EXPERIMENTA CON LA QUÍMICA
CORTAR HIELO CON UN ALAMBRE
DESCRIPCIÓN
Este experimento se basa en intentar cortar un bloque de hielo a poder ser cuadrado o rectangular para que se pueda ver mejor. Lo curioso es que si cortas el hielo después se vuelve a unir, y nuestro principal objetivo es averiguar por qué ocurre eso y qué materiales cortan mejor o peor el hielo.
Además, queremos estudiar también la parte física del experimento: el peso que actúa para cortar el hielo, la fuerza normal del hielo y de la estructura...
MATERIALES
El objetivo es averiguar por qué el hielo vuelve a cortarse tras ser cortado y conseguir explicarlo adecuadamente. Investigar también qué ocurre con diversos alambres.
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Bloques de hielo.
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Alambre de hierro.
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Alambre de plastificado.
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Pesas o pares de objetos como las zapatillas como peso.
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Tablas de madera (como soporte).
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Celo o cinta aislante.
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Imagen del bloque de hielo sujeto a las tablas de madera.
Imagen tomada durante el experimento.
PROCEDIMIENTO
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Lo primero que hay que hacer es un montaje experimental. En él montaremos una estructura simple con las tablas de madera en la que pondremos un hielo de tal manera que el alambre corte por ambos lados con la misma fuerza y se pueda grabar y observar detenida y adecuadamente lo que ocurre.
Después colocaremos el hielo e iremos experimentando con los distintos alambres. Además, iremos variando el peso para ver si también afecta. Finalmente, solo queda esperar y observar.
Imágenes del bloque de hielo con el alambre.
Imagen tomada durante la práctica.
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Hoy (/2/5/18) hemos hecho el experimento por primera vez. No ha salido del todo mal, especialmente si tenemos en cuenta que no hemos utilizado los materiales correctos, pero hay varios fallos que tenemos que corregir y que harán que el experimento quede mucho mejor para la próxima vez.
La primera cosa es la forma del bloque de hielo, ya que no ha salido del todo rectangular ni igual de congelado por todos los dados y esto hacía que se cortase más rápidamente por un lado que por el otro. Pese a que sea solo por estética, quedaría mucho mejor si el hielo fuese totalmente rectangular. Creemos que ha sido porque el cajón del congelador en el que se ha ido formando estaba ligeramente inclinado.
Después hemos atado una zapatilla a cada extremo del alambre como si fuesen pesas para que cortasen el hielo. Es cierto que tienen un peso teóricamente igual , pero para la próxima vez deberíamos usar unas pesas e intentar ponerlas a la misma altura con una mayor exactitud, ya que estamos convencidos de que esto también ha afectado en el hecho de que se haya cortado más por un lado que por el otro.
Otra cosa que debemos mejorar es la estructura que sujeta el hielo, ya que la cinta aislante ha dado problemas al final del experimento, pues han comenzado a mojarse un poco los
trozos de cinta y se han ido despegando, haciendo que la estructura y el experimento en sí casi se arruinen.
Finalmente, el único detalle que también se nos ha olvidado ha sido cambiar la masa de los pesos e ir cambiando los tipos de alambres, pero como era la primera vez que lo hacíamos tampoco hemos querido hacerlo muy complicado.
Sin embargo, hemos salido muy satisfechos de esta primera experiencia y hemos logrado nuestro objetivo principal: que el alambre corte el hielo y este se vuelva a juntar. Al principio no se cortaba casi porque el hilo estaba muy frío (ni siquiera goteaba), pero a medida que pasaba el tiempo el hielo se iba derritiéndose poco a poco y el alambre iba penetrando.^Por último, al recoger todo e intentar sacar el alambre del hielo, nos hemos llevado la gran sorpresa de que no podíamos ya que estaba totalmente enganchado y el hielo que había sido cortado se había vuelto a juntar totalmente. Era como si el alambre hubiese estado ahí desde el principio y nadie supiera cómo ha llegado hasta ahí.
Una vez finalizada la experiencia por primera vez nuestra curiosidad ha aumentado mucho y nos han surgido bastantes preguntas.
La primera es ¿qué ocurre realmente? ¿por qué el hielo se corta y luego se vuelve a unir? Bueno, después de un buen rato investigando encontramos que la presión que aplica el peso al hielo mediante el alambre hace que el punto de fusión disminuya. Este proceso se llama regelación.
La regelación es un proceso por el cual un material se derrite al aplicarle presión y se vuelve a congelar cuando se le deja de aplicar esa presión. Este fenómeno explicaría perfectamente lo que ocurre en nuestro experimento, pero no nos íbamos a quedar ahí con nuestra investigación. (A parte nos hemos dado cuenta de que es un proceso poco conocido, ya que solamente Wikipedia y un par de vídeos de Youtube hablan de una forma clara y directa sobre ello).
La regelación se utiliza normalmente para hablar sobre el hielo, y además se suele hacer el experimento que nosotros estamos haciendo para explicarla. Pese a que la idea no ha sido totalmente nuestra, nosotros no teníamos ni la más mínima idea de este fenómeno y nos ha sorprendido mucho que para explicarlo los científicos o educadores lo suelan utilizar.
Lo que ocurre durante la regelación tampoco es muy complicado de explicar: los puentes de hidrógeno se rompen, la estructura cristalina se ve destruida y el H20 se queda en una fase de hielo intermedio entre la forma sólida y la líquida.
La regelación fue descubierta por Michael Faraday. La regelación ocurre solamente en sustancias, como el hielo, que tienen la capacidad de expandirse cuando se congelan. El punto de fusión del hielo baja 0.0072 °C por cada atm adicional de presión aplicada. Por ejemplo, una presión de 500 atmósferas es necesaria para derretir el hielo a -4ºC.
CÁLCULOS
Pese a que estos cálculos puedan tener errores, hemos obtenido como resultado que cada minuto y 2,5 s (aproximadamente) el punto de fusión del hielo se ve reducido 1ºC si le aplicamos 5 kg a cada lado. Por otro lado, en es mismo intervalo de tiempo el resto del hielo reduce su punto de fusión solo 0,1ºC (aproximadamente), por eso el alambre penetra tanto en esa parte del hielo comparado con el resto de su superficie.
Habiendo averiguado todo esto solo nos quedan un par de preguntas, pero la más importante es ¿Por qué el hielo se vuelve a juntar?. Esto tiene una sencilla explicación: El alambre penetra aplica presión, pero al ir avanzando por el hielo la presión se deja de aplicar por donde ya ha pasado antes. Esto sumado a que ese hueco que ha dejado es sumamente pequeño y a que está rodeado por todos lados de hielo a menor temperatura, provoca que la estructura del hielo se vuelve a recrear gracias a que estos factores hacen que los puentes de hidrógeno se vuelvan a unir y a que la estructura cristalina se vuelva a formar.
![](https://static.wixstatic.com/media/498a39_857687f79fdb42db846e51ed0cf5a7dd~mv2_d_1654_2048_s_2.jpg/v1/fill/w_600,h_743,al_c,q_85,usm_0.66_1.00_0.01,enc_avif,quality_auto/498a39_857687f79fdb42db846e51ed0cf5a7dd~mv2_d_1654_2048_s_2.jpg)
Imagen de los cálculos realizados durante el experimento.
Finalmente, para profundizar en la explicación hemos hecho el experimento con un alambre de hierro y otro plastficado. El resultado ha sido que el plastificado penetraba mucho más lento y no hacía que ocurriese la regelación. Esto es debido a que el plastifico es un aislante térmico y esto impide que el hielo vuelva a juntarse. El hierro o incluso el cobre (el cual conduce aún mejor la temperatura) conduce bien la temperatura y son más duros, lo que permite penetrar de una manera más rápida y ayuda a que la regelación ocurra.