La corona de oro del Rey Herón (Principio de arquímedes)

Según se cree, Arquímedes fue llamado por su primo el rey Herón II de Siracusa, donde Arquímedes vivió en el siglo III a.C., para resolver el siguiente problema.

El rey quería que Arquímedes averiguara si el joyero, al que había entregado cierta cantidad de oro para hacer una corona, había utilizado todo el oro en ella o le había robado. Naturalmente el rey había pesado la corona y su peso coincidía con el del oro que le había entregado, pero sospechaba que el joyero había mezclado plata, más barata, con el oro. Si fundía la corona se separaría el oro de la plata y averiguaría la verdad, pero no quería destrozarla porque le gustaba y además había pagado por hacerla.

Arquímedes pensó arduamente cómo resolver el problema, sin poder encontrar una solución.

Se dice que mientras se disponía a bañarse en una tina, en la que por error había puesto demasiada agua, al sumergirse en ella, parte del agua se derramó. Arquímedes se dio cuenta de que este hecho podía ayudarle a resolver el enigma planteado por Herón y fue tal su regocijo que, desnudo, salió corriendo de la tina gritando "¡Eureka, eureka!" (que significa "¡Lo encontré, lo encontré!").

En efecto, Arquímedes, con esta observación, dio origen a un método para determinar el volumen de distintos tipos de sólidos. Descubrió que un mismo peso de distintos cuerpos desaloja diferentes cantidades de agua.

Descubrió que 1 kg de oro desaloja menos agua que 1 kg de oro aleado con plata y mucho menos que si el kg fuera de plata. Hoy sabemos que la densidad de la plata es de 10.500 kg/m³ y la del oro 19.300 kg/m³. Una es casi el doble de la otra, de modo que un objeto de oro ocupa casi la mitad de volumen que uno de plata que tenga igual masa.

Aunque Arquímedes no expresó el principio con fórmulas matemáticas como lo hacemos hoy, comprobó que al sumergir un cuerpo en agua perdía exactamente una cantidad de peso igual a lo que pesaba el agua que desalojaba (Empuje= peso del agua desalojada).

Y aún más. Descubrió que el concepto de densidad es una propiedad característica de las sustancias. Cada sustancia tiene una densidad diferente a la de cualquier otra: los átomos son diferentes y se aproximan de manera diferente. La densidad de una pieza de oro, es igual a la de otra pieza de oro de distinta masa, pero es diferente a la de una pieza de plata.

Gracias a este concepto averiguó que la corona que habían fabricado para el rey Herón, no era de oro puro. Metiendo la corona en agua vio que desalojaba menos agua que si metía un bloque de oro puro de igual peso que la corona. Así averiguó el fraude del joyero al rey.

Espejo de plata

Los espejos de segunda superficie se obtienen depositando una delgada capa de un metal o una aleación sobre vidrio u otro material transparente. En esta práctica se hará la deposición de plata metálica en un tubo de ensayo por reducción de la disolución amoniacal de plata empleando como reductor glucosa.

El proceso general de plateado requiere tres pasos.

1) Limpieza de la superficie a platear.

Para que el experimento salga bien y la plata se adhiera al tubo de ensayo, es necesario que esté perfectamente limpio. Para ello limpiaremos muy bien el tubo de ensayo con agua y jabón, y alcohol. Para una limpieza más exhaustiva se puede añadir 1 o 2 ml de mezcla crómica en el tubo de ensayo y calentarla ligeramente en el baño termóstático.

2) Preparación de la disolución amoniacal de plata.

En el tubo de ensayo preparado se ponen 2 ml de nitrato de plata 0'2M. Se añaden hidróxido de sodio 2N gota a gota -agitando a cada gota- hasta que no se forme más precipitado. Queda un precipitado pardo negruzco de Ag2O.
Para disolver el precipitado anterior, se van añadiendo gotas de la disolución amoniacal y agitando hasta que se disuelva totalmente.  

3) Reducción con glucosa.

Se añade con la espátula una porción de glucosa a la disolución amoniacal de plata se agita y se pone el tubo de ensayo en el baño termostático (60-70 ºC). Se deja en reposo durante unos 30 min. De todas formas al cabo de 15 a 20 segundos la plata precipita en las paredes del tubo formando un espejo.

  

Elaboración de jabón

La obtención de jabón es una de las síntesis químicas más antiguas. A lo largo de los siglos se ha fabricado de forma artesanal, tratando las grasas, en caliente, con disoluciones de hidróxido de sodio o de potasio. Aún, hoy en día, se hace en casa a partir del aceite que sobra cuando se fríen los alimentos.

Si quieres hacer una pequeña cantidad de jabón sólo necesitas aceite, agua y sosa cáustica (hidróxido de sodio), producto que se puede comprar en las droguerías.

1. Verter en un bol 50g de sosa y 150ml de agua. ¡Cuidado! La sosa quema!

2. Añadir 300ml de aceite.

3. Remover continuamente hasta que espese. Podemos ayudarnos con ayuda de una batidora, en cuyo caso, se han de extremar las precauciones para evitar salpicaduras de sosa. Batir lentamente, y protegerse con guantes y gafas.

4. Para ayudar a espesar, se pueden añadir limaduras de jabón ya hecho.

5. Si se desea, se puede añadir esencias para dar olor, y colorantes para el color (colorante alimentario, azulete...)

6. verter la masa sobre los moldes .

7. dejar reposar unos días...

Y listo! Aquí teneis algunas fotos de su elaboración:

Extracción de la nicotina

La nicotina es el principal alcaloide del tabaco. Es un aceite con una temperatura de ebullición de 246ºC, soluble en agua y en la mayoría de los disolventes orgánicos.

Para extraer la nicotina del tabaco,se disuelve primero con hidróxido sódico al 5% y a continuación se filtra a vacío.

 A continuación se extraerá la nicotina de la solución acuosa mediante un proceso de extracción con éter etílico. Los dos disolventes son inmiscibles, y se pueden separar con facilidad en un embudo de decantación.

Por último, se evapora el disolvente y se obtiene la nicotina.

Extracción de aceite de frutos secos

        En esta práctica se va a extraer mediante un disolvente el aceite de un fruto seco en un extractor Soxhlet.

El método se basa en que las grasas son extremadamente insolubles en agua, pero muy solubles en disolventes orgánicos como el éter etílico, éter de petróleo y tetracloruro de carbono.

El extractor Soxhlet está constituido por un matraz en el que se hace hervir el disolvente (eter etílico o hexano), cuyos vapores después de atravesar la cámara que contiene el producto a extraer, se condensan mediante un refrigerante colocado encima de esta cámara y gotean sobre el fruto seco a analizar que se encuentra dentro de un cartucho de papel de filtro, disolviéndose la grasa en el disolvente orgánico.

Al irse acumulando disolvente en la cámara de extracción se va cargando el sifón que tiene adosado, y al llegar el líquido a un cierto nivel, el sifonamiento lo hace descender de nuevo al matraz en el que vuelve a hervirse el éter, mientras que el aceite, mucho menos volátil, queda en el matraz.

Si no disponemos de un extractor Soxhlet, podemos realizarlo de otra forma muy sencilla, y que da también buenos resultados: molemos el fruto seco, lo mezclamos bien durante 5 minutos con una mezcla de alcohol y acetona (50% y 50%) para que se disuelva el aceite del cacahuete en ella. Filtramos para separar los restos de fruto seco y dejamos evaporar al aire libre la mezcla alchohol-acetona. Obtendremos así también la grasa:

DESTILACIÓN DEL VINO EN EL LABORATORIO

La destilación es un método de separación basado en diferencias en el punto de ebullición de los componentes de una mezcla. Se utiliza normalmente para separar dos o más líquidos miscibles.

Un vino es una mezcla muy compleja; contiene agua, etanol, azúcares, ácidos orgánicos, pigmentos (que le dan color) y otros ingredientes. Los componentes volátiles que se encuentran en cantidad considerable son precisamente el agua y el etanol, cuyos puntos de ebullición son, respectivamente, 100,0 °C y 78,3 °C.

En el vino y en cualquier otra bebida alcohólica, el contenido en alcohol o grado alcohólico se expresa en porcentaje de volumen y es algo mayor del 10 % para el caso del vino. En una mezcla en la que sólo haya agua y alcohol puede determinarse directamente el % utilizando un alcohómetro, pero en el vino, como además de agua y alcohol hay otros componentes, no se puede efectuar la medida directa. Para la determinación se partirá de un volumen de vino, destilando todo el alcohol que posea mediante una destilación fraccionada y añadiendo agua al líquido destilado hasta regenerar el volumen inicial.

En este líquido se mide directamente el % de alcohol. Este método de medida está basado en que la densidad de la mezcla depende de su composición (concentración) y un alcohómetro no es más que un densímetro cuya escala tiene “traducidos” los valores de densidad a valores de porcentaje de alcohol.

Cristalización

Las sustancias sólidas son casi siempre de naturaleza cristalina, aunque no lo parezca. Lo que predomina en la naturaleza son mezclas de sustancias, y por eso lo que resulta al final es una yuxtaposición de diferentes tipos decristales que se entrecruzan.

Para formar un cristal perfecto, lo mejor es empezar con una sustancia pura en disolución (para que no se cuelen átomos extraños que pueden perturbar la ordenación). Luego hay que enfriarla lentamente, para que los átomos tengan tiempo de irse colocando cada uno en su lugar.

Aquí están los resultados de las prácticas de cristalización que realizamos:

Cristalización de NaCl: se prepara una disolución saturada de NaCl, se calienta para disolverla, se filtra para eliminar impurezas y se deja enfriar lentamente varios días en un cristalizador:

Cristalización de sulfato de cobre (II): se prepara una disolución saturada, se calienta para disolverla, se filtra para eliminar impurezas y se deja enfriar lentamente varios días en un cristalizador o rápidamente en un baño de hielo.

Cristalización de ácido benzoico: disolvemos ácido benzoico en alcohol, añadimos agua (insoluble) y se forma un precipitado lechoso. Lo disolvemos calentándolo al baño maría, y al dejar luego enfriar a temperatura ambiente se van formando los cristales de ácido benzoico en forma de aguja.