Un objeto aparentemente simple pero fascinante en nuestro hogar son las velas. Con su llama centelleante y su brillante cera, parece que siempre estamos descubriendo algo nuevo de ellas. ¿Qué sucede exactamente cuando encendemos una vela? ¿Qué cambios de estado ocurren?
Composición de la vela
Antes de profundizar en las transformaciones que tienen lugar cuando encendemos una vela, es importante entender primero su composición. Las velas están hechas principalmente de cera de parafina, una sustancia derivada del petróleo. La cera de parafina es un sólido blanco que se derrite a temperaturas relativamente bajas.
Las velas también tienen una mecha, generalmente hecha de algodón. La mecha es el conducto que transporta el combustible de la cera a la llama.
¿Qué es la combustión?
Para entender los cambios de estado que ocurren cuando encendemos una vela, es crucial analizar cómo se produce la llama en primer lugar. La llama se produce gracias a un proceso químico llamado combustión.
La combustión es una reacción química en la que un combustible, como la cera de parafina, se une con oxígeno para producir energía en forma de luz y calor.
¿Cómo sucede esto exactamente en el caso de una vela? Cuando encendemos la mecha de una vela, la reacción de combustión comienza. La llama de la vela calienta la cera de parafina, haciendo que se derrita y fluya hacia la mecha. La cera de parafina sube por la mecha gracias a un fenómeno llamado acción capilar.
La cera de parafina (hidrocarburos) se descompone en moléculas de hidrógeno y carbono que reaccionan con el oxígeno del aire para crear energía luminosa y térmica, agua y CO2.
Cambios de estado de la vela
Sólido a líquido:
Cuando encendemos una vela, la llama calienta la cera de parafina sólida, haciendo que se derrita y se convierta en líquido.
Líquido a gas:
Una vez que la cera de parafina se ha fundido, el calor de la llama la evapora, transformándola en vapor de cera. Este vapor es lo que realmente se está quemando en la llama de la vela.
Gas a líquido:
Una vez que la cera de parafina se ha convertido en vapor de cera, se mezcla con el oxígeno del aire y se quema en una llama. A medida que la combustión se produce, los productos de la reacción se condensan, formando partículas de carbón que se adhieren a la mecha.
Líquido a sólido:
Cuando apagamos una vela, la cera de parafina derretida se solidifica nuevamente.
Experimento con vaso y agua
Si alguna vez has intentado apagar una vela, sabrás que la forma más común de hacerlo es soplando la llama. ¿Pero sabías que hay otra forma de apagar una vela sin soplar?
Colocando un vaso encima de la vela.
Al tapar la vela con el vaso, se reduce la cantidad de oxígeno en su entorno y se agota la combustión, haciendo que la llama se apague.
Pero, ¿por qué ocurre algo interesante después de apagar la vela? Una vez que se produce la combustión, los gases calientes que se liberan elevan la temperatura del aire y el vapor de agua. Al apagarse la vela, estos gases comienzan a enfriarse y contraerse, lo que resulta en una disminución de la presión dentro del vaso.
Esto se debe a la ley de Gay-Lussac, que establece que la presión de un gas varía de manera inversa con su temperatura absoluta cuando su volumen permanece constante. Como resultado, la presión del aire dentro del vaso disminuye cuando la temperatura del aire disminuye, lo que crea una presión más baja que la presión atmosférica general.
En respuesta a esta diferencia de presión, el agua en un plato cercano sube hacia el interior del vaso para equilibrar las presiones. Este proceso de equilibración de la presión es el responsable del pequeño golpe que se escucha cuando el agua entra en el vaso.
Otros fenómenos similares
Disolución exotérmica de NaOH
Si alguna vez has mezclado agua y NaOH, es posible que hayas notado que la mezcla se calienta. Esto se debe a la disolución exotérmica de NaOH, que es una reacción química que genera calor.
Cuando se agrega NaOH a agua, las moléculas de NaOH (base) se separan en iones, que reaccionan con las moléculas de agua para producir hidróxido de sodio disuelto, iones de hidrógeno y una liberación de energía en forma de calor.
Vinagre y bicarbonato
Al mezclar vinagre y bicarbonato de sodio, se produce una reacción química que libera dióxido de carbono en forma de burbujas. Esta reacción se produce debido a que el ácido del vinagre reacciona con la base del bicarbonato de sodio, de la misma forma en que el hidróxido de sodio se descompone en agua y CO2.
Hielo derretido
Al igual que la cera de parafina, el hielo es otro sólido que se puede transformar en líquido rápidamente cuando se calienta. Si tomas un cubito de hielo y lo colocas a temperatura ambiente, comenzará a derretirse y eventualmente se convertirá en agua líquida.
Ebullición de la leche
Cuando se calienta la leche en una estufa, puede comenzar a burbujear y eventualmente hervir. Este burbujeo es el resultado de la ebullición, un fenómeno físico en el que un líquido se vaporiza y se convierte en un gas cuando se calienta a una temperatura específica (llamada punto de ebullición) a una presión constante. En el caso de la leche, el punto de ebullición es de aproximadamente 100 grados Celsius.
¿Qué pasa si enciendes una vela en un globo?
Si alguna vez has visto a alguien encender una vela dentro de un globo y luego soplarlo, habrás notado algo realmente sorprendente: el globo se infla. Pero, ¿por qué sucede esto?
Cuando se enciende la vela dentro del globo, el aire dentro del globo comienza a calentarse y expandirse. Como resultado, la presión dentro del globo aumenta. Cuando el globo se enfría al apagar la llama, el aire dentro del globo se contrae y la presión dentro del globo disminuye, lo que hace que la presión atmosférica externa lo infle.
Conclusión
Entonces, ¿qué cambio de estado ocurre si encendemos una vela? La respuesta es: una serie de cambios de estado que nos llevan desde el sólido inicial hasta un estado gaseoso que cremos en la llama de la vela. Desde la disolución exotérmica del NaOH hasta la ebullición de la leche, existen muchos procesos físicos y químicos cotidianos que nos rodean y que vale la pena comprender.
Ya sea que te guste experimentar con mezclas de productos químicos o simplemente disfrutar del cálido brillo de una vela, la física y la química están siempre presentes en nuestra vida diaria.
