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Cómo funciona la olla a presión

La olla a presión es un ingenio presente en muchos hogares, y muche gente la utiliza para que los tiempos de cocción se reduzcan de forma drástica, aunque… ¿quién sabe por qué ocurre esto?

olla

Un poco de teoría sobre los cambios de estado

Los cambios de estado son procesos que dependen en gran medida de la presión: el agua pura “rompe a hervir” (o sea, ebulle), a 100 ºC, siempre y cuando la presión a la que esté sometida sea de 1 atmósfera, que es (aproximadamente) la presión del aire a nivel del mar. A altitudes mayores, la presión atmosférica disminuye, y con ello la temperatura de ebullición del agua. De modo que si intentamos hervir agua en una zona de alta montaña, la temperatura nunca va a llegar a los 100 ºC, y los alimentos se cocinarán más lentamente.

También podemos modificar la temperatura de ebullición del agua añadiéndole sustancias como la sal, pero eso es otra historia.

¿Qué ocurre en una olla?

Cuando cocemos agua en una olla abierta, el cambio de estado de líquido a vapor tiene lugar a presión atmosférica, por lo que la temperatura a la que ocurre este cambio no pasará, en el mejor de los casos, de 100 ºC. En cambio, cerrando la olla…

olla

El agua líquida empezará a transformarse en vapor, pero como éste no puede escapar, empezará a aumentar la presión en el interior de la olla. Según aumente la presión empezará a aumentar la temperatura de ebullición, por lo que en el interior de la olla tendremos agua líquida en equilibrio con su vapor a una temperatura superior a los 100 ºC. Como consecuencia, los alimentos cocerán en un tiempo mucho menor sin quemarse ni quedarse resecos (al fin y al cabo siempre van a estar en contacto con agua líquida).

Hay que tener en cuenta que la temperatura que llegue a alcanzar el agua dependerá de la calidad de la olla (que resista mayor o menor presión), de la altitud del lugar, de su composición (mayor o menor contenido en sales minerales, etc.). Pero la temperatura que alcance siempre será lo suficientemente alta para reducir de forma notable el tiempo de cocción.

Cómo calcular estados de oxidación

En muchas ocasiones, resolviendo ejercicios de Química, necesitaremos conocer los estados de oxidación de los elementos que se encuentran en la fórmula de determinadas sustancias. Por ejemplo, para aprender a formular o antes de ajustar reacciones de oxidación-reducción. Y el cálculo es más sencillo de lo que parece.

Lo que hay que saber antes de empezar

SUSTANCIAS ELEMENTALES:

  1. El estado de oxidación de un elemento en una sustancia es la carga que tendría dicho elemento si todos los electrones de cada enlace se los quedara el átomo más electronegativo. Por lo tanto, si una sustancia es elemental (sólo tiene átomos de un tipo de elemento, como H2, O2, Fe, etc.), el estado de oxidación de sus átomos es 0.
  2. Los gases nobles no forman compuestos químicos y siempre aparecen como átomos independientes, por lo que su único estado de oxidación será 0.

COMPUESTOS QUÍMICOS:

  1. Los metales sólo pueden tener estado de oxidación 0 (si tenemos el metal puro) o positivo, nunca negativo.
  2. El estado de oxidación de F siempre es -1.
  3. El estado de oxidación de O es -2, excepto en los peróxidos (E.O. = -1) y en el OF2 (E.O. = +2).
  4. El estado de oxidación de H es -1 si está unido única y exclusivamente a metales, +1 en caso contrario.
  5. Los no metales (excepto F) pueden tener uno o más estados de oxidación positivos y un único estado de oxidación negativo.
  6. Los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) siempre tienen estado de oxidación +1.
  7. Los metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) siempre tienen estado de oxidación +2.

Cómo calcular los estados de oxidación

Hay que tener en cuenta que la suma de los estados de oxidación de todos los átomos debe ser igual a la carga de la molécula. Por ejemplo, en SO4-2 si sumamos el estado de oxidación del azufre y 4 veces el estado de oxidación del oxígeno debemos obtener -2. Como el E.O. del oxígeno es -2, tenemos que:

E.O.(S) + 4 · (-2) = -2

E.O.(S) – 8 = -2

E.O.(S) = 8 – 2

E.O.(S) = +6

Un método más eficaz consiste en escribir la fórmula química y debajo de ella, en dos líneas, la siguiente información: en la primera, los estados de oxidación sin multiplicar por el número de átomos; en la segunda, los estados de oxidación multiplicados (la suma de los números de esta línea deben ser igual a la carga).

Fe2O3

Fe2 O3
E.O. SIN MULTIPLICAR (cada átomo debe tener el E.O. igual a +3) -2
↑:2 ↓·3
E.O. MULTIPLICADOS (debe ser igual a +6) -6 (la suma debe ser igual a 0)

En el Fe2O3 el estado de oxidación del hierro es +3.

Ca(NO3)2

Ca N2 O6
E.O. SIN MULTIPLICAR +2 (cada átomo debe tener el E.O. igual a +5) -2
↓·1 ↑:2 ↓·6
E.O. MULTIPLICADOS +2 (para que se anule con +2 y -12 aquí debe ir un +10) -12 (la suma debe ser igual a 0)

Ca tiene E.O. +2 (es alcalinotérrero) y el E.O. de O es -2 por lo que el de N (que es el único en el que podríamos dudar) es +5.

HCO3

H C O3
E.O. SIN MULTIPLICAR +1 +4 -2
↓·1 ↑:1 ↓·3
E.O. MULTIPLICADOS +1 +4 -6 (la suma debe ser igual a -1)

¿Te atreves?

Prueba tú a calcular los estados de oxidación de cada elemento en las siguientes sustancias: H3PO4, Hg, Fe2(SO4)3, NH4+ y CaCl2.

Calcula el módulo de un vector con la calculadora

En muchos ejercicios, sobre todos en aquellos en que tengamos que trabajar con vectores, necesitamos conocer el módulo de un vector a partir de sus coordenadas cartesianas (x, y), así como el ángulo que forma con la horizontal (a este tipo de coordenadas se le conoce como coordenadas polares). En otras ocasiones ocurre lo contrario: conocemos las coordenadas polares (módulo y ángulo) y necesitamos conocer sus coordenadas cartesianas (x, y).

Cómo se calcula “a mano”

En ambos casos, habría que aplicar trigonometría:

DE CARTESIANAS A POLARES:

\vec{r} = (x, y)\\|\vec{r}| = \sqrt{x^2+y^2}\\\tan \alpha = \frac{y}{x}

DE POLARES A CARTESIANAS:

\vec{r} = (r, \alpha)\\x = r\cdot \cos \alpha\\y=r\cdot \sin \alpha

Cómo hacerlo con la calculadora

El siguiente procedimiento funciona con la calculadora Casio fx-82MS y todas las que sean similares a ella. En otras calculadoras, puede cambiar la situación de las teclas y las funciones, pero básicamente se hace de la misma manera.

  • DE CARTESIANAS A POLARES:

Imaginemos que tenemos el vector \vec{r}=(3,4). Para hallar el módulo con una calculadora científica, hay que usar el botón pol. La secuencia a teclear será:

pol(3coma4)=

La calculadora mostrará en la pantalla el valor 5, que corresponde con el módulo del vector (3,4). Pero ¿y el ángulo? La calculadora lo guarda en la memoria F, por lo que habrá que teclear

alphatan=

¡Ojo! Si la calculadora la tenemos configurada en grados, obtendremos el valor 53,13010235 (53º 37′ 48″), y si está en radianes obtendremos 0,927295218.

  • DE POLARES A CARTESIANAS:

Antes de nada, hay que asegurarse que la calculadora tiene una letra D pequeña en la parte superior de la pantalla, lo que significa que trabajará en grados. Si quisiéramos utilizar un ángulo en radianes, habría que configurarla para que apareciera una R.

Si queremos conocer las cordenadas cartesianas del vector con módulo 4 y ángulo 30º, habría que teclear:

shiftpol4coma30)=

Y obtendremos en pantalla el valor 3,464101615, que corresponde con el valor de X. El valor de Y lo guarda en la memoria F, por lo que teclearemos

alphatan=

Y obtendremos 2, que corresponde con el valor de Y.

Cruce de camiones

Un típico ejercicio de Física para entender el movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es aquel en el que salen dos vehículos (típicamente, trenes) de ciudades distintas, uno hacia el otro, y hay que calcular dónde se cruzan y cuánto tardan en hacerlo.

Hoy voy a explicar cómo se abordan estos ejercicios desde un punto de vista físico.

El enunciado

Un camión sale desde Burgos a Almería con una velocidad constante de 90 km/h. Al mismo tiempo, sale desde Almería hacia Burgos otro camión con una velocidad constante de 110 km/h. Si la distancia entre Burgos y Almería es de 800 km:

  1. ¿Cuánto tardará en producirser el cruce de camiones?
  2. ¿A cuántos kilómetros de Burgos se cruzan?

Cómo resolverlo

Primero: hacer un dibujo esquemático

No hace falta pintar ciudades ni camiones, con situar en una línea recta B (representando a Burgos) y A (representando a Almería) es más que suficiente. Luego, hay que decidir dónde situamos el origen del sistema de referencia, es decir, desde dónde contamos las posiciones. A partir de este momento, lo que quede a la derecha del origen tiene una posición positiva, y a la izquierda negativa. Lo ideal es poner el origen en el punto situado más a la izquierda.

Luego, representamos con flechas el sentido de movimiento de cada camión. Si la flecha apunta a la derecha, la velocidad será positiva, y si apunta a la izquierda, negativa.

choquecamiones

Es fundamental, tras elegir el origen del sistema de referencia, asignar correctamente las posiciones iniciales a cada vehículo. Si elegimos A como origen, la posición inicial del camión que sale de A es 0 km; el que sale de B está a 800 km a la derecha, por lo que su posición inicial es +800 km.

Segundo: plantear las ecuaciones de movimiento

La función que nos da de forma genérica la posición de un cuerpo en función del tiempo es X = X_o + V_o \cdot t. Teniendo en cuenta el criterio de signos:

Camión que sale de Almería: Xo = 0 km; Vo = 110 km/h

X_A = 110 \cdot t

Camión que sale de Burgos: Xo = 800 km; Vo = – 90 km/h

X_B = 800 - 90 \cdot t

Tercero: resolver

Para que se crucen dos cuerpos, tienen que encontrarse en la misma posición al mismo tiempo. Por lo tanto, igualando las posiciones (XA = XB) nos quedará una ecuación en la que la incógnita es el tiempo. Resolviéndola obtenemos cuánto tiempo tardan en chocar.

110 \cdot t = 800 - 90 \cdot t

t = 4 h

Ahora que sabemos cuánto tardan en chocar, basta sustituir este tiempo en una de las ecuaciones de posición, para averiguar dónde se cruzan. La ecuación de XA es más sencilla, por lo que conviene sustituir en ella.

X_A = 110 \cdot t = 110 \cdot 4 = 440 km

Cuidado: el cruce se produce a 440 km de Almería (que es donde hemos puesto el origen del sistema de referencia), pero el enunciado preguntaba a cuántos kilómetros de Burgos, por lo que la respuesta correcta será 800 – 440 km

Lugar: a 360 km de Burgos

Un nuevo miembro en la familia

Un hueco menos

El pasado 28 de agosto de 2013, en la universidad sueca de Lund, se descubrió un nuevo elemento químico, de nombre provisional “ununpentio” (que significa 1-1-5, su número atómico). Este elemento, que ya aparecía en las tablas periódicas más modernas bajo el bismuto (Bi), en realidad no había sido descubierto y por ello en la casilla correspondiente sólo podía leerse su nombre y número atómico. Ahora corresponde a la IUPAC decidir el nombre definitivo con el que será conocido este elemento.

ununpentio

El estudio de sus propiedades, así como posibles aplicaciones prácticas, van a verse muy limitados porque se desintegra en apenas fracciones de segundo, aunque quién sabe qué sorpresas nos depara este nuevo elemento de la tabla periódica.

Un visionario

Una vez más, se demuestra el gran acierto que tuvo Mendeleiev cuando clasificó los elementos en una tabla, dejando huecos para elementos que aunque no habían sido descubiertos debían existir. El día 28 de agosto de 2013 uno de esos huecos ha sido definitivamente ocupado.

Bienvenido a la tabla periódica, ununpentio