Flotabilidad y densidad con hielo, agua y aceite

Ya sabemos que el agua y el aceite no se mezclan, sino que se separan en capas. El agua se sitúa en la capa de abajo y el aceite arriba, flotando en el agua. Estupendo, pero ¿y si en lugar de agua líquida tiviéramos hielo?, ¿se hundiría también en el aceite o por el contrario flotaría? Los niños podrán responder a esta pregunta haciendo un sencillo experimento con el que aparte de conocer más sobre flotabilidad, densidad y mezclas, tendrán la oportunidad de conocer algunas propiedades de la sustancia más importante para la vida: el agua.

Materiales:

  • Algunos cubitos de hielo. Nosotros usamos hielo de colores tiñendo el agua con colorante alimentario. No es absolutamente necesario pero de esta forma el experimento queda muy vistoso.
  • Un vaso con aceite. Será más llamativo cuanto más alto sea el vaso.

Procedimiento:

  • Echa un cubito de hielo en el vaso con aceite.
  • Observa y espera a que el hielo se vaya fundiendo.
  • Sigue observando y añadiendo hielo. Si los cubitos de hielo son de colores el espectáculo es impresionante.
Preparando el experimento

Aceite y cubitos de hielo de colores.

 Hielo flotando en aceite

El hielo flota en aceite pero las gotas de agua se van directamente al fondo.

 

¿Qué ocurre?

Flotabilidad y densidad. La clave de una sustancia flote o se hunda en otra está en una propiedad de la materia llamada densidad. La densidad de un objeto se define como la relación que existe entre su masa y su volumen. Si tenemos dos bolitas del mismo tamaño (volumen), una de madera y otra de acero, la más densa será la que tenga mayor masa, la de acero. En resumen, la densidad es una medida de la masa que hay en un determinado espacio. Pues bien, las sustancias menos densas flotan en las más densas. Así que, el agua se hunde en el aceite porque es más densa que el aceite y, sin embargo, el hielo flota en el aceite porque menos denso que el aceite.

Si quieres estudiar un poco más a fondo este tema puedes hacerlo con estos experimentos sobre densidad y flotabilidad:

Flota o se hunde con frutas.

Las lentejas bailarinas.

Columna de densidades multicolor.

El huevo que flota en agua con sal.

Volviendo a nuestro experimento, hemos comprobado que el hielo flota en aceite pero en cuanto comienza a fundirse, las gotas de agua líquida tienen mayor densidad y van cayendo al fondo.  ¿A qué es debido este cambio de densidad?

Moléculas en sólidos y líquidos. En un líquido las moléculas se encuentran en constante movimiento vibrando y desplazándose libremente. En un sólido, por el contrario, las moléculas no se pueden desplazar,  únicamente les está permitido vibrar alrededor de una posición fija. Si un líquido se congela, sus moléculas dejan de desplazarse. En esta situación, lo lógico sería pensar que se mantendrían más cerca unas de otras  ocupando menos espacio, lo que se traduciría en un aumento de la densidad.  La mayoría de las sustancias se comportan de forma “lógica”, es decir, en estado sólido son más densas que en estado líquido. Sin embargo, en el caso del agua ocurre precisamente  lo contrario: el hielo es menos denso que el agua líquida. ¿Por qué el agua se comporta así?

Estructura de la molécula de agua. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos mediante enlaces covalentes (compartiendo electrones) a un átomo de oxígeno. Los átomos no están colocados de forma lineal, sino que los enlaces forman un ángulo de aproximadamente 104,5º. Es gracias a este ángulo y a que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno (los electrones compartidos se sitúan más cerca del oxígeno que del hidrógeno) que la molécula de agua es polar. Ser polar significa que por un lado tiene carga negativa (lado del oxígeno porque tiene los electrones más cerca) y por otro carga positiva (lado del hidrógeno). Como las cargas de distinto signo se atraen, las moléculas de agua se atraen unas a otras. Debido a su atracción, se forman entre ellas lo que se llaman puentes de hidrógeno, que son uniones entre el oxígeno de una molécula y el hidrógeno de otra.

molécula de agua

La molécula de agua tiene una parte positiva y otra negativa, es polar.

Con estos experimentos podrás comprobar algunas de las propiedades del agua debidas a la característica polar de su molécula:

Tensión superficial con un clip.

Capilaridad: transferencia de agua entre dos vasos.

Transporte de savia bruta con apio.

Las uniones por puente de hidrogeno son muy fuertes en conjunto pero no tanto de forma individual. Cuando el agua está en estado líquido, por ejemplo a 30ºC, sus moléculas se mueven rápidamente en todas las direcciones. Debido al movimiento,  los puentes de hidrógeno se rompen y se forman constamente. Si el agua se enfría sus moléculas van a ir perdiendo energía y su movimiento se va a ir reduciendo. Como consecuencia, los puentes de hidrógeno van ganando terreno. Tanto es así, que por debajo de 4ºC se forman más puentes de hidrógeno de los que se rompen. El resultado es la formación de una estructura cristalina hexagonal con muchos huecos libres: el hielo. Con tantos huecos no es extraño que la densidad del hielo sea menor que la del agua líquida.

Disposición de las moléculas en agua líquida

En el agua líquida las moléculas están desordenadas y moviéndose de un lado para otro. Los puentes de hidrógeno se crean y se rompen constantemente.

Estructura hexagonal del hielo

En el hielo las moléculas se unen por puentes de hidrógeno formando un cristal hexagonal. Como hay tantas zonas vacías la densidad del hielo es menor que la del agua.

Los padres tienen la responsabilidad de elegir las actividades que según su criterio son seguras para sus hijos.

Todas las actividades propuestas en Educaconbigbang deben estar siempre supervisadas por un adulto.




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5 Responses

  1. MAXIMO FABIO CCENTE CHOCCA dice:

    POR FAVOR DESEO CONOCER PROCEDIMIENTO DE LOS EXPERIMENTOS.

  2. MAXIMO FABIO CCENTE CHOCCA dice:

    ES NECESARIO HACER CIENCIA CON LOS NIÑOS.

  3. Acisclo Richard Zambrano Escudero dice:

    Me pareció maravillosa la pagina, este BLOG es altamente educativo, y le sirve a los profesores y estudiantes que le gusta el mundo de las CIENCIAS Y LA INVESTIGACIÓN. Sigan por ese camino que le sirve a todo el mundo. ACISCLO ZAMBRANO.

    • EducaconBigBang dice:

      Muchísimas gracias por este comentario tan positivo. Seguiremos adelante para intentar acercar la ciencia a todos. Un abrazo.

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