Luego agregamos agua en el recipiente hasta una altura de 1 cm., aproximadamente. Encendemos la vela y luego la cubrimos con un frasco de vidrio (de mermelada o café), hasta que la boca del frasco quede sumergida en el agua. Veremos que después de algunos segundos la llama se extingue y el agua sube en el frasco. Qué pasó? La llama resulta de la combinación de la cera de la vela, fundida y a alta temperatura, con el oxígeno del aire. Cuando el oxígeno existente en el interior del frasco se consume, la llama se extingue y el agua entra a ocupar el espacio que antes ocupaba ese oxígeno. Si el frasco es cilíndrico, podemos comprobar que el agua subió aproximadamente 1/5 de la altura del frasco.

En realidad, parte del agua sube porque se enfría y contrae el aire en el interior del frasco, previamente calentado por la llama de la vela. Ese problema no existe en el siguiente experimento.

2.- Repetiremos el experimento pero ahora absorbiendo el oxígeno a temperatura ambiente. Para eso, colocamos un trozo de lana de acero (de la que se usa para frotar las ollas en la cocina) en el fondo del frasco del experimento anterior, sujetándolo con una maderita o un trozo de alambre de manera que no se caiga al invertir el frasco. Luego de humedecer bien con agua la lana de acero, apoyamos el frasco invertido dentro de un recipiente que contenga un poco de agua, como se ve en la figura (si es agua coloreada con unas gotas de tinta, etc., se verá mejor) y dejamos todo en un lugar tranquilo. Luego de algunos días veremos que el agua asciende en el frasco. Esta vez el oxígeno contenido en el aire encerrado en el frasco se combina lentamente con el hierro, oxidándolo, y nuevamente vemos que el agua asciende en el frasco ocupando el lugar del oxígeno consumido. También en este experimento se comprueba que el agua sube para ocupar aproximadamente 1/5 de la altura del frasco.