Seguramente habrás hecho esta experiencia, ya sea como escolar o como docente. Además es figura popular en muchos libros de texto.
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.
Y de ahí no más la transposición didáctica comenzó a hacer desastres. Hemos aprendido y dicho cosas como:
El agua sube en el vaso :
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 y el agua sube a ocupar su lugar.
Una primera impresión nos hace pensar que es lógico, pues se apaga porque se ha consumido el oxígeno y como éste es aproximadamente el 20% del aire, el agua ha pasado a ocupar su lugar. Además así hemos conseguido hacer una fábrica de nitrógeno, pues lo que queda en el aire será nitrógeno casi puro.
Nada más lejos de la realidad.
Otro señor, Amedeo Avogadro, en 1811 afirmó que
"Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas"
La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente mas habitual.
La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.
O sea... se "gasta" un gas pero "aparece" otro...
Entonces... ¿Porqué sube el agua dentro del 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.
* Esto se debe a un fenómeno físico llamado presión atmosférica
* Bien, mientras la vela esté encendida, calienta el aire dentro del vaso y consume oxígeno. Cuando la vela se apaga por falta de oxígeno, el aire dentro del vaso se enfría.
* Al enfriarse, disminuye la presión del aire que se encuentra dentro del vaso.
* Como la presión del aire (atmosférica) que está afuera del vaso es mayor a la presión del aire que está dentro del vaso; el aire alrededor del vaso "empuja" al agua y está sube dentro del vaso. El agua subirá, hasta que la presión del aire dentro del vaso sea igual a la presión del aire de afuera.
¿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!
Fuentes editadas
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5
Para conocer otros errores que solemos cometer se sugiere leer:
Las inquietudes del Sr. K sobre la rigurosidad de los contenidos escolares. En: Didáctica de las Ciencias Naturales. Ed. Piados Educador, 7° edición. Argentina .
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