Monedes transportistes

Quan trigaríem a passar un litre d'aigua d'una galleda a una altra si només disposéssim d'una moneda com a eina de transport? Seria possible fer-ho? Doncs, .... la veritat és que sí. Trigaríem una mica però aconseguiríem passar tota l'aigua d'un recipient a l'altre, i això és possible gràcies a una de les propietats més sorprenents de l'aigua: la tensió superficial. Anem a veure-ho.

Som-hi!

Materials

• Aigua
• Colorant alimentari
• Conta-gotes
• Monedes diverses: 10 ctm, 20 ctm, 1 euro, ....
• Una mica de sabó

Procediments:

• Tenyim l'aigua amb el colorant alimentari i, amb aquesta aigua, omplim el conta-gotes.
• Anem posant gotes a sobre una de les monedes, contant quantes gotes hi podem dipositar abans no se'n vessi el contingut.
• Repetim el procés amb els diferents tipus monedes, anotant en cada cas, el nombre màxim de gotes que hi caven.
• Podem repetir el mateix experiment però, aquest cop, afegint sabó a l'aigua. Prenem nota també de la quantitat d'aigua que poden contenir les diferents monedes.
• Finalment, i fent un simple càlcul del volum d'una gota d'aigua, podem fer càlculs per saber quants viatges necessitaríem per a transportar una determinada quantitat d'aigua d'un recipient a un altre, amb  i sense sabó.

Resultat i conclusions

La superfície d'un líquid, actua com una membrana elàstica per l'acció de la tensió superficial. La tensió superficial és la resultant de les forces que actuen sobre les molècules de la superfície del líquid. És una força perpendicular a la superfície i dirigida a l'interior del líquid. Aquesta força és dèbil i es trenca amb facilitat però capaç, per exemple, d'aguantar una agulla tot i essent la densitat de l'agulla molt més alta que la de l'aigua.

La tensió superficial permet que s'acumuli aigua a sobre de la moneda sense que es vessi. A mesura que posem més gotes, la superfície de l'aigua s'estira elàsticament sense trencar-se. Però aquesta elasticitat té un límit i quan s'assoleix l'aigua es vessa.

Quan afegim sabó a l'aigua, el que estem aconseguint és que es rebaixi la tensió superficial, amb la qual cosa, aquest límit és molt inferior i la superfície de l'aigua es trenca amb major facilitat.


Alb.

La força de l'arròs!

En un experiment anterior, ja vàrem poder observar la força que poden arribar a tenir els grans de sorra.  Avui, experimentarem el mateix però canviant els materials. Aquest cop utilitzarem l'arròs (que fa el ventre gros), i un ganivet de cuina. Veurem que, malgrat l'aparença fràgil i insignificant d'un granet d'arròs, és sorprenent el comportament que pot tenir quan aquest es troba envoltat d'altres milers de granets. Senzillament, els granets passen a ser "matèria granular" amb unes característiques ben peculiars.

Som-hi!

Materials

• 1 vas de vidre (quan més alt millor)
• Arròs (suficient per omplir el got)
• Una cullera de fusta
  
• Drap.

Procediments:

• Omplim el vas amb arròs.
• Introduïm la cullera de fusta a dins per comprovar que pot entrar i sortir fàcilment. Acte seguit, la deixem clavada fins al fons.
• Donem cops suaus, però alhora secs, amb la base del vas sobre la taula (havent posat abans el drap per evitar que es trenqui el vas). Podem aprofitar la mateixa mà per tapar el got (per evitar que salti l'arròs) i al mateix temps per aguantar la cullera a la posició central del got (tenint-la agafada entre els dits de la mà). Amb això, augmentarem la compactació de l'arròs.
• Finalment, provem de treure la cullera amb la mà i l'estirem suaument cap enlaire. N'observem el resultat.

Resultat i conclusions

Quan els materials granulars, com és la sorra fina o, en aquest cas, de l'arròs, es troben completament compactats, apareixen unes forces que empenyen un granet amb l'altre. El conjunt de granets es disposen formant uns arcs entre les parets del vas i la cullera. La resultant de la força és una força de component horitzontal entre el vas i la cullera. Degut a la fricció que hi ha entre els materials, apareix també una força tangencial en sentit oposat a la força del pes. Si la força de component horitzontal és prou alta, la força de fricció pot arribar a ser més alta que la del pes i això ens permetrà aixecar el vas sense grans dificultats.


Alb.

Pura efervescència!

Us heu fixat que les pastilles efervescents només són efervescents en el moment en que toquen l'aigua? D'on surt el gas que crea les bombolles? És de suposar que de dins la pastilla, oi? Doncs, si d'allà dins en surt gas, el podríem capturar i utilitzar per inflar un globus?

Si més no, és curiós el funcionament d'aquest tipus de pastilles. En un primer moment són sòlides i compactes, però quan les llancem a l'aigua, s'acaben convertint en gas i en una fase dispersa que desapareix misteriosament dins l'aigua.

Anem a fer un experiment senzill per veure la quantitat de gas que pot arribar a sortir d'una pastilla efervescent.

Som-hi!

Materials

• Una ampolla petita (de plàstic o de vidre)
• Aigua
• 1 pastilla efervescent 
• 1 globus

Procediments:

• Omplim l'ampolla amb aigua (3/4 parts més o menys).
• Agafem la pastilla i en fem trossos petits. Llavors, introduïm aquests trossos petits dins el globus.
• Col·loquem la boca del globus a la boca de l'ampolla fent que el globus quedi penjat al costat de l'ampolla.
• Donem la volta al globus fent que tots els trossets de la pastilla caiguin dins l'aigua i n'observem el resultat.

Resultat i conclusions

Com heu pogut observat, quan els trossos de pastilla efervescent entren en contacte amb l'aigua, s'allibera un gas, augmenta la pressió dins l'ampolla i el globus s'infla en pocs segons com per art de màgia.

Mireu, les pastilles efervescents contenen bicarbonat de sodi (NaHCO₃) i un àcid sòlid (per exemple àcid cítric). Quan entren en contacte amb l'aigua, es produeix una reacció química entre l'àcid i el bicarbonat. Els productes que s'obtenen d'aquesta reacció són: una sal, aigua i diòxid de carboni (CO₂). Aquest últim forma bombolles que pugen a la superfície de l'aigua i s'allibera inflant el nostre globus.

Si afegíssim moltes pastilles efervescents a l'aigua, la pressió podria arribar a ser tant gran que fins i tot podríem arribar a fer explotar el globus. Aneu en compte!  :-)

Alb.

El misteri del "super-glue"

Com s'ho fan les coles per enganxar? Com és que si enganxen tant, no s'enganxin a les parets del recipient que les contenen? Avui intentarem desvetllar aquest misteri.

Mireu, si en comptes de parlar de coles parlem d'aigua, ens adonarem que tampoc són tan diferents. Si no fos així, com s'explicaria que a les gotes de rosada els costi tant relliscar per la superfície de les fulles? O, per què costa tant espolsar les gotes d'una teranyina molla? Quina característica comparteixen l'aigua i les coles que les facin "enganxifoses" en determinades superfícies?

El que està clar és que, dins l'aigua (igual com passa amb les coles), hi ha algun tipus de força que fa que s'uneixi a superfícies i aquesta força és prou elevada com per a observar-la en diverses situacions del dia a dia.

Anem a fer un senzill experiment per visualitzar aquesta força màgica. Sí, sí, ... la visualitzarem!

Som-hi!

Materials

• Un got
• Aigua suficient com per omplir el got
• 1 carta d'una baralla de cartes.
• Unes quantes monedes de 1 i 2 cèntims d'euro (amb 10 n'hi haurà de sobres)

Procediments:

• Sobre la vora superior del got (buit, sense aigua), fem aguantar la carta en equilibri de manera que quedi la meitat de la carta a dins la boca del got i l'altre meitat a fora.
• Col·loquem una moneda sobre la part de la carta que vola fora del got i observem que, com és d'esperar, la carta es desequilibra i ens cau moneda i carta.
• Ara omplim el got amb aigua fins dalt de tot.
• Col·loquem de nou la carta sobre la vora superior del got (igual com hem fet en el primer pas de l'experiment). Així doncs, ara mitja carta reposarà sobre l'aigua del got i l'altre mitja volarà fora del got.
• Sobre la part de la carta que vola fora del got hi anem posant monedes de 1 o 2 cèntims. Veurem que la carta no es desenganxa de l'aigua. Fins i tot, si afineu la vista, podreu veure l'adhesió i elasticitat que presenta l'aigua a la superfície de contacte amb la carta. Estem observant l'adhesió.

Resultat i conclusions

Com ja sabeu, l'aigua és una molècula formada de dos àtoms d'Hidrogen i un àtom d'Oxigen. Les molècules d'aigua estableixen unions febles unes amb les altres, els coneguts ponts d'Hidrogen. Aquestes unions de cohesió entre molècules d'aigua són, precisament, les responsables de l'estat líquid de l'aigua entre els 0 i els 100ºC. Si es trenquen aquestes unions, per exemple quan pugem la temperatura per sobre els 100ºC, l'aigua passa automàticament a estat gasós.

A part de les unions de cohesió (unions entre partícules adjacents de la mateixa substància), l'aigua també pot establir unions d'adhesió. I l'adhesió no és res més que la interacció entre les superfícies de diferents cossos, fent que aquestes quedin unides per forces intermoleculars. Aquestes forces intermoleculars es donen gràcies a la polaritat de les molècules (quan més polars siguin les molècules, més força d'adhesió).

El que succeeix en el nostre experiment a la superfície de contacte entre la carta i l'aigua és una mostra d'aquesta força d'adhesió. Com que l'aigua és una molècula lleugerament polar, queda unida a la carta per unions febres que n'impedeixen la separació. A més, degut a aquesta unió entre aigua-carta també podrem observar l'elasticitat de l'aigua a mesura que anem afegint monedes sobre la carta. Aquesta elasticitat però, no és deguda a l'adhesió sinó a la tensió superficial.

Per clarificar una mica les idees, us poso l'exemple d'una gota d'aigua sobre una fulla. En aquest cas, la cohesió és la responsable que l'aigua formi gotes, la tensió superficial de que la gota es mantingui esfèrica i l'adhesió de que aquesta no llisqui fàcilment sobre la superfície de la fulla.

I ara que ja tenim après el fonament científic, enteneu perquè enganxen les coles? I per què no ho fan al recipient que les conté?

Alb.

L'ADN del kiwi ... sigui ocell, sigui fruita

Si us trobeu a un neozelandès i li dieu que us mengeu un kiwi cada matí, es posarà les mans al cap només de pensar en l'extinció d'aquest magnífic ocell altament protegit i en perill d'extinció. Ocell?? ... Doncs sí, ... en realitat la fruita del kiwi, el nom original - i correcte - de la qual és Actinídia (Actinidia deliciosa), se li ha assignat el nom d'un ocell sense ales endèmic de Nova Zelanda. Curiosament, el nom de kiwi té un origen onomatopeic provinent del cant d'aquest ocell. Així doncs, si la fruita no canta, com és que se li posés el nom de l'ocell?

La història del nom de la fruita es remunta a l'any 1959, quan una companyia exportadora de fruita neozelandesa va etiquetar les actinídies amb el nom comercial de Kiwifruit. Anys més tard, la companyia va rectificar i va canviar el nom de l'etiqueta per Zespri, bàsicament per evitar confusions de quin tipus de producte venien, si un ocell o una fruita. Però, com ha passat en altres casos al llarg de la història, la rectificació va arribar massa tard i el nom de Kiwifruit s'havia estès per tot el món com si d'una taca d'oli es tractés. Avui dia, a la majoria de països del món, els kiwis no són ocells sinó saludables fruites que es venen als supermercats, moltes vegades com a autèntics objectes de desig per a qualsevol persona que vulgui anar fi (gastrointestinalment parlant).

Sabíeu que els kiwis (i ara parlo de la fruita...) són molt, molt i molt saludables? Contenen una gran quantitat de vitamina C (el doble que una taronja), vitamina B, i són rics en potassi, magnesi i fibra. Però, a més a més de ser rics en vitamines i altres substàncies nutritives, també són rics en ADN, i és per això que avui utilitzarem els kiwis (la fruita) per fer-ne un extracció i veure aquestes magnífiques macromolècules.

Som-hi!

Materials

• Un kiwi (la fruita, no l'ocell)
• Solució d'extracció, que es prepara amb una part de xampú, nou parts d'aigua i una culleradeta de sal
• 1 bossa de plàstic transparent
• 1 embut (millor si és de vidre)
• Paper de filtre (pot ser paper de cuina)
• Una copa alta de vidre
• Alcohol de 96º molt fred (posat a la nevera)
• 1 pal de fusta (el típic de fer brotxetes)

Procediments:

• Pelem el kiwi i el tallem a quarts (4 trossos)
• En posem dos o tres trossos dins la bossa de plàstic i els aixafem bé amb les mans.
• Posem uns 10ml de la solució d'extracció (l'haurem preparada abans) dins la bossa i ho seguim aixafant bé durant uns 5 minuts més.
• Agafem el paper de filtre i el posem a dins l'embut. L'embut el posem sobre la copa. Llavors fem passar el contingut de la bossa per l'embut-filtre fent que el líquid es vagi filtrant mica a mica i caient dins la copa de vidre.
• Quan veiem que ja no baixa més líquid, afegim 10ml d'alcohol molt fred a la copa de vidre fent-lo lliscar suaument per les parets internes de la copa.
• Esperem 15 minuts.
• Submergim el pal de fusta dins la copa de vidre i extraiem lentament la substància blanquinosa i d'aspecte gelatinós que ens ha quedat al fons. És l'ADN!

Resultat i conclusions

A l'experiment Pinya colada d'ADN que ja us vaig presentar vàrem veure una altra manera d'extreure ADN de les cèl·lules. El fonament científic però, és el mateix als dos experiments.

A la pràctica que acabeu de fer, el sabó i les sals de la solució d'extracció ajuden a trencar les membranes alliberant l'ADN de dins les cèl·lules. Amb això, el fem accessible.

Llavors, l'alcohol que hi hem afegit, deshidrata les molècules d'ADN fent que s'aglutinin, precipitin al fons i es facin visibles. El fred, en aquest cas, fa que les reaccions químiques (reaccions catabòliques) es produeixin més lentament evitant, d'aquesta manera, la destrucció de l'ADN.

Alb.

Suren els metalls?

Segur que en alguna ocasió heu vist com els sabaters (de nom científic Gerris naja) caminen tranquil·lament sobre la superfície de l'aigua. Si algun dia els intenteu imitar (mai se sap... ) veureu que, per més que ho intenteu, no hi ha maneres d'aguantar-se sobre l'aigua i, ni molt menys, caminar-hi tranquil·lament per la seva superfície. Com és això? Per què ells sí i nosaltres no? Què passaria si intentéssim fer surar un tros de metall?

Us proposo un petit experiment per observar on rau la màgia de la sustentació dels sabaters sobre l'aigua.

Som-hi!

Materials

• Un got
• Aigua (suficient per omplir el got)
• Dos clips metàl·lics

Procediments:

• Omplim el got amb aigua fins dalt però sense arribar a vessar.
• Abans de seguir amb l'experiment, proveu de fer surar un dels clips sobre la superfície de l'aigua. Poc a poc i amb bona lletra... deixant-lo amb moooolta cura sobre la superfície i amb mooolta paciència.
• És impossible? ... Doncs, encara que ho sembli, no que no ho és. Seguim amb l'experiment!
• Dobleguem un dels dos clips per la meitat formant un angle recte.
• Ara, utilitzant el clip doblegat com si es tractés d'una cullera, li posem l'altre clip a sobre (procurarem que estigui ben sec) i el posem poc a poc dins l'aigua. Si ho fem amb delicadesa, veureu com el clip transportat es queda sobre la superfície de l'aigua com per art de màgia. Ho hem aconseguit!

Resultat i conclusions

Com heu pogut veure, el clip que en un primer moment no hi havia manera de fer-lo surar sobre l'aigua, llavors ho ha fet, però tan sols ho hem aconseguit dipositant-lo amb molta delicadesa. La responsable d'això és ni més ni menys que la tensió superficial que es generen a la superfície de l'aigua. I què és la tensió superficial? Doncs la manifestació que existeixen forces febles d'unió entre les molècules del líquid. Aquestes unions febles fan que a la superfície del líquid es generi una peculiar membrana de tensió molt fràgil i sensible, que és, precisament, la que aprofiten els sabaters per caminar-hi per sobre.

La tensió superficial sempre depèn de tres factors: la naturalesa del líquid, el mitjà que l'envolta i de la temperatura. En general la tensió superficial disminueix al augmentar la temperatura, ja que les forces de cohesió disminueixen en augmentar l'agitació tèrmica. Dit d'una altra manera, quan un líquid està calent, les seves partícules es mouen més i, per tant, s'afebleixen les unions intermoleculars disminuint d'aquesta manera la tensió superficial. Així doncs, repetir aquest experiment utilitzant aigua calenta en comptes d'aigua freda ens disminuiria notablement la probabilitat d'èxit.

Alb.

Corrents de tinta xina

En aquest moment, i en molts punts del nostre planeta, es donen els famosos corrents de convecció. En tenim a l'atmosfera, a la hidrosfera i també a l'Astenosfera, però són difícils d'observar degut, en molts casos, a la transparència d'aquests medis.

Els corrents de convecció s'originen degut a la diferent densitat que adquireixen els fluids quan se'ls modifica la temperatura. Els fluids calents, tenen menys densitat i això els fa ascendir col·locant-los per sobre dels fluids freds.

Avui us proposo un simple experiment per observar fàcilment aquests corrents. Tan sols necessitem que el fluid que analitzem deixi de ser transparent, i per fer-ho tan sols ens caldrà tenyir-lo de color.

Som-hi!

Materials

• Dos gots alts (també podeu utilitzar dues copes altes)
• Aigua (calenta per a un got i freda per a l'altre)
• Unes gotes de tinta xina

Procediments:

• Omplim un dels gots amb aigua freda. L'altre got l'omplim amb aigua ben calenta (aprox. 80ºC)
• A continuació, tirem una gota de tinta xina al got amb aigua freda i una altra gota de tinta xina al got amb aigua calenta.
• Comparem els dos gots sense moure'ls. N'observem el resultat.

Resultat i conclusions

En el cas del got amb aigua calenta, la tinta es barreja ràpidament degut als corrents de convecció que es generen dins el got. La diferència de temperatura entre l'aigua calenta del centre del got i l'aigua que es refreda ràpidament en contacte amb les parets del got, genera forts corrents de convecció que barregen tot el fluid. La convecció és un mecanisme de transferència de calor a través d'un fluid amb transport de massa i això és que observem.

La manca de corrents de convecció dins el got amb aigua freda fa que les molècules que formen la tinta xina es barregin molt més lentament amb les molècules d'aigua, i degut a la superior densitat de la tinta xina, aquesta tindrà tendència a baixar lentament al fons del got.

Si en comptes d'un got alt amb aigua calenta haguéssim utilitzat una plata plana amb un o dos dits d'aigua calenta, no hauríem pogut observar els corrents de convecció. Sabeu perquè? Doncs, molt simple, en una plata plana, el moviment de les partícules calentes es realitza aleatòriament i no per corrents de convecció, fent que la tinta s'escampi lentament per difusió.

Alb.

Avalua, avalua't