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Experimentos > Química de las bebidas autocalentables.

Categorías: Reacciones químicas
Palabras clave: Calor, Reacciones exotérmicas, Temperatura


Autor/es

Gabriel Pinto Ca�on

Qué se pretende demostrar

Cómo reacciones químicas y procesos de disolución de algunas sales en agua, por su carácter exotérmico (desprenden calor), se emplean comercialmente para calentar bebidas. Además, los objetivos de esta experiencia son:

  • Demostrar cómo conceptos de Física (intercambio de energía, calor específico, conductividad térmica,…) y de Química (estequiometria, calor de reacción, mol, disolución de sales,…) están implicados en la vida cotidiana.
  • Distinguir entre procesos exotérmicos (desprenden energía) y endotérmicos (absorben energía).
  • Calcular (datos termodinámicos + ecuaciones físicas) el calentamiento teórico que tendría la bebida.
  • Comparar resultados experimentales y teóricos.
  • Comprender el diseño general de las bebidas y alimentos “autocalentables”.
  • Evaluar ventajas e inconvenientes de estos dispositivos (aspectos medioambientales y económicos).
  • Formación de consumidores (etiquetado, datos del fabricante,…).
  • Favorecer la creatividad (mejoras de diseño, posibilidad de enfriar bebidas, etc.).


Dirigido a

  • Secundaria y Universidad de forma cuantitativa
  • Primaria y público general de forma cualitativa


Materiales necesarios

  • Una bebida autocalentable comercial, disponible en estaciones de servicio y algunos supermercados.
  • Termómetro
  • Balanza
  • Reactivo que se indique en la etiqueta de la bebida (normalmente óxido de calcio o cloruro cálcico)


Descripción

Se solicita a los alumnos que describan el envase, teniendo en cuenta la información de la etiqueta y la que les pueda aportar el profesor (consultar las referencias indicadas). En las figuras 1 y 2 se muestran esquemas de las dos bebidas comercializadas en los últimos años en España.

Se determina la masa de los distintos materiales y sustancias que constituyen el envase. Este proceso lo puede llevar a cabo el profesor, ayudado por una cuchilla que permita separar los distintos componentes.

Siguiendo las instrucciones del fabricante, ofrecidas en la etiqueta del producto, se activa el proceso químico que, dentro del envase, provocará el calentamiento. Se mide la temperatura alcanzada por la bebida y se solicita a los alumnos que calculen la temperatura teórica que alcanzaría la bebida. Para ello, deben conocer el proceso de disolución de sal o de reacción química implicado, y buscar en bases de datos fisicoquímicas valores como variación de entalpía de reacción o de disolución (según el tipo de bebida) y los calores específicos de las sustancias empleadas. Se debe aplicar la expresión: Q = m · C · ΔT, donde m y C son las masas y calores específicos, respectivamente, de cada tipo.

Se pide a los alumnos que comparen el valor de la temperatura obtenido experimentalmente y el teórico. En otras palabras, deben razonar sobre las aproximaciones realizadas en los cálculos (se supone sistema aislado, que los procesos químicos transcurren con un 100% de rendimiento, etc.).

También se solicita a los alumnos que razonen sobre el tipo de materiales empleados por el fabricante, en función de sus propiedades térmicas. Ver figura 3.

Finalmente, deben discutir las ventajas (Disponer de bebida caliente en lugares inhóspitos) e inconvenientes (mayor dificultad de reciclado y mayores costes (materiales, transporte,…) de este tipo de dispositivos.



Existe alg�n riesgo

Si se trabaja con una bebida comercial, no existe ningún riesgo. Si se demuestra el calentamiento producido al añadir agua sobre la sal empleada en el envase, habrá de tomar las precauciones típicas de tratar con reactivos como óxido de calcio o cloruro cálcico.



Imágenes

 


Enlaces

History and operation of self-heating containers, en Wikipedia, the free encyclopedia



Para saber m�s

- G. Pinto, J.A. Llorens-Molina, M.T. Oliver-Hoyo, “Fisicoquímica de las Bebidas Autocalentables”, Anales de Química, 105 (1), 50-56 (2009).

- M.T. Oliver-Hoyo, G. Pinto, J.A. Llorens-Molina, “The Chemistry of Self-heating Food Products: an Activity for Classroom Engagement”, Journal of Chemical Education, 86, 1277-1280 (2009).

- G. Pinto, M.T. Oliver-Hoyo, J.A. Llorens-Molina, “Enjoy a Hot Drink, Thanks to Chemistry!”, Journal of Chemical Education, 86, 1280A-1280B (2009).

-  M.L. Prolongo, G. Pinto, “Bebidas autocalentables y autoenfriables como recursos para un aprendizaje activo de la Química”, II Jornadas sobre enseñanza de las Ciencias y las Ingenierías. Murcia, 18-20 noviembre 2010 (http://www.murciencia.es).

http://www.etsii.upm.es/diquima/vidacotidiana/autocalent.htm



Observaciones

El profesor, según el nivel de los alumnos, podrá establecer un carácter más cualitativo (procedimiento, disposición de los elementos que constituyen el envase, ajuste de los procesos químicos empleados, etc.) o más cuantitativo (estequiometría de la reacción, cálculos termodinámicos, etc.). Para ello, se recomienda consultar las referencias indicadas.

Si el profesor puede disponer de las sustancias químicas empleadas en la bebida, como óxido de calcio o cloruro cálcico, podría añadir agua sobre cada una de ellas (introducidas previamente en un envase), para observar cómo se calienta.

Otros autores:

Víctor Manuel Díaz Lorente
María Teresa Oliver Hoyo
Juan Antonio Llorens Molina