¡Construimos un volcán y fue explosivamente divertido! La receta completa del experimento con yeso y bicarbonato de sodio!
¡Hola! Soy Ken Kuwako, entrenador de ciencias. Cada día es un experimento.
Seamos sinceros: lo más divertido de las clases de ciencias es “ponerse manos a la obra”. Ver cómo les brillan los ojos a los estudiantes y oír ese “¡ya lo entendí!” nos alegra el día a los profesores. Estuve dando una clase sobre volcanes junto con la profesora H, que en ese momento hacía sus prácticas docentes, y el experimento de erupción que hicimos fue justo lo que despertó la curiosidad de todos.
“¿Qué relación tiene la viscosidad del magma con la forma de un volcán?”
Lo bueno de la ciencia no es memorizar lo que dice el libro de texto, sino “ver, tocar y sentir” las cosas en persona. Así que nos propusimos construir nuestro propio modelo de erupción volcánica con materiales de uso cotidiano. Este experimento parece sencillo a primera vista, pero tiene mucha más miga de la que aparenta.
Los materiales son solo cuatro: yeso, bicarbonato de sodio, pegamento líquido para lavandería (el almidón o “engrudo” de lavar ropa) y agua. Con solo cambiar un poco las proporciones de estos cuatro ingredientes, el movimiento y la viscosidad del magma cambian por completo. Es como simular la actividad de un volcán de verdad.
Lo más interesante ocurre cuando se combinan el yeso (sulfato de calcio: CaSO₄), el bicarbonato (bicarbonato de sodio: NaHCO₃) y el agua: ¡se produce una reacción química que libera dióxido de carbono (CO₂)!
Gracias a ese dióxido de carbono, la mezcla se va hinchando suavemente, igualito que un volcán real que se infla poco a poco antes de entrar en erupción.
Para dar con la receta ideal tuvimos que probar y probar distintas proporciones, hasta que por fin pensamos: “¡Ey, esto puede funcionar!”. Nos llevó muchísimo tiempo, y fue ahí donde volví a darme cuenta de que esto es justamente la investigación científica. Además, quienes mejoraron el experimento al año siguiente fueron los profesores en prácticas T y S. En esta entrada les cuento con detalle las proporciones de materiales con las que, tras mucho ensayo y error, logramos que la erupción saliera bien, y cómo se ve el resultado.
Materiales
・Recipiente de plástico ・Yeso 10 g × 2 ← guardado en una bolsa con cierre hermético ・Bicarbonato de sodio 5 g × 2 ← en una cápsula de evaporación ・Pegamento líquido para lavandería (PVA) ・Agua ・Cucharita de laboratorio ・Varilla de vidrio ・Bandeja ・Cartón de plástico (plástico corrugado)
Como recipiente de plástico usamos este que venden en Daiso. El tamaño importa, así que si quieres repetir el experimento tal cual, consigue el mismo.
Daiso 70 ml, 4 unidades, redondo, mini envase
Con un soldador, hazle un agujero al fondo del recipiente de plástico y también al cartón de plástico, y tápalos de antemano con cinta de tela.
Lo mejor es dejarlo dentro de una bandeja.
El tamaño del agujero es clave. Más o menos así:
Y ahora, la parte importante: las proporciones.
Magma de baja viscosidad: 1 ml de pegamento PVA + 30 ml de agua
Magma de alta viscosidad: 10 ml de pegamento PVA + 15 ml de agua
Prepara cada mezcla de antemano en sus respectivos recipientes.
【Procedimiento】
① Mezcla bien con la varilla de vidrio el pegamento PVA y el agua dentro del recipiente de plástico.
② Agrega al recipiente 10 g de yeso (el de la bolsa con cierre).
③ Revuelve con la varilla de vidrio hasta que el yeso, el pegamento y el agua queden bien integrados.
④ Una vez bien mezclado, añade 5 g de bicarbonato y revuelve rápidamente con la varilla para que todo se integre.
※ No te equivoques en el orden de los pasos ③ y ④. Al añadir lo del paso ④ se desencadena la reacción química que libera dióxido de carbono. Además, si dejas la mezcla del paso ③ reposando unos 20 minutos, el yeso reacciona con el agua y se endurece, y el experimento fracasa. Según lo que investigué, el yeso reacciona con el agua y en unos 5 minutos se vuelve pegajoso y empieza a fraguar.
※ En el paso ④, otro punto clave es mezclar todo rápido y poner la tapa enseguida. Como el bicarbonato a veces se apelmaza, conviene deshacerlo con la cucharita hasta que quede fino.
⑤ Cierra la tapa del recipiente, ponlo boca abajo sobre la bandeja y despega enseguida la cinta que cubre el agujero.
⑥ Coloca encima el cartón de plástico con el agujero y observa desde arriba, con atención, cómo se extiende la solución (la “lava”) de tu modelo.
※ ¡Quien realice el experimento debe usar siempre guantes de polietileno! Y todos deben llevar bata de laboratorio y gafas de protección.
Así fue como quedó en la práctica:
Cuando la viscosidad es baja
Cuando la viscosidad es alta
Vista desde arriba con viscosidad baja
Vista desde arriba con viscosidad alta
Si no tienes el cartón de plástico, el resultado es el siguiente. Se nota que con el cartón queda bastante mejor.
Para resumir: a la izquierda, el tipo de baja viscosidad; a la derecha, el de alta viscosidad.
Comparación de las vistas desde arriba.
・Video de una erupción de baja viscosidad (lava del Kilauea)
・Una erupción de viscosidad intermedia (Sakurajima: erupción)
Sobre la diferencia de colores
El basalto que se encuentra en el Mauna Loa y el Kilauea, y la riolita del Shōwa-shinzan (fíjate en la diferencia de color)
El basalto es de color oscuro y la riolita, de color claro, ¿verdad?
Cómo queda sin la separación inferior
Con viscosidad alta
Vista desde arriba:
Con viscosidad baja
Gracias a una ocurrencia de la profesora H, hicimos ambos tipos a la vez sobre una bandeja negra.
Arriba a la izquierda, el de baja viscosidad; a la derecha, el de alta viscosidad. Preparamos un set para cada cuatro estudiantes, y fue un éxito total: ¡la clase se emocionó muchísimo!
【¿Por qué entra en erupción con esta receta?】
La clave del experimento está en la reacción química entre el yeso, el bicarbonato y el agua.
Liberación de dióxido de carbono por la descomposición del bicarbonato: Cuando el bicarbonato de sodio (NaHCO₃) se disuelve en agua, una parte se descompone y genera iones carbonato (CO₃²⁻) e iones bicarbonato (HCO₃⁻), que a su vez producen dióxido de carbono (CO₂) y agua.
Liberación de dióxido de carbono por la reacción entre el yeso y el bicarbonato:
Los iones calcio (Ca²⁺) que se forman al disolverse el yeso (sulfato de calcio: CaSO₄) reaccionan con los iones bicarbonato (HCO₃⁻) del bicarbonato de sodio. Así precipita carbonato de calcio (CaCO₃) y, al mismo tiempo, se generan dióxido de carbono (CO₂) y agua.
El papel del pegamento de lavandería (PVA): El alcohol polivinílico (PVA) que contiene el pegamento forma largas moléculas que se enredan entre sí al disolverse en agua, lo que le da una viscosidad alta. Ese PVA atrapa las burbujas de dióxido de carbono, de modo que no escapan de golpe, sino que la mezcla se infla lentamente y sale a borbotones, reproduciendo una “erupción viscosa”.
Si hay poco PVA, las burbujas escapan enseguida y la erupción es fluida (como la de los volcanes en escudo de Hawái). Si hay mucho, la viscosidad es alta y se acerca más a un domo (como el domo de lava del Shōwa-shinzan).
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