FUEGO ENTRE LOS DEDOS
¿CÓMO ES POSIBLE COGER UNA BOLA DE ALGODÓN EMPAPADA EN GASOLINA ARDIENDO Y NO QUEMARSE?
Beber un café muy caliente, acercarse a una llama o tocar las cenizas incandescentes de un cigarrillo equivale a quemarse. Entonces ¿cómo es posible sostener un objeto ardiente y que eso no suceda? Para conseguirlo y ahorrarse una buena quemadura será clave entender el principio de Arquímedes, conocer la conductividad térmica de los distintos materiales y servirse de las propiedades del calor específico.
Pero vayamos paso a paso. El análisis de los restos arqueológicos nos dice que nuestros ancestros aprendieron a hacer fuego y controlarlo hace unos 800000 años, aunque se piensa que el Homo erectus ya era capaz de aprovecharlo hasta cierto punto hace un millón y medio de años, eso sí, sin saber cómo generarlo. En cualquier caso, la domesticación del fuego es uno de los sucesos más importantes en la larga historia de nuestra especie.
PARA CONSEGUIR LLAMAS HAY QUE PROVOCAR UNA REACCIÓN QUÍMICA entre el oxígeno del aire –el comburente de casi todas las combustiones– y alguna sustancia que funcione como combustible, es decir, que pueda arder. Existen muchos combustibles: para nuestro experimento probamos con etanol, metanol y acetona. Nosotros hemos optado por la gasolina, porque la llama que provoca surge más luminosa y bonita. La reacción química que se da al combinarse el oxígeno ambiental con la gasolina produce hollín y cenizas que ennegrecen los dedos, pero sobre todo gases como el dióxido de carbono y el vapor de agua.
En general, en las combustiones de los materiales orgánicos se destruyen enlaces químicos previamente formados por los procesos de fotosíntesis. El resultado es que se devuelve a la atmósfera el CO2 y el agua que se habían empleado para generar esos enlaces. Es un viaje de ida y vuelta a veces espectacular, como en el caso del petróleo y el carbón: en ellos, la energía solar pasa de estar almacenada durante cientos de miles o millones de años a liberarse en forma de calor cuando los utilizamos.
ESE CALOR HACE QUE LA TEMPERATURA DE LOS GASES que se producen en la combustión resulte altísima, normalmente de más de 1000 ºC. Lo lógico es quemarse, cosa que no sucede con nuestra ardiente bolita de algodón. ¿Qué pasa aquí? Que entra en escena el principio de Arquímedes. ¿Lo recuerdas? “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”. Los gases son fluidos, así que el fenómeno es similar al de los líquidos. El calor liberado por la combustión produce gases a altas temperaturas, que aumentan de volumen, se hacen menos densos y, empujados por los gases circundantes –más densos–, se elevan.
Conclusión: el calor de una llama se extiende sobre todo por encima de esta y no por debajo. Al acercar la mano por arriba notamos rápidamente que el calor se multiplica hasta hacer imposible el
experimento. Por tanto, será necesario coger la bola siempre por abajo. Para no quemarnos también es fundamental escoger cuidadosamente con qué haremos la bola. Cada material transmite el calor a sus vecinos de manera diferente. Esto se mide con un parámetro llamado conductividad térmica, que cuantifica la capacidad de una sustancia para transferir el calor de sus moléculas a las moléculas de otra con las que entra en contacto. Los tipos de enlaces químicos que forman los materiales son la clave para que estos posean mayor o menor conductividad térmica. Los metales, con muchos electrones libres en sus últimas capas, serán buenos conductores del calor; la madera, la cerámica o el vidrio, no.
Por ejemplo, la conductividad térmica del acero es unas mil veces mayor que la del algodón. Con bolas de hierro o aluminio nos habríamos quemado al instante; por eso hemos usado una camiseta vieja fabricada con ese tejido.
EN EL EXPERIMENTO CONSEGUIMOS QUE LOS GASES A ALTA TEMPERATURA entren en contacto con nuestros dedos sin quemarnos. ¿Por qué? En este caso, la clave es mojarte las manos con agua abundante, empapártelas. De nuevo aparece un parámetro científico que vamos a aprovechar. El calor específico o capacidad térmica específica es una magnitud que mide la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa para elevar su temperatura.
El agua tiene un calor específico muy alto, hay que aplicarle mucha energía para conseguir que se caliente. Por ejemplo, a cantidades iguales, para que el agua suba los mismos grados de temperatura que el alcohol (que además es inflamable), hay que emplear el doble de energía. Y existe un último factor decisivo: el tiempo. La bola de fuego se puede tener entre las manos solo unos pocos segundos; enseguida se nota el calor lacerante de la llama y nos vemos obligados a soltarla.
Resulta muy sencillo hacer este experimento: nos basta con unos pocos materiales baratos. Pero, como hemos visto, los tres principios científicos que nos permiten no quemarnos requieren de explicación. Como se aprecia en las fotos, llevar al límite la física y la química que hay detrás del fuego produce un efecto de gran belleza, pero no se os ocurra hacerlo en casa sin tomar las precauciones debidas, porque es peligroso.