Creando Ecosistemas Microscópicos: El Asombroso Jardín Químico
¿Sabías que los químicos y las químicas podemos crear nuestros propios jardines submarinos? Sí, igual que los que hay en los fondos de los grandes océanos y entre los que nadan esos peces tan coloridos y divertidos, como Nemo (me encanta esa película).
Si eres amante de esos paisajes tan curiosos y fascinantes, te recomendamos que leas este artículo y descubras la manera con la que tú también puedes tener tu propio arrecife en casa y dejar con la boca abierta a tus amigos y familiares.
Para poder crear nuestro propio jardín químico necesitamos agua y sal, pero no creas que es la típica sal que le echas a la sopa cuando está sosa o la que llevan las pipas que te comes cuando vas al parque (también me encantan las pipas). No, las sales que necesitamos son un poco más especiales y no digo que sean especiales por su composición ya que estas siguen estando formadas por un ión positivo, que suele ser metálico, y un ión negativo, que suele ser no metálico. Por si no lo sabes, un ión es una especie química que aparece cuando una especie que no tiene carga neta toma o pierde uno o varios electrones. También te dejo la tabla periódica para que veas qué elementos son metales, no metales y metaloides.
Volviendo al tema, las sales que usamos son especiales por sus colores, dichos colores son provocados por los distintos estados de oxidación del metal de transición. ¿Te acuerdas de lo que hemos comentado de los iones?, pues bien, cuando un ión se forma por la pérdida de electrones decimos que se oxida y dependiendo del número de electrones perdidos presentará un determinado estado de oxidación (+1 si pierde un electrón, +2 si pierde dos,...), también se conoce como valencia (y si, yo también me acordé de las fallas cuando lo aprendí). Por otro lado, los metales de transición son los elementos de la tabla periódica que están entre el grupo 3 y el grupo 11 (los grupos son las columnas y empezamos a contar de izquierda a derecha).
En nuestro caso usaremos cloruro de níquel (NiCl2, verde), cloruro de hierro (FeCl2, anaranjado), cloruro de cobre (CuCl2, azul verdoso) y cloruro de cobalto (CoCl2, morado) en este caso, todos los iones metálicos presentan estado de oxidación +2. Aparte de estas sales, es muy importante el uso de silicato de sodio (Na2SiO3). Y vale, ya paro de decir nombres raros (aunque esto no es nada comparado con química orgánica).
Ahora que ya hemos explicado cuáles son las bases de nuestro experimento y conocemos los reactivos necesarios, es hora de hablar de cómo se va a formar nuestro jardín particular. Los pasos a seguir son los siguientes:
En un recipiente se disuelve en agua el silicato de sodio y se obtienen los iones Na+ y SiO3- (ión silicato) [3,4].
Se añaden el resto de sales, sin disolverlas [3,4].
El recipiente se deja en reposo durante un tiempo [3,4].
Al cabo del tiempo (aproximadamente 30 minutos) se empiezan a generar las columnas de nuestro jardín [3,4].
Como puedes ver, los pasos a seguir son muy simples, lo verdaderamente interesante de este experimento es la química que esconde.
Cuando los cristales de las sales se ponen en contacto con la disolución de silicato sódico, éstas se empiezan a disolver en sus correspondientes cationes y aniones. Estos cationes reaccionan con los iones silicatos de la disolución dando lugar al correspondiente silicato del ion metálico de la sal, formándose una membrana semipermeable alrededor de las sales (originando una especie de gel en la disolución). A medida que el agua entra en el interior del gel por ósmosis, se produce un aumento en la presión interna del gel (conocida como presión osmótica) generada por la diferencia de fuerza iónica producida entre los iones metálicos del interior del gel y los iones de la disolución de silicato sódico exterior. Pasado un tiempo, en un momento dado, el gel se rompe: por la zona de ruptura del gel se escapa la disolución de la sal que habíamos echado [5].
Como la disolución formada por la sal es menos densa que la del silicato sódico, ésta empieza a desplazarse hacia la superficie del líquido, generándose una especie de tubos con protuberancias parecidas a las ramas de unos árboles [5]. Este fenómeno no es más que un ejemplo del Principio de Arquímedes. Algunas sales generan dentro de la membrana un fluido de densidad más alta que la de la disolución de silicato, provocando que estas ramitas crezcan hacia abajo. Además, al quedar expuesta otra vez la sal que habíamos echado, ésta puede reaccionar de nuevo con los aniones silicato, formándose más protuberancias y, con esto, tubos de diferentes tamaños y formas [6].
Para conservar éste precioso jardín, es necesario taparlo para evitar su exposición al aire libre e ir añadiendo poco a poco agua para así poder ir disminuyendo la cantidad de silicato sódico que queda libre sin reaccionar. Tampoco debemos introducirlo en un acuario, y mucho menos introducir algún pez u otro animal acuático en el bote debido a que las sustancias utilizadas son muy perjudiciales para ellos [6].
Por otra parte, si queremos realizar otro experimento para crear un nuevo jardín químico, podemos reutilizar la disolución de silicato usada. Tan sólo debemos de colar la disolución de silicato con sales, obteniéndose así las sales por un lado y la disolución de silicato por otro lado [6].
Obtención de los materiales
La pregunta final que nos hacemos ahora es, ¿cómo podemos obtener nuestras sales ?
Principalmente, todas las sales pueden ser compradas vía online y de manera sencilla, sin necesidad de gastar mucho dinero. Una página que nos permite comprar estos compuestos es Vadequímica. Por su parte, el silicato de sodio (Na2SiO3) usado como disolvente, se puede fabricar de forma casera sin necesidad de gastar nada. Para ello, se añade a medio vaso de agua caliente un poco de sosa caústica y unas perlas de gel de sílice pulverizadas, que son las bolsitas pequeñas que se encuentran en cosas recién compradas (como zapatos, por ejemplo) para evitar la humedad (no olvidéis que hay que machacarlas hasta que se hagan polvo) [7].
Aplicaciones
Los principios detrás de este experimento se pueden extrapolar a aplicaciones más prácticas en el ámbito de la química (dejando de lado su uso como decoración en nuestra casa):
- Podemos hacer este experimento como una demostración del proceso de cristalización, un proceso muy usado en las síntesis de fármacos o en la purificación de sustancias químicas.
- Uno de los principios que mostramos en este experimento es el proceso de ósmosis, el cuál es muy usado para la filtración del agua y su descontaminación en todo el mundo [8].
- Los tubos crecen hacia arriba por el Principio de Arquímedes, el cuál se tiene en cuenta siempre en los barcos o submarinos (si no éstos no llegarían a flotar y se hundirían), entre otras muchas cosas [9].
Como podéis observar, este experimento tan sencillo nos permite decorar de manera elegante y bella nuestro hogar. Así que ya sabéis chicos y chicas, ¡pedidle a los Reyes que os traigan los materiales y hacedlo vosotros mismos!
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