Experimentos de Química II

Sólido, líquido, gas...

Todas las sustancias comunes se encuentran en alguno de esos tres estados: Sólidos como un trozo de madera, un cubito de hielo, una piedra... Líquidos como el agua, el alcohol, la nafta... Gases como el aire (que es principalmente una mezcla de dos gases: oxígeno y nitrógeno), el gas que usamos para cocinar, el anhidrido carbónico (que le da las burbujas a las bebidas gaseosas)... Y las sustancias puras pueden pasar de un estado al otro, según la temperatura. Si ponemos unos cubos de hielo (agua sólida) en una olla y los calentamos, se funden (pasan a agua líquida) y finalmente el agua hierve y se evapora (pasa a vapor de agua, un gas). Si ponemos una cuchara fría sobre el vapor de agua, esta condensará nuevamente a agua líquida.

Pero algunas sustancias prefieren pasar directamente del sólido al gas, sin pasar por el líquido (eso se llama sublimación). Para ver ese fenómeno, hagamos el siguiente experimento:

En un frasco de vidrio (de café, mermelada, etc.) colocamos una bolita de naftalina (la que se usa para combatir las polillas), tapamos el frasco y lo calentamos en una ollita conteniendo un poco de agua (a baño maría). Cuando el agua esté bastante caliente (unos 80ºC), pongamos un paño humedecido con agua enfriando la parte superior del frasco, manteniendo todo durante 5 o 10 minutos. Veremos que en la parte fría del frasco se habrán formado cristalitos brillantes de naftalina, como pequeñas hojitas.

Nuevamente, como en el primer experimento de este capítulo, observamos la formación de cristales. Pero ahora no estarán formados por átomos con cargas positivas y negativas (iones) de forma esférica, como pequeñas bolitas. Los cristales de naftalina (naftaleno para los químicos) están formados por moléculas como la que se ve en la figura, que son en este caso una agrupación de átomos de carbono (color verde en la figura) formando un doble anillo, con átomos de hidrógeno (color amarillo) unidos a algunos carbonos.

Cuando calentamos la bolita de naftalina, muchas de estas moléculas salen volando y forman un gas, que se mezcla con el aire del frasco. Pero en cuanto tienen la oportunidad y encuentran una pared más fría en el frasco, esas moléculas se unen nuevamente entre sí para formar la naftalina sólida, sin pasar por el líquido.

Y los gases comunes, pueden convertirse en líquidos? Sí que pueden. Si el aire común se comprime y enfría lo suficiente (¡a unos 200 grados bajo cero!...), pasa al estado líquido. En la industria se hace eso para luego separar el oxígeno del nitrógeno, y a continuación cada uno de esos componentes, otra vez como gases a temperatura ambiente, se envasa en cilindros de acero. Son los cilindros de oxígeno que se usan en los hospitales, o para soldar, etc. Y el nitrógeno puro también tiene muchos usos, no tan conocidos.

Cuando los cristales se disuelven.

¿Qué pasa cuando conectamos con un par de cables una lamparita a una pila? Los electrones, que son partículas con carga eléctrica, circulan de un polo a otro de la pila a través de los cables y la lamparita se enciende. Pero eso ocurre porque en el metal del cable existen electrones "sueltos" que pueden moverse libremente.

Veamos afuera que pasaría con un cristal, por ejemplo de sal común. Habíamos visto al comienzo de este capítulo (Cristales, cristales...) que los cristales de sal están formados también por partículas cargadas, los iones positivos y negativos. Pero si en nuestro conjunto de lamparita y pilas probamos si la corriente pasa a través de un cristalito de sal gruesa, por ejemplo, veremos que no, no pasa. Y eso ocurre porque los iones de la sal están firmemente "anclados" en sus lugares por la atracción con sus vecinos de distinta carga (cuerpos con distinta carga se atraen, con igual carga se repelen). Pero si disolvemos la sal en agua, la solución que obtengamos si conducirá la corriente eléctrica. Pero ahora no van a ser los electrones los que circulen (como en un metal) sino los iones positivos y negativos, que ahora están "sueltos" en la solución. Para comprobar todo esto, hagamos el siguiente experimento:

En un vaso de vidrio o de plástico ubicamos dos clavos bien lijados y conectados cada uno a un cablecito, cuidando que no se toquen entre sí. Por otra parte, conectamos en serie dos pilas comunes, con un cable que vaya del polo positivo de una al negativo de la otra, o manteniendo a presión una pila en contacto con la otra (como en una linterna) por medio de una cinta elástica, por ejemplo.

Luego conectamos los cables que vienen del vaso a los polos libres del par de pilas, pero interponiendo en uno de los cables un LED (diodo emisor de luz, en el cual el conector señalado con un corte plano en la base del LED debe ir al polo negativo de la pila). Ver figura.

Si ahora vertemos agua de la canilla en el vaso, veremos que en cuanto los clavos entran en contacto con el agua, el LED se enciende. O sea que el agua común (no destilada) tiene iones en solución que conducen la corriente eléctrica.

Vaciamos ahora el vaso y lo llenamos lentamente con agua destilada (que se consigue en las farmacias). Si el agua no es purísima (como ocurre a menudo), al llegar a cierto nivel el LED encenderá débilmente. Si entonces agregamos al agua del vaso media cucharadita de sal y agitamos, veremos que el LED enciende en forma mucho más brillante, debido a que los iones de la sal que quedan en la solución permiten el paso de una corriente más intensa.

El experimento también puede hacerse reemplazando el LED por una lamparita común de linterna.

La electrólisis del agua.

Si durante el experimento anterior observamos atentamente los clavos que actúan como electrodos veremos que, principalmente sobre uno de ellos, se forman burbujitas de gas. Conectando directamente los electrodos a las pilas (sin interponer un LED o lamparita) ese desprendimiento de gas será mucho más intenso.

Lo que está ocurriendo es que, por pasaje de la corriente eléctrica, se está descomponiendo el agua de la solución en sus dos componentes: oxígeno, que se desprende sobre el electrodo positivo (se ve claramente) e hidrógeno, que se desprende sobre el electrodo negativo (menos evidente). Ese proceso se denomina electrólisis del agua.

El agua es representada por los químicos con la fórmula H₂O, que significa que tiene dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno. Aún en el agua pura, unas pocas de esas moléculas se descomponen en los iones H⁺ y OH^-, que son los que se neutralizan en los electrodos de nuestro experimento y forman el hidrógeno y oxígeno gaseosos.