Experimento De Presión Atmosférica

El clásico de la vela sobre un plato con agua; sobre la vela se pone un vaso boca abajo; el agua sube por el vaso.

Experimento De Presión Atmosférica

Muchos de los asistentes conocían el experimento, así que pregunté cuál era la razón por la que el agua subía. Algunos dijeron que porque en el vaso se había hecho el vacío y la presión atmosférica que actuaba sobre el agua del plato había hecho subir el agua por dentro del vaso.

Esta experiencia fue hecha por primera vez por Lavoisier para demostrar que el oxígeno era necesario para la llama. Mejor dicho, para demostrar que en el aire había algo que permitía la combustión. A ese algo lo llamó oxígeno.

A continuación pregunté que por qué se había producido el vacío y ahí hubo varias hipótesis:

1. Por que la vela al arder ha acabado con el oxígeno. Por eso la vela se ha apagado y por eso el agua sube.
2. Por que la vela al arder transforma en hollín la cera y el hollín es menos voluminoso que el oxígeno.

Les dije que no, que ninguna de esas razones era la correcta. A la primera dije que el oxígeno se combina con el carbono y se forman moléculas de dióxido de carbono.

A la segunda se remite a la primera. Básicamente la vela al arder produce dióxido de carbono + agua. El agua está en forma de vapor.

Cera + O2 --> CO2 + H2O

Entonces les recordé que la Hipótesis de Avogadro establecía que dos gases que posean el mismo volumen (a igual presión y temperatura) deben contener la misma cantidad de moléculas

Abundando un poco en lo que esto significa:

Un litro de cualquier gas contiene el mismo número de moléculas de cualquier otro gas.

O dicho de otro modo, dado un número X de moléculas de un gas, ocupan el mismo volumen sea el gas que sea.

O dicho de otro modo un litro de Oxígeno tiene el mismo número de moléculas que un litro de CO2.

En nuestro caso, cuando arde la vela el oxígeno que había en el vaso se transforma es dióxido de carbono. Pero hay el mismo número de moléculas; por tanto el volumen es el mismo.

Entonces una persona del público me hizo una pregunta muy inteligente: “Sí, pero ahora la molécula es de CO2; hay dos de Oxígenos, por tanto, el número de moléculas es la mitad y el volumen es la mitad”.

Sin duda la pregunta es muy inteligente, pero no es correcta pues el oxígeno normal del aire es O2. Hay algo de O y algo de O3 pero en cantidades insignificantes.

Por tanto X moléculas de O2 ocupan lo mismo que X moléculas de CO2. (La verdad es que la hipótesis de Avogadro es poco intuitiva; la intuición nos dice que si las moléculas de CO2 que son más gordas debían ocupar más. Claro que nuestra intuición se equivoca porque a temperaturas normales, en un gas, las distancias entre moléculas es lo que define el volumen y no el tamaño de la molécula. Las moléculas están tremendamente separadas, tanto que su tamaño no influye en el volumen que ocupan.)

Con el vapor de agua que se produce pasa un poco lo mismo, el O2 se convierte en H2O + H2O. Si las moléculas de agua estuvieran separadas, el volumen ¡aumentaría! Pero el agua es una molécula polar y tiene tendencia a pegar unas moléculas a otras.

¿Entonces, por qué demonios sube el agua por el vaso?

La clave está en la frase de la hipótesis de Avogadro: a igual presión y temperatura. Cuando acerco el vaso a la vela, ésta calienta el aire. El aire caliente ocupa más que el aire frío.

Cuando bajo el vaso al plato, la vela consume el oxígeno y sigue calentando el aire y parte se escapa por el fondo del vaso; si uno se fija bien, se ven burbujas saliendo. Se acaba el oxígeno y el aire se enfría. Como el aire frío ocupa menos, el agua asciende.

¿Hay alguna forma de probar que lo que he dicho es correcto?

SI, muy sencilla. Se pone la vela dentro del vaso, fuera del plato, de modo que el aire se caliente. Lo dejamos un ratito –como el oxígeno se renueva, la vela no se apaga-. Cuando ya está bien caliente, retiramos la vela y bajamos el vaso –rápidamente- al plato con agua. El aire se enfría y agua sube por el vaso.

Para terminar: ¿Por qué el aire caliente ocupa más volumen?

El calor es agitación. Cuanto más calor, las moléculas están más agitadas, se mueven más deprisa, por tanto su distancia media aumenta… Su volumen es menor.

Bueno, ¡uff lo que da de sí un simple experimento con un vaso, una vela y un plato con agua!

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