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Experimento de flotación: el agua y el aceite congelados

Experimento de flotación: el agua y el aceite congelados

¿Puede flotar el aceite de oliva congelado en el aceite de oliva líquido?

Todo el mundo sabe que el hielo flota sobre el agua, pero este comportamiento ¿es normal? Si estás asintiendo con la cabeza o simplemente te encoges de hombros, coge un poco de aceite de oliva y un cubito de hielo porque te encontrarás con una sorpresa.

Experimento de flotación: el agua y el aceite congelados Experimento de flotación: el agua y el aceite congelados

Manos a la obra

Experimento de flotación: el agua y el aceite congelados

Llena dos vasos pequeños, o dos compartimentos de una bandeja de cubitos de hielo, uno con aceite de oliva y el otro con agua.

 

 

el agua y el aceite congelados

Coloca el experimento en el congelador y espera dos o tres horas. En el video de lapso de tiempo de mi congelador (ver arriba), te darás cuenta de que el aceite de oliva se vuelve sólido mucho antes de que se haya congelado el agua. Hay una buena razón para ello y se llama calor específico, pero más sobre esto más adelante.

sacar cubitos de hielo de agua y aceite

Coge tu experimento helado del congelador y échale un buen vistazo. Parece que has ganado un poco de agua extra, pero de hecho, el número de moléculas es exactamente el mismo (en todo caso, es posible que tenga un poco menos debido a la evaporación). El agua se expandió cuando se congeló. El aceite de oliva, por otra parte, se ha reducido.

vasos con agua y aceite

Para ver qué efecto tienen en expansión o contracción en el dinamismo el aceite de oliva y el agua congelada, llena dos vasos grandes uno con agua líquida y el otro con aceite de oliva.

 

el hielo flotando en el vaso de agua

Tu ya sabes que los cubitos de hielo flotan pero la pregunta es, ¿flotará el aceite de oliva congelado en el aceite de oliva líquido

 

 

el aceite congelado se hunde

¡Ta-chaaan! El aceite de oliva congelado se hunde en el aceite de oliva líquido, y se plantea la pregunta: ¿por qué la diferencia? Y mientras piensas acerca de las propiedades anómalas de quién se está comportando más extraño: ¿el aceite de oliva o el agua?

 

¿Qué está pasando?

El agua es la única sustancia que la mayoría de nosotros nunca encontraremos al mismo tiempo en el estado líquido y el sólido. No es sorprendente, entonces, que la curiosa costumbre de que el agua flote después de la congelación parezca perfectamente normal. Es normal en el agua, pero el agua está lejos de ser normal.

Todos los líquidos se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Es por eso que trabajan los termómetros. Las sustancias "normales" siguen reduciéndose hasta que se vuelvan sólidas. El agua no es una excepción hasta que se enfríe debajo de 4 grados centígrados. Luego hace algo bastante extraño. Por debajo de 4 grados, el agua comienza a expandirse, y continúa haciéndolo hasta que llega a cero y se vuelve sólida. Para entonces, el volumen aumenta en un 9 por ciento. Esto es algo muy raro que lo haga una sustancia.

El hielo flota porque como aumenta el volumen de agua por debajo de 4 grados centígrados, su masa sigue siendo la misma, por lo que su densidad disminuye. A 4 grados Celsius, un litro de agua pura pesa con precisión 1.000 gramos. Si se congela, su bloque de hielo tendrá un nuevo volumen de 1,09 litros. Si se cortan cuidadosamente los 90 ml de hielo sobrante, tendríamos un bloque de un litro de hielo y pesaría 917 gramos. Ahora, a pesar de que he cortado un poco de hielo, el nuevo bloque de hielo de un litro todavía flota porque su densidad sigue siendo 917 gramos por litro. Cortar el hielo no cambia la densidad.

El aceite de oliva se comporta de manera muy diferente. Desde el estado líquido se reduce todo el camino hasta el punto de congelación y, cuando lo hace, su densidad aumenta. Una masa helada de aceite de oliva es más densa que el aceite de oliva líquido y, por lo tanto, se hunde siempre. Eso es lo que hacen "normalmente" las sustancias. Si dejamos una luz de vela de té el tiempo suficiente para quemar toda la cera y que se derrita y luego la soplamos para apagarla, verás que la cera también se hunde cuando se enfría. La pista está en la forma de la superficie cóncava de cera congelada. La superficie de un cubo de hielo es convexa.

Para entender por qué se expande el agua cuando se congela, mientras que otras sustancias se contraen, se necesita saber un poco sobre la temperatura y las moléculas. La temperatura es en realidad una medida de la velocidad promedio (energía cinética) de las moléculas de una sustancia. Un vaso de agua puede tener un aspecto a temperatura ambiente, donde las moléculas están chocando hacia adelante y atrás a velocidades locas de más de 1.900 kilómetros por hora. No van muy lejos antes de que golpeen a otra molécula de agua y cojan alguna otra dirección. A temperatura ambiente, una molécula de agua experimenta choques alrededor de dos y medio millones de millones de veces por segundo (que son 2.500.000.000 colisiones por segundo).

A 50 grados, las moléculas viajan a alrededor de más de 2.000 kilómetros por hora, por lo que rebotan entre sí más rápido, lo que significa que se golpean entre sí un poco antes. Es por eso que el agua se expande con el calor. En agua fría de hasta 4 grados las moléculas siguen chocando hacia adelante y atrás a alrededor de 1.850 kilómetros por hora, pero ahora, gracias a su velocidad un poco más lenta, están un poco más cerca de la media. Pero cuando el agua se enfríe por debajo de 4ºC, la gran fuerza de atracción entre la parte cargada negativamente de una molécula puede empezar a alinearse con la parte cargada positivamente de otra. A cero grados, la atracción es tan fuerte que las moléculas se bloquean. Ellas todavía vibran a velocidades de vértigo, pero ya no pueden liberarse de sus vecinas.

Lo curioso de las moléculas de agua en comparación con la mayoría de otras sustancias, como el aceite de oliva, es que son polares. Tienen dos extremos, uno con carga positiva y otro con carga negativa. Cada extremo positivo puede enlazar con el extremo negativo de otra, que une tres moléculas de agua juntas. El extremo negativo se puede unir al extremo positivo de la otra formando un tercer enlace, que crea una estructura cristalina tetraédrica. Debido al tamaño y la forma de la molécula de agua, esta estructura ocupa más espacio que cuando las moléculas de agua chocan libremente en estado líquido caliente, y es por lo que el hielo flota. Silicio, galio, germanio, bismuto, antimonio y otras moléculas polares también forman cristales tetraédricos que flotan cuando se sumergen en su forma líquida más caliente, pero no (o al menos, no deberíamos) e encontrarnos a cualquiera de ellos en su forma líquida después de ponerlos en la nevera.

Es una buena cosa, por cierto, que la mayoría de las sustancias se contraigan cuando se congelan. Si no fuera así, trabajos como el moldeo por inyección serían imposibles, y eso es sólo para empezar. También es una buena cosa que el agua se expanda cuando se congela, porque si no fuera así, los lagos en los climas fríos se congelarían en invierno, acabando con todas las criaturas que tienen una posibilidad de vivir dentro de ellos. No es tan bonito, sin embargo, cuando alguien se olvida una botella de champán o cerveza en el congelador. Hay una buena probabilidad de que la botella explote cuando el agua se congela y se expande en su interior. Las montañas se erosionan por la misma razón, porque el agua que se congela entre las grietas de una roca crea suficiente presión para partirla por la la mitad.

Así que ahí lo tienes. El hielo flota, el aceite de oliva congelado se hunde y debería ser más que suficiente para mantenerte sonriendo mientras está masticando tus aceitunas y ¡bebiendo un refresco!

Modificado por última vez enMartes, 01 Diciembre 2015 09:52