dimecres, 14 d’octubre de 2009

L'anomalia de l'aigua

En ciència, especialment a les branques que es dediquen a estudiar els materials, hi ha una èina molt útil. Els diagrames de fases.

Aquests diagrames poden relacionar diverses variables termodinàmiques de les substàncies però possiblement els més coneguts són els que tenen en compte la pressió i la temperatura d'una substància.

En un diagrama d'aquests (com el que es pot veure une línes més avall) les línies marquen els punts d'equilibri entre dues fases, les fases són precisament les regions del diagrama de fases en què una substància té les mateixes propietats físiques. Lluny de la termodinàmica se les anomena estats de la matèria.
Aquest diagrama mostra el comportament general de la majoria de substàncies i inclou una línia verda discontínua, aquesta línia mostra una peculiaritat d'algunes substàncies; una de les quals és l'aigua.

De manera que donades unes condicions de pressió i temperatura (en aquest cas) podrem determinar en quina fase es trobarà la substància mirant el diagrama.

Ja fa unes setmanes el professor de termodinàmica ens va fer notar aquesta peculiaritat de l'aigua i va explicar algunes de les seves conseqüències. En la majoria de les substàncies podem veure que per sobre del punt triple la línia d'equilibri líquid-sòlid està inclinada de manera que a l'augmentar la pressió la temperatura de fusió de la substància augmenta, en l'aigua en canvi passa el contrari; si augmentem la pressió la temperatura de fusió disminueix. En altres paraules, si tenim gel podem fer que passi a líquid (per sota de 0ºC) augmentant la pressió. L'altre extrem el tenim en el punt d'ebullició si augmentem la pressió aquesta temperatura augmenta (ens és útil per les olles de pressió).

I a més a més ens va donar algunes idees. Algunes no les podré dur a terme per falta de pressupost (no m'és rentable comprar diamants per convertir-los en grafit (un tema curiós del que ja en diré alguna cosa)) però n'hi va haver una que em va agradar.

Es tracta de tenir un bloc de gel a uns 0 ºC, sabem que si s'exerceix suficient pressió la temperatura de fusió disminueix, per contra si deixem d'aplicar-hi pressió la temperatura torna a augmentar. I això pot donar lloc a un experiment curiós. Si fem passar un fil per sobre d'un bloc de gel i hi lliguem uns pesos, el fil farà una pressió a la superfície gelada que es transformarà en aigua líquda i el fil descendirà, un cop el fil ha passat l'aigua tornarà a passar a gel. De manara que amb el pas del temps el fil s'anirà obrint pas pel gel i alhora per sobre seu el gel l'anirà cobrint i així fins arribar al final. Amb la qual cosa haurem travessat el gel sense trencar-lo ni fer ús del famós efecte túnel.

El primer intent que vaig fer no va resultar massa bo. La pressió aplicada era d'unes 3 atm i el vaig fer al matí de manera que el gel es va fondre i caure d'on el tenia abans que acabés de ser travessat. Aquest dilluns vaig tornar-hi amb unes 5 atm i a la tarda, el resultat: positiu.

Aquí hi ha unes imatges del procés, la qualitat sé que no és massa bona però no res millor.

En aquesta primera imatge es mostren els aparells utilitzats.


Mitja hora més tard es veu com el fil ja ha penetrat una mica en el gel.

Al cap d'un parell d'hores ja es pot veure un bon avenç. Sí, no es veu massa bé...


Per pocs minuts m'he perdut la caiguda del dispositiu... I al cap de tres hores i quaranta minuts aquest era l'aspecte del gel, havia estat completament travessat pel fil.


Aquí hi ha els pesos (àlies ampolles amb aigua) amb el fil que encara les connectava.

I aquí hi ha el pobre gel que sens dubte ha passat per un bon trauma. Encara no sabia que minuts després seria mutilat amb una serra (amb proposits estrictament científics) i els fragments destrossats contra el terra (potser una mica més lúdics aquests...).

10 comentaris:

Joan Ayats ha dit...

Avui hi ha més gent que parla de diamants.
http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/diamante-no-es-para-siempre.html

Alasanid ha dit...

Carai...

És curiós veure com fàcilment pots acabar amb les falces creences de milions de persones.

Asimetrich ha dit...

Osti els diagrames de fases, quins records!.

Això de que et surti un experiment al segon intent és tot un èxit, noi! Estàs fet un crack.

Alasanid ha dit...

Bons o mals records? O millor deixar-ho en simples records?

Gràcies, però l'hauré de tornar a fer per tenir-ne imatges més bones i veure el moment final.

PepQuímic ha dit...

Genial entrada!
En una activitat de divulgació científica es podria fer un múltiple experiment en forma de repte presentant una peixera plena d'aigua líquida, una olla plena de vapor d'aigua i un bloc de gel i proposar el repte de travessar l'aigua en les 3 fases amb un cordill... ja tinc ganes de provar-ho, però potser esperaré a que vingui el fred de veritat o l'únic que observaré és un canvi de fase molt humit...

Asimetrich ha dit...

jajaja, millor ho deixem en records, tot i que aquesta era una part força entretinguda. ;-)

Alasanid ha dit...

PepQuímic. Ostres, a mi el que em sorprèn és la facilitat que has tingut per veure un experiment. Sí, val més esperar unes setmanes i es podrà fer sense risc d'inundacions.

Asimetrich. Entretinguda i pel que sembla pràctica, també.

Eridriel ha dit...

Ostres, mira que l'he vist cops i mai m'he dignat a fer l'experiment (no vaig passar del famós baileys amb Cocacola, que per cert, és una guarrada).

Laboratori d'electromagnetisme és interessant, però em sembla a mi que el de termodinàmica ho serà més.

Alasanid ha dit...

Benvinguda al bloc!

Veus aquest encara no l'he fet mai. I potser algun dia faré el de la cubeta con el fluido experimental con unos cubos geométricos cristalinos de H2O, però ja ho veurem ^^

Sí, cada cop semblen més interessants (clar que tampoc costava massa).

Anònim ha dit...

Era una idea molt bonica! Només vull dir gràcies per la informació que han compartit. Només seguir escrivint aquest tipus de missatge. Jo seré el teu fidel lector. Gràcies de nou.